Deutsche Mikroelektronik-Forschung rückt enger zusammen – das Bundesforschungsministerium investiert 350 Mio. € für den Infrastruktur-Ausbau

Im Rahmen des neuen Technologiepools »Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland« bündeln erstmalig elf Institute des Fraunhofer-Verbunds Mikroelektronik sowie zwei Leibniz-Institute (FBH und IHP) gemeinsam ihre Expertise, um eine neue Qualität in Erforschung, Entwicklung und (Pilot-)Fertigung von halbleiterbasierten Mikro- und Nanosystemen zu erreichen und auszubauen. Durch konsequentes Zusammenführen des gemeinsamen Know-hows wird es möglich sein, Kunden aus Großindustrie, kleinen und mittelständischen Unternehmen sowie Universitäten die gesamte Wertschöpfungskette für die Mikro- und Nanoelektronik aus einer Hand anzubieten. »Der Fraunhofer- Verbund Mikroelektronik legte bereits vor eineinhalb Jahren eine Strategie zur langfristigen Erneuerung der Mikroelektronik-Infrastruktur vor. Mit den beiden Leibniz-Instituten wurde diese Strategie mittlerweile zu einem Gesamtkonzept für die apparative Ausstattung der wirtschaftsnahen mikroelektronischen Forschungseinrichtungen in Deutschland«, sagt Prof. Hubert Lakner, Vorsitzender des Fraunhofer-Verbunds Mikroelektronik. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unterstützt die dafür nötigen Investitionen mit rund 350 Mio. € für die nächsten 3,5 Jahre.

Vier Technologiedomänen für die elektronische Systementwicklung

Die Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland ist in vier sogenannten Technologieparks organisiert. Der Wissensvorsprung in diesen zukunftsrelevanten Technologiedomänen ist eine Grundvoraussetzung dafür, dass Europa und Deutschland ihre Stellung im internationalen Wettbewerb sichern können.

Technologiepark 1: Neueste »Siliziumbasierte Technologien« für die Sensorik, Aktuatorik und Informationsverarbeitung

Technologiepark 2: »Verbindungshalbleiter « mit modernsten Materialien für Energiespar- und Kommunikationstechnik

Technologiepark 3: »Heterointegration« – neuartige Kombinationen von Siliziumund anderen Halbleitern, z. B. für das Internet der Dinge

Technologiepark 4: »Design, Test und Zuverlässigkeit« für Entwurf und Entwurfsmethoden, Qualität sowie Sicherheit

An erfolgreiche Entwicklungen anknüpfen

Ein Beispiel für eine derartige Zusammenarbeit ist die gemeinsame Entwicklung der monolithisch integrierten Flächenlichtmodulatoren vom Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS in Dresden und dem Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme IMS in Duisburg. Flächenlichtmodulatoren bestehen aus einer Anordnung von Mikrospiegeln auf einem Halbleiterchip, deren Anzahl anwendungsspezifisch aktuell von einigen hundert bis zu mehreren Millionen Spiegeln je Chip variiert. Die Einzelspiegel, die anwendungsspezifisch in Größe und Eigenschaften variieren, können je nach Anwendung individuell gekippt oder abgesenkt werden, sodass ein flächiges Muster entsteht, mit dessen Hilfe z. B. definierte Strukturen projiziert werden. Hochauflösende Kippspiegelarrays mit bis zu 2,2 Mio. Einzelspiegeln werden von Kunden als hochdynamische programmierbare Masken für die optische Mikrolithographie im Ultraviolett- Bereich eingesetzt. Weitere Anwendungsfelder liegen in der Maskeninspektion und -messtechnik für die Halbleiterindustrie, in der Mikroskopie sowie in der Laserbeschriftung, -markierung und -materialbearbeitung. Ein wichtiger technologischer Aspekt bei der Entwicklung der Einzelspiegel liegt in der monolithischen Integration der Mikrospiegel als sogenanntes Back-End-of-Line Modul in einem CMOS-Prozess zur direkten Ansteuerung der Mikrospiegel.

Dieses Produkt, das im Rahmen einer Industriekooperation in Kleinserien auch in der Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland gefertigt wird, nutzt die Möglichkeiten zweier Reinräume. Für die Fertigung der CMOS Backplane auf 200-mm-Wafern – das sind die mit der Ansteuerelektronik versehenen Trägerwafer – wird der Front-Endof- Line CMOS Prozess des Fraunhofer IMS in Duisburg genutzt. Der Aufbau der eigentlichen Mikrospiegel erfolgt im Fraunhofer IPMS in Dresden mit dem Mikrospiegelprozess im sogenannten Back-End-of-Line direkt auf den Trägerwafern. Nur auf Basis dieser kombinierten Nutzung beider Pilotlinien konnte eine zeitnahe Überführung der Technologie von der ursprünglich eingesetzten 150-mm-Technologie des Fraunhofer IPMS auf 200-mm-Siliziumsubstrate erreicht werden.

Technologiepark-Manager – interne Koordinatoren. Programm-Manager – Ansprechpartner für den Kunden

Auch mit dem gemeinsam organisierten Betrieb der Forschungsfabrik Mikroelektronik bleiben die bisherigen Standorte der Institute erhalten. Es sind neue Modelle der Zusammenarbeit erforderlich. Der Ausbau der deutschlandweit verteilten Forschungseinrichtungen und der gemeinsame Betrieb werden in der Geschäftsstelle in Berlin koordiniert und organisiert. Die übergreifende Zusammenarbeit der vier Technologieparks wird in enger Abstimmung zwischen den sogenannten Programm- und den Technologiepark- Managern erfolgen. Die Technologiepark-Manager betreuen die Technologieparks jeweils inhaltlich, koordinativ sowie strategisch. Sie sind die zentralen Ansprechpartner für die standortübergreifende Koordination der Entwurfs- und Prozessketten, sowie der Mess- und Prüftechnik. Sie arbeiten dabei sehr eng mit ihren Ansprechpartnern an den einzelnen Standorten zusammen. Als Schnittstelle zur Anwendung agieren die Programm-Manager. Diese werden die Anwendungsthemen der Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland betreuen und die zentralen Ansprechpartner für die Kunden sein.

Neue Perspektiven insbesondere für kleine und mittelständische Unternehmen

Mit der Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland entsteht ein einzigartiges Angebot für die deutsche und europäische Halbleiter- und Elektronikindustrie. Die Kooperation von 13 Forschungsinstituten mit mehr als 2000 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern bildet bereits beim Projektstart den weltweit größten Pool für Technologien und Intellectual Property Rights auf dem Gebiet der Smart Systems. Ob Entwicklung von intelligenten Sensorknoten, cyberphysikalischen Systemen und hardwareorientierten Lösungen für die Industrie 4.0 oder auf Verbindungshalbleiter basierenden Bauelementen und Schaltungen für Leistungselektronik oder Kommunikationstechnik – die Forscherinnen und Forscher werden sich nun bei ihrer Arbeit vom ersten Entwurf bis zum fertigen System schnell und effizient abstimmen können. Durch die enge Verzahnung und das kohärente Auftreten bietet die Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland gerade den KMUs einen umfassenderen und einfacheren Zugang zur nächsten Technologie-Generation.

 

Die beteiligten Institute in der Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland sind:

Fraunhofer-Einrichtung für Mikrosysteme und Festkörper-Technologien EMFT in München • Fraunhofer-Institut für Elektronische Nanosysteme ENAS in Chemnitz • Fraunhofer-Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik FHR in Wachtberg • Fraunhofer-Institut für Nachrichtentechnik, Heinrich-Hertz-Institut, HHI in Berlin • Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF in Freiburg • Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS in Erlangen, Dresden und Ilmenau • Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISB in Erlangen • Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme IMS in Duisburg • Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS in Dresden • Fraunhofer-Institut für Siliziumtechnologie ISIT in Itzehoe • Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM in Berlin und Moritzburg • Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH) in Berlin • Leibniz-Institut für innovative Mikroelektronik (IHP) in Frankfurt/Oder

Download:
Verteilung der Investitionen für die »Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland«