Halbleiterforschung Europa Einfacher Zugang zur Halbleiterforschung: Silizium-Wafer auf 200 und 300 mm

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Fraunhofer-Institut fuer Photonische Mikrosysteme

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Halbleiterforschung auf 200- und 300-mm-Siliziumwafern wird in Deutschland unter anderem vom Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS betrieben. Große Chiphersteller sowie kleine und mittelständische Unternehmen profitieren vom Zugang zu aktuellen Forschungsergebnissen. Das Angebot reicht von der Prozessentwicklung bis zur Pilotserienfertigung.

Am Fraunhofer IPMS in Dresden erfolgt die technologische Entwicklung und Betreuung der MEMS-Technologien entlang der gesamten Wertschöpfungskette: von einzelnen Prozessen über Technologiemodule bis hin zu kompletten Technologien sowie die prozesstechnische Betreuung der Anlagen im Reinraum. Nach erfolgreicher Entwicklung bietet das Institut eine Pilotfertigung an und unterstützt den anschließenden Technologietransfer. Damit deckt das Fraunhofer IPMS die technologischen Reifegrade (TRL) von drei bis acht ab. Insbesondere Start-ups, KMUs und Unternehmen ohne eigene Fab profitieren von den geringen Investitionskosten für eine Fertigungslinie.

Bei der Sensorik und Aktorik entwickelt das Fraunhofer IPMS beispielsweise kapazitive Ultraschall-Sensoren. Diese werden als Plattform angeboten, mit denen sich schnell kundenspezifische Anpassungen vornehmen lassen. Hiervon können auch mittelständische Unternehmen durch einen kostengünstigen Zugang zu Hochtechnologie profitieren. Ein weiterer wichtiger Aspekt für Kunden: Eine einfache und kostengünstige Möglichkeit, die aktuellen Entwicklungen in ihrer Anwendung zu testen. Hierfür bietet das Fraunhofer IPMS Evaluations-Kits an. Mit diesen einsatzfertigen Set-ups werden Kunden in die Lage versetzt, beispielsweise die Mikroscannertechnologie sofort in ihre Produktentwicklung einzubeziehen. Die passende Ansteuerelektronik für notwendige Spezifikationen ist bereits im Lieferumfang enthalten. Eine kostspielige Eigenentwicklung entfällt.

Halbleiterprozess- und Produktentwicklung für die Nanoelektronik

Mit dem Center Nanoelectronic Technologies (CNT) betreibt das Fraunhofer IPMS angewandte Forschung auf 300-mm-Wafern für Chiphersteller, Zulieferer, Equipmenthersteller und F&E-Partner. Dabei wird eine Vielzahl von Technologieentwicklungen und Supportleistungen auf dem Gebiet der Ultra-Large-Scale-Integration (ULSI) angeboten.

Dazu gehören unter anderem Einzelprozessentwicklungen für Atomlagenabscheidung, chemisch-mechanisches Polieren, Wafermetallisierung, Waferreinigung, Metrologie oder Nanopatterning. Aber auch die Evaluation und Optimierung von Chemikalien und Verbrauchsmaterialien für aktuelle CMOS-Technologien sowie Anlagenqualifikationen sind im Reinraum des CNT möglich.

Der Schwerpunkt der F&E-Aktivitäten liegt beim Front-End mit Fokus auf der Integration von Funktionalitäten in Verdrahtungsebenen (BEoL-Modul). Dazu gehören vor allem verschiedene nicht-flüchtige Speicher, Kondensatoren oder Varakatoren. Gemeinsam mit dem Fraunhofer IZM-ASSID (Schwerpunkt Heterointegration und Wafer Level Packaging) werden im Center CEASAX (Center for Advanced CMOS & Heterointegration Saxony) Kompetenzen gebündelt und Forschungsschwerpunkte im Bereich Neuromorphic Computing, Kryo- und Quantentechnologie sowie Advanced Packaging gesetzt.

Batterielose Sensoren und ressourcenschonende Elektronik

Zur Erweiterung der Möglichkeiten wurde mit der Firma Applied Materials ein Technologiezentrum für Halbleitermetrologie und Prozessanalytik gegründet. Zu diesem Zweck wurden am Fraunhofer IPMS hochmoderne eBeam-Messgeräte von Applied Materials installiert. Präzise Messtechnik ist bei der Herstellung von Mikrochips entscheidend für die Qualitätskontrolle, um die physikalischen und elektrischen Eigenschaften zu validieren und die angestrebte Ausbeute zu gewährleisten.

Intelligente Steuerung von Geräten spart Energie, aber mehr Geräte erhöhen den Energiebedarf. Die Mikroelektronik braucht daher neue Ansätze, um die Umweltauswirkungen sowohl bei der Herstellung als auch beim Design zu minimieren. Das Fraunhofer IPMS arbeitet im Kompetenzzentrum Green ICT eng mit der Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland (FMD) zusammen.

Das umfasst zum einen energieeffiziente Sensor-Edge-Cloud-Systeme (batterielose Sensoren sowie neuromorphe KI-Beschleuniger) und Kommunikationssysteme (Li-Fi und Ethernet TSN) sowie eine ressourcenoptimierte Elektronikproduktion sowohl auf 200-mm- als auch auf 300-mm-Wafern. Bei den 300-mm-Wafern sollen zudem der Materialverbrauch reduziert und kritische Materialien in den Nassprozessen und der Lithografie ersetzt werden.

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