Zentrales Thema dieser Arbeit ist der Entwurf, die Herstellung und Charakterisierung eines Biosensorchips zur multiparametrischen Messwerterfassung. Um Zelle und Zellvorgänge in ihrer Komplexität und Dynamik zu verstehen, ist es notwendig, mehrere Signale (Ansäuerung, Sauerstoffverbrauch, Temperatur) gleichzeitig und zeitaufgelöst zu messen. Basis ist die pH--Wertmessung mit Ionensensitiven Feldeffekttransistoren (ISFET) sowie Elektrodenstrukturen zur Messung der Impedanz (IDES) und des Sauerstoffgehalts (Clark). Die dafür verwendeten Systeme basieren auf Sensoren, die in Siliziumtechnologie und Dünnfilmtechnik gefertigt werden. Die Halbleitertechnologie ermöglicht durch die Miniaturisierbarkeit der Einzelsensoren eine Integration auf einem Chip (Biosensorchip). Es soll im Reinraum des Lehrstuhls für Technische Elektronik ein Prozess zur Herstellung von ca. 200 Biosensorchips pro Monat entwickelt werden. Begonnen wurde die Prozessentwicklung auf Waferstücken, um den Arbeitsablauf und das Design des Chips zu entwickeln. Um die Forderung nach der Stückzahl zu erreichen, musste, aufbauend auf diesen Grundlagen, die Fertigung auf eine Wafergröße von 100mm umgestellt werden. Dies erforderte die Anschaffung neuer Anlagen und einen Umbau des Reinraums. Für den Gesamtprozess war dadurch eine Veränderung der Einzelprozesse und damit eine Anpassung der Prozessparameter an die neue Wafergröße nötig. Die Analyse der Einzelprozesse bildete ebenso einen Teil dieser Arbeit wie die elektrische Charakterisierung der auf den Sensorchips befindlichen Referenztransistoren und Teststrukturen. Die elektrischen Messungen bildeten die Grundlage zur Bewertung der Prozesse und waren somit ein wichtiger Faktor der Prozesskontrolle. Für das Doppelschichtsystem aus SiO2/Si3N4 wurde mittels ellipsometrischen Messungen und CV--Messungen die elektrischen Eigenschaften bestimmt. Es konnte ein funktionsfähiger, wiederholbarer Prozessablauf gefunden werden, der es ermöglicht Transistoren in einer für die Sensoranwendungen guten Qualität herzustellen. Allerdings ist der Prozess anlagenbedingt einigen Schwankungen unterworfen, die die Reproduzierbarkeit einschränken. Desweiteren wurden Materialuntersuchungen an SiO2/CeO2-Doppelschichten durchgeführt, um die Eigenschaften des Schichtsystems in Hinblick auf die Verwendung als pH-sensitive Schicht für ISFETs zu bestimmen. Das Ceroxid wurde mittels Molekularstrahlepitaxie in einer UHV (Ultra Hochvakuum Anlage) abgeschieden. Es wurden zum einen Untersuchungen der Oberflächenstruktur sowie der elektrischen Eigenschaften durchgeführt und zum anderen die pH--Empfindlichkeit der Ceroxidschicht ermittelt.     «

Zentrales Thema dieser Arbeit ist der Entwurf, die Herstellung und Charakterisierung eines Biosensorchips zur multiparametrischen Messwerterfassung. Um Zelle und Zellvorgänge in ihrer Komplexität und Dynamik zu verstehen, ist es notwendig, mehrere Signale (Ansäuerung, Sauerstoffverbrauch, Temperatur) gleichzeitig und zeitaufgelöst zu messen. Basis ist die pH--Wertmessung mit Ionensensitiven Feldeffekttransistoren (ISFET) sowie Elektrodenstrukturen zur Messung der Impedanz (IDES) und des Sauersto...     »

The main topic of this work is the design, the production and characterization of Biosensorchips for multiparametric data logging. To understand the complex and dynamic cell behavior it is necessary to measure several signals (acidification, oxygen consumption, temperature) simultaneously in a time resolution way. The basic quantity is the pH--value which is measured by ionsensitive fieldeffect transistors (ISFETs). The impedance of the system and the oxygen consumption is measured by electrode structures (IDES and Clark). The used sensors are produced in silicon- and thinfilm technology. The semiconductor technology enables the opportunity, by miniaturization to integrate several sensors onto one chip (Biosensorchip). The Production of about 200 Bisoensorchips per month should be developed in the cleanroom facility of the Institute of Technical Electronics. The work was started on Waferpieces to develop the design and the processflow of the chip. To fulfill the demand for the required number of chips, the production was transferred to 100mm Wafers. Therefore new machines were required and the cleanroom had to be rearranged. For the entire process a change of specific processes and a adjustment of the process parameters were necessary. The analysation of the processes and the electrical characterization of the reference transistors and test structures included on the sensorchip were a major part of this work. The electrical measurements were the bases for the process assessment and therefore a essential part of the process control. For the double layer of siliconoxide and siliconnitride the electrical properties were evaluated by ellipsometry and CV-measurements. It was possible do develop a working and reproducible processflow, which allows a production of the transistors in a good quality for sensor applications. However, the process is subjected to the drift of the machines which decreases the repeatability. Additionally material analysis of siliconoxide/ceroxide double layers were performed to characterize the double layer system as a pH-sensitive layer for ISFET production. The ceroxide was deposited by molecular beam epitaxy in an ultra high vacuum facility (UHV). Analysis of the surface structure as well as electrical behavior and pH-sensitivity of the ceroxide layer were done.     «

The main topic of this work is the design, the production and characterization of Biosensorchips for multiparametric data logging. To understand the complex and dynamic cell behavior it is necessary to measure several signals (acidification, oxygen consumption, temperature) simultaneously in a time resolution way. The basic quantity is the pH--value which is measured by ionsensitive fieldeffect transistors (ISFETs). The impedance of the system and the oxygen consumption is measured by electrode...     »