Innovationen in Produkte umsetzen

Neue Erkenntnisse müssen schneller in die Fertigung und dort auch unter Fertigungsbedingungen realisierbar sein – eine Herausforderung der Nanoelektronik bei immer kürzeren Produkt- und Technologielebensdauern in der zyklischen Halbleiterindustrie und den rasch wachsenden Entwicklungskosten.

Um Neuentwicklungen schnell in die Serienfertigung zu bringen, bedarf es einer räumlichen Anbindung an die modernsten Produktionslinien. Die Vergleichbarkeit mit laufenden Produkten und das rechtzeitige Erkennen von Chancen und Risiken bei der Einführung in die Produktion ist ein Maßstab für den Erfolg von Unternehmen in der Halbleiterbranche.

Modellhaft für diese enge Verzahnung von Forschung und Fertigung steht das Fraunhofer-Center Nanoelektronische Technologien CNT in Dresden, eine Forschungsplattform der Fraunhofer-Gesellschaft in Public-Private Partnership mit den Industriepartnern Qimonda AG und Advanced Micro Devices, Inc. AMD, die am 31.Mai 2005 gegründet wurde. Bereits unmittelbar nach der Eröffnung begann die Einbringung und Installation der Forschungsanlagen mit einem Investitionsvolumen von 80 Mio. Euro in die nun belegte, rund 800 m² große, Reinraumfläche. Erste Entwicklungsarbeiten wurden inzwischen erfolgreich gestartet.

Die CNT-Wissenschaftler arbeiten gemeinsam mit Entwicklungsingenieuren von Qimonda und AMD daran, innovative Einzelprozesslösungen für die Fertigung nanoelektronischer Bauelemente auf 300-mm-Wafern zu entwickeln. Experten weiterer Fraunhofer-Institute sowie Mitarbeiter der TU Dresden unterstützen vor Ort die Forschungsarbeiten am Fraunhofer CNT und bringen ihr Know-how in gemeinsame Projekte ein. So ermöglicht das CNT eine rasche Umsetzung von Forschungs- und Entwicklungsergebnissen in eine industrielle Nutzung. Dies stellt eine wesentliche Voraussetzung für den Standort Dresden dar, um in der global agierenden Halbleiterindustrie wettbewerbsfähig zu sein.

„Erste Ergebnisse von Prozessen und Verfahren die auf der Fraunhofer Forschungsplattform entwickelt wurden, konnten in den jeweiligen Pilot- und Fertigungslinien der Industriepartner erfolgreich charakterisiert und für den möglichen zukünftigen Einsatz getestet werden.“ sagte Professor Dr. Kücher, Leiter des CNT am 7. November 2006 anlässlich des Branchendialogs zur strategischen Planung von Wertschöpfungsketten auf der nanoDE 2006, einer Konferenz des Bundesministeriums für Bildung und Forschung BMBF in Berlin.

Im Bereich Materialentwicklung für DRAMs (dynamic random access memories), die insbesondere als Arbeitsspeicher in PCs und in Servern eingesetzt werden, wurden so wenige Wochen nach der Installation der Geräte zur Abscheidung von Isolatormaterialien, die aus bisher in der Halbleiterindustrie noch nicht eingesetzten Hafnium- oder Zirkonoxiden bestehen, die ersten elektrischen Ergebnisse ausgewertet. Diese Isolatormaterialien stellen ein wesentliches Potential zum weiteren Verkleinern von Speicherkondensatoren derartiger Chips dar. Konventionelle Materialien wie Siliziumoxid oder Siliziumnitrid erlauben keine Realisierung einer ausreichenden Kapazität auf den kleiner werdenden Flächen des Speicherkondensators, um die Information (die 'bits' – repräsentiert durch jeweils einige zehntausend Elektronen) zu speichern. Die Herstellung der neuartigen Schichten erfolgte auf Anlagen im CNT, die Vor- und Nachprozessierung auf Anlagen des Industriepartners. Neben dieser räumlichen Nähe von State-of-the-Art Geräten der Halbleiterindustrie ist die intensive Unterstützung durch Experten von Fraunhofer-Instituten wie beispielsweise dem Institut für Integrierte Schaltungen in Erlangen und dem Institut für Keramische Technologien und Systeme in Dresden ein Schlüsselelement des Erfolgs.

Die fortschreitende Skalierung bzw. Verkleinerung von Transistoren (MOSFETs = Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) ermöglichte in den letzten Jahren eine kontinuierliche Steigerung der Leistungsfähigkeit integrierter Schaltungen. Kurzkanaleffekte und zunehmende Leckströme durch das dünner werdende Gateoxid erschweren die weitere Skalierung. Neuartige Verfahren wie verspannte Nitrid-Deckschichten oder neue Materialien wie Silizium/Germanium (SiGe) haben großes Potential diese Anforderungen der Zukunft zu erfüllen. Durch die mechanische Verspannung wird die Mobilität der Ladungsträger in der CMOS Technologie verbessert. Daher können derartige Schichten dazu beitragen, effizientere mikroelektronische Bauteile herzustellen, die bei ihrem Einsatz in Mikroprozessoren zu schnelleren Produkten führen.

Ein weiterer Schwerpunkt liegt in der Analytik. Die Entwicklung und Integration neuer technologischer Prozesse erfordert die Entwicklung neuer Methoden der Mikro- und Nanoanalytik zur Prozesskontrolle und zur Charakterisierung von Materialien und Strukturen. Dazu wurde das Fablab-Konzept erarbeitet, das eine enge Verflechtung von physikalischer Analytik außerhalb des Reinraums und so genannter in-line Messtechnik im Reinraum in enger Kooperation mit Geräteherstellern und deren neuartige Lösungen ermöglicht. Im „Kompetenzzentrum Analytik/Metrology“ arbeiten Wissenschaftler aus Industrie und Forschung zusammen. Das Fablab-Konzept sowie wissenschaftliche Ergebnisse auf dem Gebiet der Oberflächenanalytik wurden im September dieses Jahres auf der AOFA-Konferenz in Kaiserslautern vorgestellt.

Ein weiteres Feld der Forschungsarbeiten bezieht sich auf die Herstellung von Nanostrukturen, um eine Bewertbarkeit neuster Technologien für ihre zukünftige Anwendung zu ermöglichen. In einem Projekt konnten nun reproduzierbare Teststrukturen mit einem Elektronstrahlschreibgerät bis in einen Bereich von 40 nm hergestellt werden. Das BMBF und der Freistaat Sachsen unterstützen das CNT bis 2010 mit Zuschüssen von insgesamt 80 Mio. Euro für die Anlagen-Erstausstattung. Die Industriepartner planen in diesem Zeitraum Forschungsprojekte von rund 170 Mio. Euro, die vom BMBF und dem Freistaat Sachsen mit bis zu 85 Mio. Euro gefördert werden.

AMD:
Advanced Micro Devices, Inc. ist ein führender, global tätiger Hersteller von innovativen Mikroprozessoren für Computing, Kommunikation und Consumer Electronics. AMD wurde 1969 gegründet und steht für überlegene Computing Lösungen, die den Kunden in den Mittelpunkt stellen und Anwender weltweit in ihrer Position stärken.

Weitere Informationen: www.amd.com

Qimonda:
Das neue Speicherunternehmen Qimonda AG wurde am 1. Mai 2006 aus der Infineon Technologies AG ausgegliedert und ging am 9. August 2006 an der New York Stock Exchange an die Börse. Qimonda war im ersten Halbjahr 2006 der weltweit zweitgrößte DRAM-Hersteller laut Marktforscher Gartner Dataquest. Im Geschäftsjahr 2005 erzielte Qimonda mit weltweit rund 12.000 Mitarbeitern einen Umsatz von 2,8 Milliarden Euro. Qimonda kann auf fünf 300-mm-Fertigungsstätten auf drei Kontinenten zugreifen und betreibt fünf bedeutende Forschungs- und Entwicklungseinrichtungen, wobei Dresden das unternehmensweit führende Forschungs- und Entwicklungszentrum ist. Ausgehend von einem Schwerpunkt bei PC und Server-Produkten, fokussiert sich das Unternehmen derzeit auf Anwendungen im Bereich Graphik, Mobile Kommunikation und Consumer-Anwendungen auf Basis seiner Strom sparenden Trench-Technologie.

Weitere Informationen: www.qimonda.com

Fraunhofer-Center Nanoelektronische Technologien CNT:
Das CNT wurde am 31. Mai 2005 in Dresden gegründet. Es ist eine Einrichtung der Fraunhofer-Gesellschaft in Public-Private-Partnership mit den Industriepartnern Qimonda AG und Advanced Micro Devices, Inc. AMD. Zielsetzung des CNT ist es, innovative Einzelprozesslösungen und Analyse- sowie Messverfahren für die Fertigung nanoelektronischer Bauelemente (Chips), für Prozessoren und Speicher, schnell in die industrielle Fertigung zu übertragen. Dies basiert auf 300-mm-Wafern in enger Zusammenarbeit mit den Fertigungs- und Entwicklungslinien von AMD (Fab 36) und Qimonda Dresden. Den Industriepartnern wird in Anbetracht der kurzen Produktzyklen in der Halbleiterindustrie mit dieser Plattform die Möglichkeit gegeben, den Kunden kosteneffiziente und leistungsfähige Produkte schneller anbieten zu können.