Fraunhofer-Institut für Elektronische Mikrosysteme und Festkörper-Technologien EMFTSensoren und Aktoren, die heute in unterschiedlischten Anwendungsbereichen zum Einsatz kommen, sind in der Regel winzige Mikro-Elektro-Mechanische Systeme (MEMS) - eine Kombination von Mechanik und Elektronik auf engstem Raum. Um sie zu realisieren sind komplexe Technologien und Prozesse zur Entwicklung von winzigen Strukturen im Mikro- und Nanometerbereich nötig. Dazu werden oft die bewährten Verfahren aus der Halbleitertechnologie verwendet, die auch bei Herstellung von integrierten Schaltungen zum Einsatz kommen. Die Prozesse zur Realisierung solcher Mikrosystemen und Halbleiterbauteilen beinhalten oft hunderte von Prozessschritte und benötigen aufwändige Reinraumtechnik und Anlagen, die mit umfassenden Investitionen und hohem betrieblichen Aufwand verbunden sind. In industriellen Halbleiter-Foundries sind Sonderentwicklungen für Anwendungen mit geringen Stückzahlen sowie flexible Fertigung in kleineren Serien mit wechselnden Bauteilgeometrien nur schwer realisierbar.
Prozessentwicklung für Mikrosysteme und Halbleiterbauteile
Fraunhofer EMFT verfügt über einen eigenen Forschungsreinraum mit einem breiten Spektrum an Technologien und Anlagen zur Bearbeitung von maßgeschneiderten mikrotechnologischen Strukturen. Die klassischen CMOS-Technologien können zur Erzeugung der rein elektronischen Funktionen verwendet werden, wobei im MEMS-Bereich des Reinraums zusätzliche Technologien und Material zur Bearbeitung der mechanischen Eigenschaften der Bauteile zum Einsatz kommen.
Nach den Spezifikationen der Kunden und passend für die jeweilige Anwendung entwickeln unsere Expertinnen und Experten ein Technologie-Konzept, planen dessen Umsetzung, und können anschließend eine Pilotproduktion realisieren.
Anforderungsklärung und Technologiekonzept
Der benötigte Entwicklungsprozess wird von der Produktidee über das Prozesskonzept bis zur Pilotfertigung systematisch geplant, schrittweise iterativ entwickelt und anschließend im Fraunhofer EMFT Reinraum umgesetzt. Essenziell wichtig als Ausgangspunkt ist dabei das Verständnis über die Anforderungen an die Zielbauteile, ihre geplante Funktion und die dafür erforderlichen Strukturen. Auf dieser Basis entsteht ein Konzept für die Halbleitertechnologien, die im Reinraum eingesetzt werden und hinsichtlich der angeforderten elektrischen Kennwerte, Ausbeute und Fertigungstoleranzen optimiert werden sollen.
Eine maßgeschneiderte Prozessentwicklung
Anhand des Technologiekonzepts wird eine konkrete Prozesskette entwickelt, die über iterative Testläufe verifiziert und an die Reinheitsanforderungen der Linie angepasst wird. Dabei müssen verschiedene Prozessparameter, Kontamination und Qualitätskennzahlen gleichzeitig betrachtet und aufeinander abgestimmt werden.
Anschließend werden eine Prozessfolge aus Einzelprozessen entworfen und die erforderlichen Material‑ und Medienkonzepte festgelegt. Die eigentliche Prozessentwicklung erfolgt über Testläufe auf Testwafern oder Demonstrator‑Chips, bei denen Prozessparameter systematisch variiert werden. Mittels In-line‑ und End‑of‑Line‑Analytik wird geprüft, ob die erwünschten Eigenschaften und Qualitätsanforderungen erreicht wurden.
Pilotfertigung und Transfer
Wenn ein stabiler Prozesslauf erreicht wurde, wird der Prozess in eine Pilotfertigung überführt, in der Ausbeute, Stabilität und Reinraum‑Performance über viele Lose getestet werden. Nach der Pilotfertigung kann eine Kleinserienfertigung von maßgeschneiderten Strukturen und Bauteilen am Fraunhofer EMFT beauftragt werden. Auf Wunsch unterstützen unsere Experten Sie auch beim Transfer der Prozesse zum industriellen Halbleiterfertiger.