Ziel der Entwicklung
Die technisch-technologische Zielstellung des Vorhabens bestand in der Entwicklung von Technologiemodulen zur dreidimensionalen Integration von optischen Funktionselementen.
Die Aufgabenstellung erforderte aus Sicht des Waferprozesses die Entwicklung folgender neuer Technologiemodule:
- Präparation von Kavitäten mit Böschungswinkeln von 45° und 90°, naßchemisch geätzt
- Fotolithografische 3D-Strukturierung von Kavitäten mit Böschungswinkeln von 45°
- Optimierung eines Spray Coating Resists für die plasmachemische Strukturierung von Isolationsschichten einschließlich der restlosen Polymerentfernung
- Meßtechnik und Qualitätssicherung zur kontinuierlichen Verbesserung der Prozesse
Basierend auf den Entwicklungen der 3D-Strukturierungstechnologien sollten im Rahmen des Forschungs- und Entwicklungsvorhaben TM3DIOF zwei Applikationen beispielhaft als Demonstratoren realisiert werden. Dies ist einerseits die Entwicklung einer 3D-Fotodiode mit senkrechten Faserkanal im Bulksilizium für die optimale Montage von Lichtleitfasern. Das Ziel dieses Konzeptes besteht in der Umsetzung von Mikrosystemtechnologien für die Herstellung kompakter PigTails mit exzellenten opto-elektronischen Parametern wie die spektrale Empfindlichkeit und Bandbreite für sensorische Applikationen. Andererseits sollte aufbauend auf den 3D-Strukturierungstechnologien die Entwicklung eines 45°-Laserspiegels mit integrierter Monitordiode realisiert werden. Ziel ist dabei, Laserdioden in die MORES® Technologieplattform für sensorische Applikationen zu integrieren.
Vorteile und Lösungen
Die Optimierung des Spray-Coating-Verfahrens in Verbindung mit einer Weiterentwicklung des Photolackes führte zu deutlichen Verbesserungen der technologischen Möglichkeiten der 3D-Strukturierung. Trotz der Tatsache, dass das Auflösungsvermögen in Abhängigkeit von der Tiefe der Kavität sich deutlich verringert, können mit dieser Technologie 3D-Fotodetektoren hergestellt werden. Eine bedeutsame Alternative zu Klebe-Technologien von Glasfasern in 3D-Fotodetektoren stellt das Solderjet Bumping dar. Das Verfahren erlaubt es mit einer hohen Präzision Glasfasern in 3D-Silizium-Strukturen zu montieren. Die höhere Festigkeit der Verbindung erlaubt den Einsatz unter härteren Umweltbedingungen. Zusammenfassend sind somit durch die Arbeit an dem Projekt TM3DIOF folgende Technologiemodule für das CiS Forschungsinstitut verfügbar:
- Naßchemische Strukturierungsverfahren zur Erzeugung von (110) Böschungswinkel von 45° bis 90° zu (100) Ebenen,
- Eine optimierte 3D-Strukturierungstechnologie durch eine weiterentwickelte Photolack-Technologie für das Spray-Coating-Verfahren in Verbindung mit dem MO-Optiken zur Belichtung,
- Design-Rules für die Herstellung von 45°-Laserspiegel in Silizium mit der Möglichkeit, Monitordioden zu integrieren und
- Nutzung des Solderjet Bumping auf 3D-Si-Fotodetektoren zur Montage von optischen Elementen wie Glasfasern oder auch Mikrooptiken.
Zielgruppe und Zielmarkt
Es wird davon ausgegangen, dass die Projektergebnisse Eigentum des CiS Forschungsinstitutes sind und somit extern wie auch intern vom CiS verwertet werden können.CiS ist Hersteller der TM3D Siliziumchips wie auch der künftigen (faserkomplettierten) Kompakt-Sensoren (Systeme). Dazu verfügt CiS über die notwendigen Ressourcen und technologischen Erfahrungen. Das betrifft vor allem die 3D Strukturierungstechnologie und die Technologieoptimierung.
Gleichzeitig wird CiS als wirtschaftsnahe Forschungseinrichtung den Aufbau von Kooperationsbeziehungen fördern, vorzugsweise über die Direktkooperation mit Partnern aus Netzwerken, Clustern, Fachgremien und -gruppen, wie z. B. den Netzwerk „Measurement Valley„ in Göttingen, um im Rahmen von Auftragsforschung und entwicklung applikations- und kundenspezifische Lösungen zu erarbeiten. Applikations- und Anwendungsprojekte (als Industrie-, aber auch Förderprojekte) werden deshalb nach Projekteende einen breiten Raum in der TM3DIOF Verwertung einnehmen.