Produktion von mikroelektronischen Bauelementen

Die Produktion von integrierten Schaltkreisen wurde in der DDR seit ihrem Beginn etwa ab 1971 stetig vorangetrieben. Etwa 150 Mio. integrierte Schaltkreise pro Jahr verließen die Produktionsstätten des VEB Kombinat Mikroelektronik Erfurt jährlich.


Halbleiterproduktion (Zyklus I) im
VEB Mikroelektronik "Karl Liebknecht" Stahnsdorf

Halbleiterproduktion (Zyklus I) im
VEB Mikroelektronik "Karl Liebknecht" Stahnsdorf

Chipmontage mit einem automatischen Drahtbonder

Arbeiten in Reinräumen des VEB Mikroelektronik "Karl Marx" Erfurt

Diese Zahl war zwar im internationalen Vergleich gesehen gering, aber für ein kleines Land wie die DDR schon beachtlich. Die mikroelektronische Industrie der DDR hatte von Anfang mit Schwierigkeiten zu kämpfen, die nur unter größten Anstrengungen überwunden werden konnten.
Die Embargopolitik der westlichen Industriestaaten gegenüber der DDR verhinderte weitestgehend einen Technologietransfer von Ausrüstungen zur Herstellung von elektronischen Bauelementen bzw. einen direkten Import von Bauelementen im großen Stil.
Auch die ursprünglich im Rahmen des RGW angestrebte Aufgabenverteilung und Produktionsspezialisierung setzte sich auf dem Gebiet der Mikroelektronik nur sehr schleppend bzw. gar nicht durch.
Diese ungünstigen Rahmenbedingungen führten zur Produktion eines sehr breiten Sortimentes an Bauelementen, um möglichst wenig auf teure und umständliche Importe aus dem NSW (meist über Umwege) angewiesen bzw. Lieferschwierigkeiten aus dem RGW ausgesetzt zu sein.

Die Absicherung der Produktion dieses breiten Sortimentes, speziell von integrierten Schaltkreisen, setzte natürlich auch eine entsprechende technologische Ausrüstung voraus.
1986 wurde dem VEB Kombinat "CARL ZEISS" Jena die Aufgabe zur Entwicklung und Produktion technologischer Ausrüstungen zur Herstellung von integrierten Schaltkreisen übertragen.
Der VEB Kombinat "CARL ZEISS" Jena war im feinmechanisch-optischen Präzisionsbau ein international angesehener Betrieb und sollte die geplante Einführung von höheren Technologieniveaus als des derzeit beherrschten Technologieniveaus 3 bei der Massenproduktion von integrierten Schaltkreisen vorbereiten.

Die vom Betriebsteil VEB Elektromat Dresden des VEB Kombinat "CARL ZEISS" Jena produzierten Ausrüstungen erlaubten die Herstellung von VLSI-Schaltkreisen im Technologieniveau 4 bis 5, einige Komponenten erreichten sogar 6.
Dabei wurden nahezu sämtliche Herstellungsschritte, vom Zyklus 0 bis zum Zyklus 2 einschließlich der Entwurfsschritte, von den Ausrüstungen beherrscht.

TechnologieniveauBeispiel
364 KBit-DRAM
4256 KBit-DRAM
51 MBit-DRAM
64 MBit-DRAM


Herstelltechnologie der Mikroelektronik im Überblick

Zyklus 0Substratherstellung (Halbleiterscheiben)
Schaltkreisentwurf
Fotomaskenherstellung
Zyklus 1Oxidation der Halbleiterscheibe
Strukturübertragung (Belichtung)
Ätzen, Dotieren, Aufdampfen, Metallisieren
Test (auf dem Wafer)
Zyklus 2Vereinzeln, Trägermontage
Bonden, Verkappen, Test


Anlagen des Zyklus 0

Hier liegen noch keine Informationen vor.


Anlagen des Zyklus 1

Automatischer Überdeckungsrepeater AÜR21

(Alias AÜR 21, AÜR-21)

Der AÜR21 diente zur Übertragung der Strukturen von der Schablone auf die Halbleiterscheibe durch chipweise Überdeckung von Schablone und Wafer an waferfesten Marken. Dadurch war es möglich, die Schaltkreise einzeln zur Schablone zu justieren, um eine größtmögliche Genauigkeit bei jedem einzelnen Schaltkreis auf dem Wafer zu erzielen. Arbeitsprinzip war hier das fotolithografische Verfahren der Projektionsbelichtung.
Durch eine hochpräzise Optik und dem Einsatz bestimmter Wellenlängen (Überdeckungswellenlänge 578 nm, Belichtungswellenlänge 436 nm) wurde ein Auflösungsvermögen von 1 µm erreicht.


Automatischer Überdeckungs-Repeater

Damit war mit dem AÜR21 sowohl die Serienfertigung als auch die Entwicklung von integrierten Schaltkreisen auf dem Technologieniveau 5 bis 6 möglich. Der größtmögliche Schablonen- und Waferdurchmesser, der mit dem AÜR 21 verarbeitet werden kann, betrug 150 mm (6 Zoll). Seine instrumentelle Überdeckungsgenauigkeit +/- 0,1 µm (100 nm).

Das Gerät wurde u.a. für die Produktion der 64-KBit-RAM-Schaltkreise benutzt.


Elektronenstrahlbelichtungsanlage ZBA21

(Alias ZBA 21, ZBA-21)

Die ZBA21 diente in zwei Ausführungen zur Belichtung von Schablonen oder Wafern bis zum Technologieniveau 6.


Elektronenstrahlbelichtungsanlage ZBA21

Im Gegensatz zum AÜR21, der im fotolithografischen Verfahren arbeitete, wurde in der ZBA21 ein rechnergesteuerter, fokussierter Elektronenstrahl für die Belichtung eingesetzt. Dabei wurde das Formstrahlprinzip angewendet, bei dem der Elektronenstrahl neben dem runden Querschnitt weitere Formen (quadratisch usw.) annehmen konnte und so scharfe Kanten sicherte.

Die ZBA21 war für die Darstellung von Elementenabmessungen für Linien ab 0,2 µm (200 nm) bei einer Schrittweite von 0,1 µm (100 nm) einsetzbar und somit zur Produktion von VLSI- Schaltkreisen geeignet. Die Position des Präzisionskoordinatentisches wurde mit einem Laserwegmesssystem bestimmt.

ZBA21W diente zur direkten, schablonenlosen Belichtung von Halbleiterscheiben mit einem Durchmesser zwischen 6,25 und 150 mm (2,5 bis 6 Zoll).
ZBA21S diente zur Herstellung von Originalschablonen auf Chrom-Glassubstraten mit dem Abmessungen von 100 x 100 cm bis 175 x 175 cm.

Die Schreibzeit von Wafern mit 100 mm (4 Zoll) Durchmesser zur Herstellung von integrierten Schaltkreisen im Technologieniveau 5 betrug 2 Wafer pro Stunde. Der Nachteil der Elektronenstrahllithografie gegenüber der Projektionsbelichtung war die relativ lange Schreibzeit. Daher wurde sie hauptsächlich zur Schablonenerstellung eingesetzt, oder zur Produktion geringer Stückzahlen von Schaltkreisen.


Niederdruck-CVD-Anlage HCVD55

(Alias HCVD 55, HCVD-55)

Die HCVD55 arbeitete nach dem LPCVD-(low pressure chemical vapor deposition)-Verfahren.
Dieses Verfahren war eine Unterdruckabscheidung zur Herstellung von dünnen Schichten aus reinem oder dotiertem Siliziumdioxid, Siliziumnitrid oder Polysilizium auf die Oberfläche der bearbeiteten oder unbearbeiteten Halbleiterscheibe und aller auf ihr befindlichen Materialien.
Das Silizium der Halbleiterscheibe nahm bei diesem Verfahren, im Gegensatz zu anderen Depositionierungstechniken, am Reaktionsprozess selbst nicht teil, sondern dient nur als Trägermaterial zur Anlagerung der Atome bzw. Moleküle.
Dabei wurde im Vakuum (Druckbereich von 0,13 bis 1,33 mbar) und bei Temperaturen von 350 bis 950 °C gearbeitet.
Die zu beschichtenden Halbleiterscheiben konnten Durchmesser von 76 bis 150 mm (3 bis 6 Zoll) haben.


Niederdruck-CVD-Anlage HCVD55

Die HCVD 55 diente somit für den Einsatz in den Basistechnologien zur Fertigung von VLSI-Schaltkreisen im Technologieniveau 4.
Gesteuert wurde die Anlage von einem Mehrrechnersystem und war mit einem effektiven Sicherheitssystem ausgestattet.
Es konnten etwa 50 bis 100 Halbleiterscheiben pro Charge verarbeitet werden.


Hochrate-Zerstäuberanlage HZSÜ03

(Alias HZSÜ 03, HZSÜ-03, HZSÜ3, HZSÜ 3, HZSÜ-3)

Das bei der HZSÜ03 eingesetzte Verfahren der Kathodenzerstäubung diente der Beschichtung von Halbleiterscheiben im Vakuum mit Aluminium und dessen Legierungen. Dabei wurde das aufzubringende Material (Al oder Al-Legierungen) durch Ionen, die in einem elektrischen Feld stark beschleunigt wurden, zerstäubt und schlug sich auf der Oberfläche der Halbleiterscheibe nieder. Es entstanden im Gegensatz zur Bedampfungstechnik hochreine Schichten.
Die Al-Beschichtung war einer der letzten Schritte in der Strukturierung der Halbleiterscheiben und stellte quasi die Verdrahtung der einzelnen Bauteile dar.
Die vollständig rechnergesteuerte HZSÜ03 war besonders für kleine Serien und für mittlere Technologieniveaus geeignet. Die zu beschichtenden Halbleiterscheiben konnten Abmessungen bis 150 mm (6 Zoll) Durchmesser haben. Pro Arbeitszyklus konnten 18 Scheiben verarbeitet werden.


Ionenstrahlätzanlage ISA150

(Alias ISA 150, ISA-150)

Die ISA150 arbeitete nach dem Verfahren der anisotrop wirkenden Trockenätzung mittels einem gerichteten Elektronenstrahl.
Dieses im Gegensatz zur Nassätzung wesentlich aufwendigere Verfahren erreichte eine sehr hohe Genauigkeit bei der Übertragung der im Fotolack erzeugten Strukturen auf die darunterliegenden Schichten.
In der ISA150 wurden Argon, sowie fluor- und sauerstoffhaltige Gase als in einem elektrischen Feld beschleunigter und gerichteter Ionenstrahl eingesetzt.
Diese beschleunigten Ionen trafen auf die Halbleiterscheibe und schlugen so Material aus deren Oberfläche heraus.
Das anisotrop reaktive Ionenstrahlätzen bewirkte ein gleichmäßiges Abtragen verschiedenster Materialien ohne Unterwanderung der Fotolackschicht.

Neben der Mikroelektronik konnte die ISA150 auch in der Optoelektronik eingesetzt werden. Auf ihr ließen sich Strukturübertragungen von fotolithografisch strukturierten organischen Registrierschichten (Haftmasken, Fotolacken) auf Isolator-, Halbleiter- oder Metalluntergründen mit sehr hoher Genauigkeit erreichen.
Die rechnergesteuerte Bedienung der ISA150 gestattete eine automatische Endpunktkontrolle des Ätzvorganges bei Erreichen eines Schichtüberganges sowie die freie Programmierbarkeit des Ätzwinkels, wobei sämtliche Prozessdaten auf Diskette protokolliert werden.


Automatischer Vielfachsondentester AVT110

(Alias AVT 110, AVT-110)

Zu dieser Anlage liegen noch keine Informationen vor.


Automatischer Vielfachsondentester AVT120

(Alias AVT 120, AVT-120)

Das Leipziger Frühjahrsmesse 1988 von Carl Zeiss Jena vorgestellte Gerät diente der elektrischen Prüfung integrierter Schaltkreise auf Siliziumscheiben.


Vielfachsondentester AVT120

Der Positionierbereich betrug 416x178mm mit einer programmgesteuerten Positionierung in 5µm-Schritten. Die Scheibe wurde mit einem "Magnetantrieb" positioniert, vermutlich handelte es sich hierbei um Linearmotoren. Gesteuert wurde das Gerät von einem K1520-Rechner. Dem Bediener stand ein Stereomikroskop mit bis zu 100-facher Vergrößerung zur optischen Kontrolle der Positionierung und Kontaktierung zur Verfügung. Es konnten Scheiben (Wafer) von 3 - 6 Zoll Durchmesser verarbeitet werden. Der Testumfang umfasste statische und dynamische Messungen sowie Messungen bei hohen Frequenzen an analogen und digitalen Schaltungen. Während der Arbeit wurde die Scheibe mittels Vakuum auf dem Kreuztisch fixiert. Die Bauelementedaten (Pinbelegung, Positionen, Durchmesser, Dicke,etc.) konnten wahlweise über das Bedienfeld eingegeben oder von einem austauschbaren EPROM-Speicher geladen werden.

Geräteabmessungen: 1350x850x1300 mm bei einem Gewicht von 370 kg und einer elektrischen Leistung von 600 VA.

Ob heute Exemplare überlebt haben, ist nicht bekannt.


Halbleitertestsystem SSM100

(Alias SSM 100, SSM-100)

Dieses Testsystem diente zur Kontrolle der Dotierteilschritte von bipolaren Bauelementen auf der Scheibe (Wafer) und wurde im VEB Halbleiterwerk Frankfurt/Oder entwickelt. Es wurden die Dotierparameter anhand von Schicht- und pinch-Widerstanden, Durchbruchspannungen und Verstärkungsfaktoren ermittelt. Im Gegensatz zur bisher genutzten Methode, wo nur mit Kontrollscheiben gearbeitet werden konnte, wurde nun mit Teststrukturen auf Prozessscheiben gearbeitet. Da die Kontrollscheiben nicht vollständig präpariert waren, ergab sich mit dem neuen System eine wesentlich genauere Messung, die auch während der Präparation zwischen den einzelnen Schritten erfolgen konnte, statt nur am Ende des Prozesses. Ziel war die bessere Beherrschung der technologischen Schritte und die Erhöhung der Ausbeute funktionstüchtiger Bauelemente.


Halbleitertestsystem SSM100

Nach der Dotierung der p-n-Übergangsisolation wurde die Isolationsspannung zwischen zwei gegeneinander isolierenden Epitaxieinseln gemessen. Nach der Emitterdotierung erfolgte zusätzlich die Messung des inneren Basiswiderstandes, der Basis-Kollektor-Durchbruchspannung sowie der Stromverstärkung an entsprechenden Testtransistoren.

Zur Kontaktierung der Messflächen auf der Scheibe durch die bis zu 200 µm dicken Silikat-Isolierschicht wurden Hochspannungsimpulse genutzt. Es wurde eine Sonde mit sieben Messspitzen aus Wolframcarbid genutzt. Jede Nadel konnte über Mikromanipulatoren einzeln genau ausgerichtet werden. Die Auflagekraft war einstellbar. Die Kontaktierungsnadeln wurden pneumatisch gehoben und gesenkt.

Der Messteil war der Kasten rechts auf dem Arbeitstisch. Er bestand aus einem Steuerrechner (Bürocomputer A5120) und einem eingebauten Rechner auf Basis des Prozessors U880 im Gerät, verbaut auf K1520-Karten. Der Steuerrechner wurde mittels IFSS-Schnittstelle angebunden.

Das SSM100-eigene Betriebssystem steuerte die Kontaktierung, die Spannungsversorgung, die Bedienerführung und den Messablauf. Es waren umfangreiche Systemtestroutinen implementiert. Die Auswertung der Daten war Aufgabe des angeschlossenen Steuerrechners.

Der Arbeitsplatz basierte auf dem vorhandenen Vielfachsondentester AVT110 vom VEB Elektromat Dresden. Wie dort besaß er eine Arbeitsfläche von 100 x 100 mm, die mit einer Genauigkeit von 10 µm in x- und y-Richtung positioniert werden konnte. Zur Justage und Prüfung stand ein Stereomikroskop zur Verfügung.


Arbeit am SSM100

Das Testsystem wurde im HFO und im ZFTM Dresden für 100mm-Siliziumscheiben eingesetzt. Durch seinen Einsatz und die In-process-Messung stieg die technologische Disziplin, verringerten sich die Fehlbearbeitungen und die Ausbeute an Schaltkreisen konnte deutlich gesteigert werden. Das System wurde zwischen 1987 und 1988 entwickelt. Weiterführende Arbeiten betrafen die Vergrößerung des Arbeitsbereiches, da in der DDR-Halbleiterindustrie Ende der 1980er der Durchmesser der Halbleiterscheiben auf über 100mm anstieg. Die Einbindung des Testers in ein übergeordnetes Rechnersystem zur Messdaten- und Kontrolltechnologieverwaltung war in Vorbereitung.

Wieviele SSM100 hergestellt wurden und wo sie zum Einsatz kamen, war nicht bekannt.

Vermutlich existiert heute kein Gerät dieses Typs mehr.


DKG11 Defektkontrollgerät

Das DKG11 dient zur automatischen elektrooptischen Kontrolle von Original- und Arbeitsschablonen von 75 x 75 mm bis 175 x 175 mm.
Dabei kam als Wandler eine CCD-Zeile zum Einsatz, die mit einem Mikrorechnersystem verknüpft war und die möglichen Defekte im Einzelbildvergleich erkannte.
Die erkannten Strukturdefekte werden über ein Display, einen Drucker oder auf Diskette ausgegeben und dokumentiert.
Die Kontrollgeschwindigkeit betrug 26 s/cm².
Die erkennbaren minimalen Defektgrößen lagen je nach verwendetem Objektiv bei 1,2 bzw. 2,5 µm.


Defektkontrollgerät DKG160

(Alias DKG 160, DKG-160)

Die Ursache für den Ausfall von Schaltkreisen war häufig die Übertragung von zufälligen Defekten der Original- oder Arbeitsschablonen auf die Scheiben. Das Erkennen und Klassifizieren solcher Defekte war manuell sehr mühsam, fehleranfällig und nicht gut dokumentierbar. Das Grundprinzip der Defekterkennung basierte auf dem Vergleich zweier Einzelbilder.

Genaue Daten des DKG160 liegen noch nicht vor.

Vermutlich existiert heute kein Gerät dieses Typs mehr.


Schablonenvergleichsgerät SVG160

(Alias SVG 160, SVG-160)

Zur Mikrostrukturierung von VLSI-Schaltkreisen wurden bis zu 14 Schablonen in aufeinanderfolgenden Prozessstufen eingesetzt. Das erforderte eine hohe Passfähigkeit der Schablonen untereinander. Das rechnergestützte Schablonenvergleichsgerät SVG160 bot die Möglichkeit einer zeiteffektiven Erfassung und Auswertung von Lagefehlerdifferenzen. Die Messung erfolgte manuell an einem Vergleichsmikroskop. Die beiden Kanäle (Referenzschablone und Prüfling) wurden jeweils rot und grün durchleuchtet und übereinandergelegt. Erkennbare rote bzw. grüne Farbsäume resultierten in Überdeckungsabweichungen, die mit hochauflösenden Planplattenmikrometern nach visueller Beobachtung ausgeglichen und anschließend vom Rechner messtechnisch verifiziert werden. Dabei speicherte er die Abweichungs- und Korrekturdaten zur Weiterverarbeitung.


Schablonenvergleichsgerät SVG160

Die umschaltbare optische Auflösung betrug 150x, 300x und 500x. Die vergrößerte Darstellung des Projektionsschirms war konstant 133x. Das System verfügte über eine automatische Fokusregulierung, als Lichtquellen dienten zwei 150W Xenon-Hochdrucklampen.

Der Positioniertisch besaß in x- und y-Richtung eine Positioniergenauigkeit von 0,1µm. Die Fixierung und Lagerung der Schablonen in ihren hochpräzisen Aufnahmerahmen geschah pneumatisch. Der Bewegungsbereich des Hauptpositioniertisches betrug 160mm in beide Richtungen. Er wurde über ein 3-Strahl-Laserwegmesssystem (Auflösung 40nm) unter Erfassung des Komparatorfehlers positioniert.

Mit den mechanischen und optischen Möglichkeiten des Systems ließen sich Belichtungsanlagen so abgleichen, dass ein Überdeckungsfehler < 250nm erreicht wurde.

Die Kontrollprogramme des Gerätes wurden auf Diskette abgespeichert. Die Bedienung erfolgte menügesteuert. Schablonendaten und Messergebnisse konnten auf Diskette gespeichert und schnell wieder in das System geladen werden.

Wieviele SVG160 hergestellt wurden und wo sie zum Einsatz kamen, war nicht bekannt.

Vermutlich existiert heute kein Gerät dieses Typs mehr.


Schichtwiderstandsmessplatz VSM100

(Alias VSM 100, VSM-100)

Es handelte sich um einen rechnergestützten Messplatz, hergestellt vom VEB Halbleiterwerk Frankfurt/Oder.

Genauere Informationen zu diesem Gerät liegen noch nicht vor.


Anlagen des Zyklus 2

M III Montagelinie

Die Montageline M III diente der vollautomatischen Herstellung 14- bis 16-poliger Bauelemente in Flat-Pack-Gehäusen mit Keramikhalbschalen.
Sie bestand aus vier mikrorechnergesteuerten Einrichtungen, die über ein spezielles Magazinsystem miteinander gekoppelt waren.
Die Produktivität der einzelnen Einrichtungen von 1800 Bauelementen pro Stunde war ebenfalls aufeinander abgestimmt.
Weiterhin konnte die Montagelinie auch auf andere Gehäusetypen umgerüstet werden.


Messepräsentation der Montagelinie III in Leipzig


Bauelementeproduktion mit der Montagelinie III im HFO

Die einzelnen Komponenten waren: In einem letzten Arbeitsschritt wurden die Schaltkreise vom Trägerstreifen getrennt und die Anschlusskontakte umgebogen.
Nach einer abschließenden Funktionskontrolle der Schaltkreise ist der Herstellungsprozess abgeschlossen.



Tester T3000

(Alias T 3000, T-3000)

Dieses Gerät wurde vom zentralen Forschungsinstitut für Mikroelektronik Dresden gebaut und diente der Prüfung von Bauteilen, vornehmlich integrierten Schaltkreisen. Die Anlage bestand auf einem K1630-Rechnerschrank, einem K8912-Terminal, einen Drucker SD1157, einem Elektronikschrank und mehreren Bedientischen, in den die Fassungen für den Prüfling eingelassen war.


Schaltkreistester T3000

Arbeit am T3000

Geöffneter T3000-Schrank

Programmwechsel am T3000

Die Prüfprogramme wurden per Wechselplatte in die Anlage gebracht.

Das T3000 gilt heute als ausgestorben.


Letzte Änderung dieser Seite: 29.11.2016Herkunft: www.robotrontechnik.de