Forschung & Innovation

Zukunftsweisende Halbleiterforschung

im Herzen von Silicon ­Saxony und Europa

30.01.2024 - Moderne Elektronikentwicklungen setzen hochmoderne Techno­logien und Herstellungsverfahren voraus, die für viele Unternehmen eine finanzielle Herausforderung darstellen.

Mitten im Silicon Saxony bietet das Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS sowohl großen Chipherstellern als auch kleineren­ Unternehmen ­Zugang zu neuesten Forschungsergebnissen und Technologien auf 200 und 300 mm ­Silizium Wafern. Das Serviceangebot erstreckt sich von der Beratung über die Prozessentwicklung bis hin zur Pilot­serienfertigung. Dabei spielt auch GreenICT – also Nach­haltigkeit – eine immer wichtigere Rolle.

Am Fraunhofer IPMS erfolgt die technologische Entwicklung und Betreuung der MEMS-Technologien entlang der gesamten Wertschöpfungs­kette: von Einzelprozessen über Technologiemodule bis hin zur kompletten Technologie sowie die prozesstechnische Betreuung der Anlagen im Reinraum. Nach der erfolgreichen Entwicklung bietet das Institut eine Pilotfertigung bzw. Unterstützung des Technologietransfers an. Damit deckt das Fraunhofer IPMS die technologischen Reifegrade (TRL) von drei bis acht ab. Gerade Start-ups, KMUs und Unternehmen ohne eigene Fab können dadurch von geringen Investitionskosten profitieren.

Im Bereich der Sensorik und Aktorik entwickelt das Fraunhofer IPMS bspw. kapazitive Ultraschallsensoren. Diese werden als Plattform angeboten, um schnell kundenspezifische Anpassungen vornehmen zu können. Dies bietet auch Mittelständlern einen kostengünstigen Zugang zu Hochtechnologie. Ein weiterer wichtiger Aspekt für Kunden: Eine einfache und kostengünstige Möglichkeit, die neusten Entwicklungen in ihrer Anwendung zu testen. Hierfür bietet das Fraunhofer IPMS Evaluations-Kits an. Mit diesen einsatzfertigen Set-ups können Kunden bspw. die Mikroscannertechnologie sofort in ihre Produktentwicklung einbeziehen, da die passende Ansteuerelektronik zur Erfüllung der Spezifikationen bereits im Lieferumfang enthalten ist. Kostspielige Eigenentwicklungen entfallen.

300 mm 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. Diese umfassen unter anderem Einzelprozessentwicklungen im Bereich Atomlagenabscheidung, chemisch-mechanisches Polieren, Wafermetallisierung, Waferreinigung, Metrologie oder Nanopatterning. Aber auch die Evaluation und Optimierung von Chemikalien und Verbrauchsmaterialien für neueste CMOS-Technologien sowie Anlagenqualifikationen sind im Reinraum des CNT möglich. Der Schwerpunkt der F&E-Aktivitäten liegt im Front-End-Bereich 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.

Zur Erweiterung der Möglichkeiten wurde mit der Firma Applied Materials ein Technologiezen­trum für Halbleitermetrologie und Prozessanalyse gegründet. Am Fraunhofer IPMS wurden dafür hochmoderne eBeam-Metrologiegeräte von Applied Materials installiert. Die präzise Messtechnik ist bei der Herstellung von Mikrochips von entscheidender Bedeutung für die Qualitätsüberwachung, um die physikalischen und elektrischen Eigenschaften zu validieren und die angestrebte Ausbeute zu gewährleisten.

Green ICT – Nachhaltige Informations- und Kommunikationstechnik

Die steigende Digitalisierung birgt Chancen als auch Herausforderungen für den Umweltschutz. Die intelligente Steuerung von Geräten spart zwar Energie, aber die fortschreitende Verbreitung erhöht gleichzeitig den Energieverbrauch. Die Mikroelektronik braucht daher neue Ansätze, um sowohl in der Herstellung als auch der Gestaltung Umweltauswirkungen zu minimieren. Das Fraunhofer IPMS arbeitet eng mit der Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland (FMD) im Kompetenzzentrum Green ICT zusammen, um aktiv die Reduzierung des Ressourcenverbrauchs voranzutreiben. Dies umfasst zum einen energieeffiziente Sensor-Edge-Cloud-Systeme (batterielose Sensoren als auch neuromorphe KI-Beschleuniger) sowie Kommunikationswerke (Li-Fi und Ethernet TSN) als auch eine ressourcenoptimierte Elek­tronikproduktion sowohl auf 200 mm als auch 300 mm Wafern. Letzteres umfasst die Optimierung der Materialverbräuche und den Ersatz von kritischen Materialien im Bereich der Nassprozesse und Lithografie sowie die Optimierung von Energieverbräuchen und der Emissionsbelastung.

Neueste Forschungsergebnisse auf der »Semicon West« sowie »Semicon Europa«

Vom 9. bis 11. Juli präsentiert das Fraunhofer IPMS seine jüngsten Forschungsergebnisse und Technologien auf der Messe »Semicon West« in San Francisco. Dabei werden die umfassenden Services der Fraunhofer Screening Fab im Bereich der Halbleiterfertigung und Entwicklung präsentiert. Auf der »Semicon Europa« in München vom 12. bis 15. November haben Besucherinnen und Besucher die Gelegenheit mit den Forschenden am Gemeinschaftsstand von Silicon Saxony in Kontakt zu treten. Terminvereinbarungen können bereits im Vorfeld über die Webseite des Fraunhofer IPMS getroffen werden.

Autor: Jörg Amelung, Fraunhofer-Institut für Photonische Mikro­systeme IPMS, Dresden

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Fraunhofer Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS

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