Fraunhofer-Institut für Photonische MikrosystemeFraunhofer IPMS erweitert seine 300-mm-Quantum-Technologieplattform für die Entwicklung von CMOS-kompatiblen Quantenbauelementen
Das Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS hat seine 300-mm-Technologieplattform um eine hochflexible PVD-Anlage (Physical Vapor Deposition) erweitert und damit seine Kompetenzen bei der Entwicklung von CMOS-kompatiblen Materialien und Prozessen für Quantencomputer der nächsten Generation gestärkt. Die in Zusammenarbeit mit dem Hersteller Polyteknik installierte neue Plattform ermöglicht die Abscheidung und Optimierung supraleitender Dünnschichten auf 300-mm-Wafern unter produktionsnahen Halbleiterfertigungsbedingungen. Dies ist ein wichtiger Meilenstein auf dem Weg zur Etablierung einer europäischen Quantenforschungsfabrik.
Das System stellt einen wichtigen Schritt in der Strategie des Fraunhofer IPMS dar, eine Brücke zwischen der Grundlagenforschung im Bereich der Materialwissenschaften und der industriellen Halbleiterfertigung zu schlagen. »Skalierbares Quantencomputing erfordert Fertigungstechnologien, die herausragende Materialqualität mit halbleiterkompatiblen Produktionsprozessen verbinden«, sagt Prof. Dr. Wenke Weinreich, Institutsleiterin des Fraunhofer IPMS. »Mit dieser neuen PVD-Plattform erweitern wir unsere Möglichkeiten, supraleitende Materialien unter CMOS-kompatiblen Bedingungen zu entwickeln und zu qualifizieren sowie deren Transfer in die industrielle Fertigung zu beschleunigen. Dies ist für uns ein wichtiger Meilenstein beim Aufbau einer europäischen Quantenforschungsfabrik.«
Das Flextura-PVD-System von Polyteknik integriert mehrere Abscheidungstechnologien und ermöglicht es Forschern, komplexe Materialstapel aus Metallen, Nitriden und Oxiden zu entwickeln. Diese Materialkombinationen bilden die Grundlage für supraleitende Schaltungen und andere Schlüsselkomponenten, die für zukünftige Quantenprozessoren benötigt werden. Erste Prozessentwicklungen haben bereits vielversprechende supraleitende Eigenschaften für Niobnitrid (NbN) und Zirkoniumnitrid (ZrN) gezeigt, die direkt auf 300-mm-Wafern abgeschieden wurden. Diese Materialien, von denen einige erstmals vom Fraunhofer IPMS demonstriert wurden, bergen ein enormes Potenzial, so Weinreich: »Unsere Ergebnisse zeigen Materialeigenschaften, die mit den in der wissenschaftlichen Literatur angegebenen Werten übereinstimmen, und belegen damit die Fähigkeit der Plattform, hochleistungsfähige Quantenmaterialien auf ein industrielles 300-mm-Wafer-Format zu entwickeln. Wir erzielen diese Referenzeigenschaften bei höheren Abscheidungsraten und einer hervorragenden Schichtgleichmäßigkeit, während die Flexibilität des Systems es uns ermöglicht, diese Prozesse kontinuierlich weiter zu verfeinern.«
Die neue Plattform ist vollständig in die 300-mm-Reinraumumgebung des Fraunhofer IPMS integriert und ergänzt das Prozessportfolio des Instituts im Rahmen der Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland (FMD). Zudem unterstützt sie mehrere bedeutende europäische Pilotlinien-Initiativen, wie APECS, SUPREME und SPINS, die darauf abzielen, das europäische Ökosystem für Halbleiter- und Quantentechnologie zu stärken.
Über die Forschungsaktivitäten hinaus bietet die erweiterte Infrastruktur Industriepartnern direkten Zugang zu einer qualifizierten 300-mm-F&E-Umgebung für Prozessvalidierung, Materialqualifizierung und Technologieentwicklung. Dies ermöglicht es Unternehmen, innovative Materialien und Bauelementkonzepte unter Fertigungsbedingungen zu evaluieren, die der zukünftigen Massenproduktion sehr nahekommen.
Hinweis zur Finanzierung:
Das Tool wurde im Rahmen des SMWK-Projekts »3D4QC« beschafft, das vom Freistaat Sachsen und der Europäischen Union kofinanziert wird.