2 Herstellung von Speichermodulen

Arbeitsspeicher von modernen Computern werden schon lange nicht mehr - wie zu Urzeiten der ersten IBM-PCs - mit einzelnen DRAM-ICs bestückt. Durchgesetzt hat sich die Zusammenfassung der einzelnen ICs auf Speichermodulen. Dies ermöglicht zum einen eine einfachere Realisierung von großen Datenbreiten und Kapazitäten durch Zusammenschaltung der einzelnen ICs. Zum anderen bietet die Zusammenfassung höhere Flexibilität beim Handling des Speichers durch einfaches Aufrüsten, Wechseln oder Weiterverwenden der Module.

Die Entwicklung der Speichermodule hat sich dabei den jeweiligen Rechnerarchitekturen angepasst. So hat sich nicht nur die Datenbreite der Module im Laufe der Jahre vervielfacht. Durch ständig steigende Taktfrequenzen wird das Layout der Module immer wichtiger und kritischer.

Als Ausgangsmaterial spielt Silizium in der Halbleitertechnik eine entscheidende Rolle. Quarzsand, das Rohmaterial, ist leicht verfügbar und damit kostengünstig. Isolationsschichten zur Maskierung und elektrischen Isolation sind relativ einfach zu realisieren. Silizium verbindet sich bei Raumtemperatur mit Sauerstoff zu Siliziumdioxid SiO2 und bildet durch diese einfache Oberflächenbehandlung einen hochwertigen elektrischen Isolator. Bei Halbleitern wie Germanium oder Gallium-Arsenid sind Isolationsschichten nur sehr schwierig und kostenintensiv herstellbar.

Der Gewinn von Rohsilizium erfolgt in elektrischen Öfen durch die Abspaltung des Sauerstoffs aus dem Quarz. In weiteren chemischen Prozessen findet die Säuberung des Siliziums von Fremdstoffen statt.

Aus der Siliziumschmelze erfolgt über das sogenannte Zonenziehverfahren die Herstellung von Siliziumstäben. Ein wassergekühltes Innenloch-Metallsägeblatt mit diamantenbesetzter Schnittkante zerteilt die Stäbe in Scheiben. Durch das Schneiden ist die Oberfläche aufgeraut und weist Gitterschäden im kristallinen Bereich auf. Durch verschiedene Ätz- und Politurverfahren wird die oberste Schicht der Scheibe abgetragen und für den nächsten Prozess vorbereitet.

Die Integration der elektrischen Funktionen auf den planaren sogenannten Waferscheiben erfolgt in mehreren Fertigungsschritten:

• Erzeugen einer Oxidschicht auf der Scheibe.
• Auftragen eines Fotolacks.
• Belichtung des Lacks über Strukturmasken.
• Entfernen des belichteten Fotolacks.
• Ätzen der Oxidschicht mit dem unbelichteten Fotolack als Maskierschicht.
• Entfernen des unbelichteten Fotolacks durch einen weiteren Ätzvorgang.
• Diffusion zur lokalen Dotierung des Siliziums mit Oxid als Maskierschicht.

Die strukturierten Chips werden dann durch Ritzen, Lasertrennen oder Sägen von der Siliziumscheibe getrennt. Mittels Klebe-, Löt- oder Legierverfahren werden dann die kleinen Silizium-Dies auf einen Systemträger befestigt. Die Verbindung der Pins des Systemträgers mit den Anschlusspads des Die erfolgt durch Einzeldraht-Kontaktierung mit Gold- oder Aluminiumdrähten. Diese Bond-Technik kann durch Thermokompressions-, Ultraschall- oder im Thermosonic-Verfahren (Kombination von beiden) erfolgen.

Erst jetzt wird der Systemträger mit dem aufkontaktiertem Die in einem Gehäuse eingebettet. Damit ist der Schutz des empfindlichen Dies sichergestellt und die fertigen Bausteine lassen sich leicht weiterverarbeiten.