Die Forschungsgruppe Prozessintegration konzentriert sich auf neuartige Bauelementkonzepte und Fertigungstechnologien für siliziumbasierte integrierte Schaltungen. Unsere Aktivitäten zielen auf die Entwicklung von Hochfrequenz-SiGe-BiCMOS-Technologien und deren Erweiterung auf neue Anwendungsfelder, darunter monolithisch integrierte elektronisch-photonische Schaltungen.
Die Reinrauminfrastruktur des IHP und mehr als 250 m² dedizierte Laborfläche ermöglichen es dem erfahrenen Team aus Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, Ingenieurinnen und Ingenieuren sowie technischem Fachpersonal, neue Technologien zu entwickeln, zu testen und zu validieren. 13 halb- und vollautomatisierte 200-mm- und 300-mm-Proberstationen ermöglichen eine schnelle, flexible und effiziente elektrische On-Wafer-Charakterisierung sowohl für interne Forschungsaktivitäten als auch für externe Projektpartner.
Zentrale Ziele im Bereich der Technologieentwicklung
- Si-basierte Prozesstechnologien für Hochfrequenz-, THz- und optoelektronische Anwendungen
- Schnelle SiGe-Heterobipolartransistoren (HBT) und BiCMOS-Integration
- Integration optischer Komponenten in SiGe-BiCMOS
Ziele im Bereich der elektrischen Charakterisierung
Die Gruppe Prozessintegration hält umfassende Kapazitäten zur elektrischen Charakterisierung der SiGe-BiCMOS- und ePIC-Technologien des IHP vor und entwickelt diese kontinuierlich weiter. Die Aktivitäten umfassen Prozessmonitoring, die Charakterisierung von Bauelementen und Schaltungen, die Unterstützung der Modellierung, Qualifizierung sowie Zuverlässigkeitsbewertungen.
- DC/CV-Charakterisierung im Reinraum und in Laborumgebungen
- S-Parameter-, Hochfrequenzrausch- und Niederfrequenzrauschmessungen
- Tests von Mixed-Signal-ASIC-Prototypen sowie ESD-Prüfungen
- On-Wafer-Charakterisierung von Bauelementen und Schaltungen bis in den kryogenen Bereich (10 K) für die Technologie- und Kompaktmodellentwicklung
- Zuverlässigkeitstests (Elektromigration, dielektrischer Durchbruch, Hot-Carrier-Degradation) zur Technologiequalifizierung
- Prüfung der Stralungshärte von IHP-Bauelementen in einer Röntgenkammer
Forschungsschwerpunkte
Ein wesentlicher Schwerpunkt der Gruppe ist die Entwicklung und Charakterisierung schneller SiGe-BiCMOS-Technologien – von der grundlegenden Bauelementforschung bis zur Entwicklung und Qualifizierung industriekonformer Prozesse.
Die Gruppe entwickelt außerdem schnelle elektronisch-photonische integrierte Schaltungen und integriert dazu Wellenleiter, Photodioden und elektrooptische Modulatoren in SiGe-BiCMOS-Technologieplattformen.
Zu den Forschungsschwerpunkten gehören:
- SiGe-BiCMOS-Technologien für Anwendungen in Kommunikation und Raumfahrt
- Entwicklung von SiGe-HBTs mit einer Hochfrequenz-Performance oberhalb des Niveaus von SG13G3
- Entwicklung hochleistungsfähiger photonischer Komponenten und monolithischer elektronisch-photonischer Integration in SiGe-BiCMOS-Technologieplattformen
Wichtige Erfolge
Mehrere Generationen schneller SiGe-HBTs wurden entwickelt und in BiCMOS-Technologien integriert, die über den Multi-Project-Wafer (MPW)-Service und den Prototyping-Service des IHP verfügbar sind. Der 130-nm-Prozess SG13G3 ist derzeit die schnellste verfügbare SiGe-HBT-Technologie und erreicht Spitzenwerte für fT/fMAX von 500/600 GHz.
Diese Entwicklungen bauen auf wegweisenden Beiträgen auf, darunter die Kohlenstoffdotierung und niederohmige epitaktische Base-Link-Architekturen. Im Rahmen der europäischen Projekte DOTFIVE und DOTSEVEN demonstrierte das IHP SiGe-HBTs mit maximalen Oszillationsfrequenzen von 500 GHz beziehungsweise 700 GHz. Die aktuelle Forschung zielt auf eine Hochfrequenz-Performance oberhalb des Niveaus von SG13G3.
In Erweiterung dieser Aktivitäten hin zur monolithischen elektronisch-photonischen Integration demonstrierten wir eine wellenleitergekoppelte Ge-Fin-Photodiode mit einer rekordhohen optoelektrischen 3-dB-Bandbreite von 265 GHz. Die Ergebnisse wurden in Nature Photonics veröffentlicht.
Auf dem IEEE Symposium on VLSI Technology and Circuits 2026 präsentierten wir eine monolithische photonische SiGe-BiCMOS-Plattform, die SiGe-HBTs mit fT/fMAX-Werten von 390/440 GHz mit Ge-Fin-Photodioden mit Bandbreiten von über 200 GHz kombiniert. Ein vollständig monolithischer Empfänger erreichte eine elektrooptische 3-dB-Bandbreite von mehr als 110 GHz und überschritt damit die Messgrenze.
