Im Rahmen von Pilotversuchen am Center Nanoelectronic Technologies (CNT) des Fraunhofer IPMS werden Strategien entwickelt und umgesetzt, um Materialien und Technologien in der Halbleiterintegration effizienter und kostengünstiger zu gestalten. „Mit unserer Kooperation adressieren wir die wachsenden Herausforderungen im Markt und ermöglichen so neue Technologien im Bereich Interconnect und Packaging", erklärt Lothar Laupichler, Senior Vice President, Electronic Materials bei BASF.

Prozessbewertung nach Industriestandard
Bei der Herstellung und Integration eines Mikrochips sind zahlreiche elektrochemische Prozesse notwendig. Auf den Wafer müssen verschiedene Schichten aus Metall oder Metalllegierungen aufgebracht werden, um die einzelnen Schaltkreise miteinander zu verbinden und das Netzwerk aus Leiterbahnen innerhalb eines Chips herzustellen. Für unterschiedliche Schritte in der Gesamtintegration und unterschiedliche Folgeanwendungen müssen die Chemikalien und Arbeitsschritte an die individuellen Prozesse der Kunden angepasst werden. Im Rahmen der Zusammenarbeit mit BASF wurden in den vergangenen Jahren neue Chemikalien für galvanische Abscheidungsprozesse evaluiert.

Parallel dazu wurden entsprechende Produkttests und Demonstrationsversuche für Kunden auf Waferebene durchgeführt. Im Reinraum des Fraunhofer IPMS, der von erfahrenen Fraunhofer-Wissenschaftlern betrieben wird, installierte BASF eine hochmoderne Prozessanlage. Die Kooperationspartner nutzen damit die gleichen Anlagen, die auch in den Prozessen der Industrie zum Einsatz kommen. Kunden können somit ihren Qualifizierungsaufwand deutlich senken. Es werden Entwicklungszeiten verkürzt, Kosten eingespart und somit schneller effizientere Prozesse etabliert.

Direkte Einsatzmöglichkeiten für Industriepartner
In den vergangenen zehn Jahren haben die Projektpartner über 12.000 Prozessstarts realisiert. „Die entwickelten chemischen Pakete und Produkte können direkt in den industriellen Prozessen unserer Kunden eingesetzt werden“, sagt Benjamin Lilienthal-Uhlig, Leiter des Geschäftsfelds Next Generation Computing am Fraunhofer IPMS. So werden sie beispielsweise zur Herstellung von Verdrahtungsstrukturen in miniaturisierten Schaltungen mit Dual-Damascene-Technologie eingesetzt. Die Produkte sind ebenso wichtig  für die Bildung von Umverdrahtungsstrukturen (Pillar, RDL, TSV) bei Interposern, Chiplets und 3D-Packages  oder sie können die Metallschichten beim Wafer-to-Wafer-Hybrid-Bonding bilden.

Im Juni 2014 begründeten das Chemieunternehmen und das Forschungsinstitut die Zusammenarbeit im Rahmen der am CNT eröffneten Screening-Fab. Das Fraunhofer IPMS stellt der BASF dafür seine 300-mm-Reinrauminfrastruktur zur Verfügung. Auch Kunden und Partner profitieren vom Silicon Saxony-Netzwerk, in dem das Institut angesiedelt ist. Es ermöglicht die Einbindung weiterer lokaler Einrichtungen, wie z.B. der Dresdner Niederlassung des Fraunhofer-Instituts IZM-ASSID, oder direkte Prozessentwicklungen speziell für die globalen Industriepartner des Fraunhofer IPMS (Bosch, Infineon, GlobalFoundries). Das neu gegründete Forschungszentrum CEASAX („Center for Advanced CMOS and Heterointegration Saxony") wird es ermöglichen, noch enger an anwendungsorientierten Lösungen zu arbeiten, insbesondere im Hinblick auf die Heterointegration von Mikrosystemen.