Quantum Diamonds: Werk für Quanten-Messgeräte wird in München gebaut
Moderne Halbleiter werden immer komplexer: Neben kleineren Transistoren hält insbesondere komplexes Packaging Moore's Law am Leben. Dabei werden mehrere Silizium-Chips in ein Gehäuse verpackt. Was Kunden kontinuierlich leistungsfähigere Hardware beschert, wird für Test-Ingenieure zunehmend zum Problem: Fehler sind in den dicht gepackten und oft gestapelten Halbleiterpaketen immer schwerer zu finden.
Hier verspricht das Münchner Start-up Quantum Diamonds(öffnet im neuen Fenster) Abhilfe: Es hat ein namensgebendes Quanten-Diamant-Mikroskop zur Marktreife entwickelt, mit dem sich Silizium-Chips und Packages zerstörungsfrei untersuchen lassen. Nach erfolgreichen Tests mit Halbleiterherstellern will das Start-up nun in München ein erstes Werk bauen(öffnet im neuen Fenster) . An den Kosten von 152 Millionen Euro beteiligen sich Bund und Land.
Dass die Technologie zerstörungsfrei arbeitet, ist dabei von zentraler Bedeutung: Fehler treten oft nur im Betrieb zutage, etwa wenn in einer Komponente ein Kurzschluss auftritt. Bislang genutzte Ansätze kommen bei immer komplexeren Packages sowie neuen Design-Ansätzen wie Backside Power Delivery (BPD) zunehmend an ihre Grenzen. Das von Quantum Diamonds entwickelte Mikroskop soll Ströme mit hoher Auflösung auch in Packages mit mehreren gestapelten Silizium-Chips messen können.
Spezieller Diamant dient als Sensor
Wie der Sensor funktioniert, erklären die Ingenieure des Start-ups in einer Veröffentlichung im Fachmagazin Electronic Device Failure Analysis(öffnet im neuen Fenster) : Ein synthetischer Diamant mit Stickstoff-Fehlstellen-Zentren (Nitrogen Vacancy Center, NVC) dient als Quantensensor für Magnetfelder.
Er wird auf den zu untersuchenden Chip aufgebracht, Magnetfelder ändern seine optischen Eigenschaften. Die wiederum lassen sich mittels Laser und Kamera erfassen und damit die Magnetfelder messen.
Einzelne Transistoren lassen sich mit dem Verfahren zwar nicht untersuchen. Die Auflösung liegt laut Unternehmensangaben bei 1 μm in der Ebene (xy) und 0,5 μm in der Tiefe (z) – deutlich gröber als ein einzelner Transistor. Das neue Gerät ist aber, das zeigt die oben verlinkte Veröffentlichung, eher ein weiteres Werkzeug für Test-Ingenieure. Es erweitert die bisherigen Abläufe, ermöglicht eine schnellere und genauere Eingrenzung von Fehlerquellen.
Großes Interesse bei Herstellern
Laut Quantum Diamonds sei das Interesse an den entwickelten Geräte seitens der Halbleiterbranche groß: Mit neun der zehn größten Halbleiterhersteller weltweit (fehlen dürfte SMIC aus der Volksrepublik China) habe man erfolgreich Proof-of-Concept-Projekte durchgeführt. Mit David Su konnte Quantum Diamonds zudem einen ehemaligen Leiter von TSMCs Abteilung für Fehleranalyse als Berater gewinnen.
Sus ehemaliger Arbeitgeber dürfte auch einer der Ersten sein, die ein fertiges Diamantmikroskop erhalten: Laut Quantum Diamonds sollen die ersten voll integrierten Systeme in den nächsten drei Monaten nach Taiwan sowie in die USA gehen(öffnet im neuen Fenster) .
Quantum Diamonds ist eine Ausgründung der TU München(öffnet im neuen Fenster) , die ursprünglich lediglich NVC-Diamanten herstellte. Nach einer Förderung durch die Bundesagentur für Sprunginnovationen (Sprin-D) erhält das Start-up nun Dutzende Millionen Euro von Bundes- und Landesregierung im Rahmen des European Chips Act. Laut Spiegel(öffnet im neuen Fenster) sollen es 75 Millionen Euro sein, 20 Prozent davon vom Land Bayern.
Das Magazin berichtet zudem, dass eine Ansiedlung im US-Bundesstaat Arizona zur Debatte gestanden haben soll – in Phoenix, wo Intel und TSMC Werke betreiben.