Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS
Die Entwicklung von mikroelektronischen Anwendungen erfordert leistungsfähige und hochreine Ausgangsmaterialien. Gemeinsam mit der PSC Polysilane Chemistry GmbH arbeitet das Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS in Halle (Saale) im Projekt »SilaTec« an einer modularen Prozess- und Analytikplattform für die Herstellung, Aufreinigung und Qualitätskontrolle solcher Precursor-Materialien. Ziel ist es, vielversprechende Materialien aus dem Labor in eine industrienahe Produktion zu überführen und damit die Grundlage für zukünftige Anwendungen in der Halbleiterindustrie zu schaffen.
Im Mittelpunkt stehen insbesondere halogenierte sowie auch hydrierte Oligosilane der nächsten Generation. Diese Verbindungen werden für moderne Abscheideverfahren wie Atomic Layer Deposition (ALD) und Chemical Vapor Deposition (CVD) benötigt, die bei der Herstellung von Mikrochips und elektronischen Bauelementen eine zentrale Rolle spielen. Die neuen Materialien sollen verbesserte Eigenschaften gegenüber heute verfügbaren Precursoren bieten und perspektivisch für zukünftige Technologiegenerationen in der Mikroelektronik verfügbar gemacht werden.
Ein wesentlicher Beitrag des Fraunhofer IMWS liegt in der Entwicklung hochsensitiver Analytikverfahren zur Bestimmung von Verunreinigungen im Ultra-Spurenbereich. »Für elektronische Anwendungen müssen selbst kleinste Kontaminationen sicher erkannt werden, da sie die Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit von Bauteilen beeinflussen können. Hierfür entwickeln wir für die unterschiedlichen Silanverbindungen spezielle Methoden der Probenvorbereitung für die anschließenden Untersuchungen mittels Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-MS)«, sagt Stefanie Wahl, Projektleiterin am Fraunhofer IMWS. Dadurch können selbst Spuren von Verunreinigungen im sub-ppb- bis ppt-Bereich (bis wenige Pikogramm Verunreinigung pro Gramm Probe) zuverlässig bestimmt werden.
Das Fraunhofer IMWS begleitet die Entwicklung der neuen Precursor-Materialien analytisch entlang der gesamten Prozesskette. Neben der Bestimmung von Verunreinigungen bewertet das Institut die Wirksamkeit einzelner Aufreinigungsstrategien und identifiziert potenzielle Kontaminationsquellen. Die Ergebnisse fließen unmittelbar in die Optimierung der Herstellungs- und Reinigungsprozesse bei der PSC GmbH ein und tragen zur Entwicklung robuster, industriell skalierbarer Produktionsverfahren bei.
Während die PSC Polysilane Chemistry GmbH die Synthese, Aufreinigung und Hochskalierung der Precursoren verantwortet, konzentriert sich das Fraunhofer IMWS auf die analytische Absicherung der erreichten Materialqualität. Gemeinsam entsteht so eine durchgängige Prozesskette von der Materialentwicklung über die Qualitätsbewertung bis hin zur Vorbereitung einer industriellen Produktion. Ziel ist es, wenn der Bedarf der next generation-Precursoren in der Industrie steigt, einen schnellen Übergang vom Labormaßstab in industrielle Produktionsumgebungen zu gewährleisten.
Mit seiner langjährigen Erfahrung in der Ultraspurenanalytik und der Charakterisierung hochreiner Materialien leistet das Fraunhofer IMWS einen wichtigen Beitrag zur Entwicklung zukünftiger Schlüsseltechnologien. Das Projekt stärkt die Zusammenarbeit zwischen Forschung und Industrie und trägt dazu bei, die Versorgung der Halbleiterindustrie mit hochreinen Spezialchemikalien langfristig abzusichern.
(18. August 2026)