Eine neue Ära in der Halbleiter-Technologie

Halbleiter sind die Grundlage moderner Elektronik, doch leider ist es bisher nicht möglich, leistungsstarke Halbleiter wirtschaftlich und gleichzeitig energieeffizient herzustellen. Im Rahmen des Forschungsprojekts „GREEN EPITAXY“ entwickelt das Fraunhofer IPT gemeinsam mit Partnern eine Prozesskette für hochleistungsfähige Wide-Bandgap-Halbleiter. Ziel des Konsortiums ist es, diese Bauelemente kostengünstig, umweltfreundlich und für die Massenproduktion geeignet herzustellen.

90 Prozent weniger Energiebedarf, 100 Prozent weniger toxische Gase

Im Zentrum des Projekts steht die Niedertemperaturepitaxie. Dieses neue Verfahren zur Halbleiterfertigung reduziert die Prozesstemperatur von über 1000 auf nur 300 Grad Celsius. Der Energie- und Prozessgaseinsatz wird um bis zu 90 Prozent im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren gesenkt – ohne die Kristallqualität zu beeinträchtigen. Toxische Gase können sogar vollständig vermieden werden. Das Fraunhofer IPT bringt seine Expertise in der Glasumformung, Lasertechnik und Automatisierung in das Projekt ein.

Mikrostrukturen verbessern das Kristallwachstum

Welchen Einfluss hat die Oberflächentopografie des Substrates auf das Kristallwachstum? Dieser Frage geht ein Forschungsteam des Fraunhofer IPT nach, indem es bestimmte Mikro- und Nanostrukturen mittels Ultrakurzpuls-Laserablation in die Oberfläche des Substrats einbringt. Die Strukturen fördern das gleichmäßige und fehlerfreie Wachstum der Kristallschichten und verbessern so die Qualität der Bauelemente. Der Strukturierprozess soll automatisiert in die Fertigung integriert werden.

Glasoptiken als Schutz für Halbleiterchip

Ein weiteres Forschungsteam lotet die Potenziale der replikativen Glasumformung auf Waferlevel für die Halbleiterfertigung aus. Das Fraunhofer-Team stellt Mikro-Glasoptiken her, die direkt mit den Halbleiterchips verbunden werden, beispielsweise als Schutz gegen äußere Einflüsse oder zur gezielten Lichtlenkung. Dieser Ansatz eröffnet auch neue Anwendungsmöglichkeiten in Bereichen wie der Sensorik oder Medizintechnik. Im Rahmen des Projekts wird darüber hinaus eine spezielle Greiftechnik entwickelt, um die empfindlichen Wafer unter Reinraumbedingungen zu transportieren.

Effizientere, kostengünstigere und umweltfreundlichere Produktion

Die neue Prozesskette senkt den Energieverbrauch, reduziert die Produktionskosten und steigert gleichzeitig die Qualität der Bauelemente. Die Prototypen dienen als Grundlage für die industrielle Einführung dieses Verfahrens und ebnen so den Weg für eine umweltfreundlichere Halbleiterproduktion.

Das Projekt „GREEN EPITAXY“ wird durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) im Rahmen des 7. Energieforschungsprogramms der Bundesregierung gefördert.

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Quelle: Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT

Beitragsbild: Fraunhofer ISIT.