Effizienzsteigernde Verfahren für den produktionsbegleitenden Test von MEMS-Mikrofonen

Die vorliegende Arbeit untersucht neue Lösungsansätze zur Effizienzsteigerung von Prüfverfahren für MEMS-basierte Mikrofone im Kontext produktionsbegleitender Testszenarien. Diese betreffen Sensitivitätsprüfungen der mikromechanischen Subkomponenten, insbesondere deren mechanische Spannungszustände zu einem frühen Zeitpunkt in der Herstellungsprozesskette, auf Waferebene oder direkt nach dem Vereinzeln der Bauelemente. Neben einer möglichen Regelung driftender Prozessparameter können außerhalb der Spezifikation liegende Bauelemente definiert und von den kostenintensiven Prozessschritten im BEOL ausgeschlossen werden. Als Resultat der Erfolgsgeschichte dieser neuartigen Bauelemente in den vergangenen Jahren und eines prognostizierten, weiterhin starken Wachstums, nicht zuletzt aufgrund anhaltender Innovationen im Bereich mobiler Endgeräte, steigen die Anforderungen an innovative Testkonzepte der elektromechanischen Halbleiterkomponenten.

Drei Verfahren inklusive der relevanten Grundlagen bezüglich der MEMS-spezifischen Kopplung von elektrischer und mechanischer Domäne werden in der vorliegenden Arbeit diskutiert: Ein exemplarisches Bauteil wird im Kontext elektrisch-basierter Testverfahren auf statisches und dynamisches sowie lineares und nicht-lineares Verhalten untersucht, wobei der Fokus auf einer Einflussanalyse relevanter Prozessschwankungen liegt. Zusätzlich wird ein Paralleltestverfahren anhand eines MEMS-spezifischen Testparameters präsentiert und dessen Funktionalität experimentell verifiziert. Ein generischer Einsatz der Methode über Mikro-Elektro-Mechanische Systeme hinaus wird diskutiert und mögliche Randbedingungen werden exemplarisch evaluiert. Des Weiteren wird das gemäß dem Stand der Technik zur Verfügung stehende Portfolio an kontaktfreien Testmethoden um einen radarbasierten, im Rahmen dieser Arbeit neu entwickelten Ansatz erweitert. Neben dem Nachweis der Funktionalität im J-Band (220-325 GHz) und der Beschreibung einer Kompensationsmethode in Bezug auf parasitäre Einflüsse wird ein dediziert entwickeltes Empfängersystem auf Basis der Sechstor-Technologie präsentiert.

Die Funktionalität der gezeigten Verfahren wird experimentell verifiziert, Vor- und Nachteile werden in Bezug auf alternative Verfahren sowie die relevanten Rahmenbedingungen angesprochen. Die resultierenden Ergebnisse zeigen das Potenzial zur Effizienzsteigerung für einen produktionsbegleitenden Test von MEMS-Mikrofonen.