X-Fab und X-Celeprint

3D-ICs mit hoher Leistungsfähigkeit

So funktionert der MPT-Prozess, den X-Fab von X-Celeprint lizenziert und in die eigene Fertigungsumgebung integriert hat.
So funktioniert der Micro-Transfer-Printing-Prozess (MPT), den X-Fab von X-Celeprint lizenziert und in die eigene Fertigungsumgebung integriert hat.
© X-Fab

X-Fab bietet ab sofort die Möglichkeit, über Micro-Transfer-Printing verschiedene Halbleitertechniken in einem Chip zu kombinieren und in hohen Stückzahlen zu fertigen.

Dazu hat X-Fab ein Lizenzabkommen mit X-Celeprint geschlossen, die den Micro-Transfer-Printing-Prozess (MTP) entwickelt hat. Mit Hilfe der MPT lassen sich Dies, die verschieden Prozessen hergestellt wurden, auf einem Wafer zusammenfügen und anschließend gemeinsam als ein Device weiterprozessieren. Diese Methode ist unter dem Begriff Heterogene Integration oder Chiplets bekannt ist. Dazu gehören beispielsweise SOI-, GaN-, GaAs- und InP-Komponenten sowie MEMS. Beide Unternehmen hatten im 2017 gestarteten EU-Projekt »Pilot Line for Micro-Transfer-Printing of Functional Components on Wafer Level« (MICROPRINCE) zusammengearbeitet, dass X-FAB koordiniert hatte.  

Um die MPT-basierte Heterogene Integration in ihr Foundry-Service-Angebot aufnehmen zu können, hat X-FAB signifikante Investitionen über die vergangenen fünf Jahre vorgenommen, neue Maschinen gekauft und neue Workflows sowie Reinraumprotokolle eingeführt. Jetzt können die Kunden davon profitieren, dass sie den skalierbaren Prozess für die heterogene Integration bei geringen Risiken nutzen können – bis hin zur Fertigung hoher Stückzahlen. »Wir haben den Prozess in die Massenfertigung gebracht und können jetzt bei einer Ausbeute von über 95 Prozent tausende von Wafern bei gleichbleiender Qualität verarbeiten, für die wir einstehen«, sagt Volker Herbig, VP der Geschäftseinheit MEMS von X-Fab. Erste Kunden würden den Prozess bereits nutzen.

Ein Beispiel für einen MPT-Prozess wie ihn X-FAB auf Basis der Lizenz von X-Celeprint entwickelt hat: Er startet mit einem Wafer, auf dem sich CMOS-Ansteuer-ICs befinden. Ein Partnerunternehmen liefert Wafer mit GaN-Schaltern (Leistungstransistoren). Mit Hilfe eines Stempels lassen sich diesem Source-Wafer 7 bis 8 µm dünne GaN-Schalter entnehmen und für eine Brückenschaltung jeweils vier Stück auf einen CMOS-IC auf dem Zielwafer setzen. Diesen Vorgang bezeichnet man als Transfer-Drucken. Pro Schritt können hunderte oder tausende GaN-Schalter auf die CMOS-ICs gedruckt werden. Deshalb muss dieser Prozess nur zehn bis zwanzig Mal wiederholt werden, um Chiplets auf alle CMOS-ICs eines vollständigen 200-mm-Wafers zu platzieren – das sind of viele Tausende oder Zehntausende Komponenten. »Es handelt sich also um einen massiv parallelen Prozess«, erklärt Herbig. »Wir versuchen in Zukunft, soviel Arbeitsschritte wie möglich auf der Wafer-Ebene durchzuführen.«

X-FAB kann aber auch die ICs auf den selbst produzierten Wafern freistellen, um den Wafer für das Entnehmen und Transfer-Drucken vorzubereiten. Drittfirmen können dann die ICs aus dem Wafer-Verbund entnehmen und auf Panels setzen, um diese dann auf Panel-Level weiter verarbeiten zu können. X-FAB selbst arbeitet ausschließlich auf dem Wafer-Level  

Im Allgemeinen lassen sich über den MPT-Prozess von X-Celeprint 7 bis 18 µm dünne Dies auf aus einem Source-Wafer auf den Ziel-Wafer drucken, die in vollkommen verschiedenen Prozesstechnologien gefertigt wurden. Nach außen verhalten sich diese kombinierten Chips fast wie monolithisch integrierte ICs. Weil jedes Die in der jeweils optimalen Prozesstechnik gefertigt wird, können die Chips insgesamt eine höhere Leistungsfähigkeit und eine geringere Leistungsaufnahme erreichen als dies mit bisher gängigen Methoden möglich ist. Außerdem nehmen sie weniger Platz ein und die Entwicklung zur Fertigungsreife erfolgt schneller, so dass sich das Time-to-Market deutlich verkürzt.  

»Auf Basis der bahnbrechenden MPT-Technik von X-Celeprint, sind wir jetzt in der einzigarten Position, verschiedene Halbleitertechnologien kombinieren zu können.  Und wir können Kapazitäten anbieten, die den künftigen Bedarf der Kunden auf jeden Fall abdecken werden«, freut sich Volker Herbig. »Jetzt können die Kunden von X-FAB vollständige, hochkomplexe Subsysteme auf Wafer-Ebene fertigen lassen.« Zu den Funktionen, die sich kombinieren lassen, zählen die Signalaufbereitung, Leistungshalbleiter, HF-Komponenten, MEMS, CMOS-Sensoren, optoelektronische Komponenten und optischen Filter.

Als nächsten Schritt plant X-Fab, photonische ICs auf Basis von MPT zu „drucken“. »Hier liegt die große Herausforderung in der präzisen Ausrichtung der verschiedenen Komponenten, da ist noch etwas Entwicklungsarbeit erforderlich«, so Herbig.

Kyle Benkendorfer, CEO von X-Celeprint, sieht in dem Lizenzabkommen mit X-FAB einen Meilenstein, um die MPT-Technologie zu kommerzialisieren: »Jetzt lassen sich Dies aus den Wafern verschiedener Hersteller in einem Gehäuse kombinieren. Das eröffnet der gesamten Halbleiterindustrie neue Möglichkeiten, um Chips mit höherer Funktionsdichte und Leistungsfähigkeit als bisher zu fertigen – und das mit hoher Ausbeute, zu geringeren Kosten und in kürzeren Zeiten.«

 

 


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