Von John Compani
Leitendes Mitglied des technischen Personals für EHS und Nachhaltigkeit, GlobalFoundries 

Jedes Jahr entwickeln und implementieren die Experten von GlobalFoundries (GF) neue Projekte, um den nachhaltigen Betrieb der fortschrittlichen Produktionsstandorte des Unternehmens weltweit zu verbessern. Mit einer Mischung aus Innovation, cleverer Technik und schrittweisen Verbesserungen ermöglichen die Teams wichtige Ressourceneinsparungen, um die Auswirkungen von GF auf die Umwelt weiter zu verringern und unsere Nachhaltigkeitsverpflichtungen gegenüber unseren Kunden zu erfüllen. 

Es gibt keinen besseren Zeitpunkt, um über diese Errungenschaften zu berichten, als inmitten der dritten jährlichen Earth Week von GF, die unter dem Motto "ONEGF, one planet, protect it together" steht. GF ist sich bewusst, dass der Klimawandel eine noch nie dagewesene globale Herausforderung darstellt, und im Folgenden finden Sie einige Beispiele für sinnvolle Maßnahmen. 

Reduzierung der Treibhausgasemissionen  

Diese Woche gab GF ein beschleunigtes und ehrgeizigeres Ziel für die Reduzierung der gesamten Treibhausgasemissionen um 42% im Zeitraum von 2021 bis 2030 bekannt, obwohl das Unternehmen seine globalen Halbleiterproduktionskapazitäten und -fähigkeiten weiter ausbaut. Lesen Sie hier über diese spannende Nachricht. 

GF ist auf dem besten Weg, das ehrgeizige Ziel einer 42-prozentigen Reduktion zu erreichen. Erreicht werden soll dies durch einen umfassenden Mix aus Verbesserungen der Energieeffizienz, modernsten Emissionskontrollen, dem verstärkten Einsatz alternativer chemischer Verfahren und dem Einsatz von kohlenstoffärmerem Strom in allen unseren Produktionsstätten. 

Im Jahr 2024 hat GF in seinen Werken Projekte mit einem wiederkehrenden Nutzen von rund 100.000 _MTCO2eabgeschlossen, was der Menge an Kohlenstoff entspricht, die in einem Jahr von 30.000 Hektar ausgewachsenem Wald gebunden wird.  

Wassereinsparung 

Die Herstellung von Halbleitern erfordert grosse Mengen an Wasser. Obwohl unsere Produktionsstätten nicht in Gegenden mit hohem Wasserverbrauch liegen, nimmt GF den Wasserschutz ernst und setzt sich weiterhin für neue Wege zur Reduzierung, zum Recycling und zur Wiederverwendung von Wasser an seinen Standorten ein. Mehr als 42% des gesamten Wasserverbrauchs von GF im Jahr 2024 wurde durch wiederverwendetes oder recyceltes Wasser gedeckt. 

Allein im Jahr 2024 führten unsere abgeschlossenen Projekte zur Wassereinsparung zu einer jährlichen Einsparung von mehr als 224.000 m³ (59 Millionen Gallonen) Wasser - etwa so viel, wie 540 durchschnittliche US-Haushalte in einem Jahr verbrauchen. Diese neuen wassersparenden Projekte standen im Zusammenhang mit der Identifizierung und Nutzung von Möglichkeiten zur Wiederverwendung und zum Recycling an verschiedenen Stellen in unseren Chip-Herstellungsprozessen. 

Weniger Strom verbrauchen  

Die Halbleiterherstellung ist ein energieintensiver Prozess. Projekte zur Stromeinsparung sparen nicht nur Geld, sondern können auch die Treibhausgasemissionen verringern, die bei der Stromerzeugung als Nebenprodukt entstehen. 

Im Jahr 2024 führten die Nachhaltigkeits- und Effizienzinitiativen von GF zu jährlichen Einsparungen von 33 Millionen Kilowattstunden (kWh) Strom - genug, um über 3.000 durchschnittliche US-Haushalte zu versorgen. Diese Bemühungen führten sowohl zu erheblichen Energiekosteneinsparungen für GF als auch zu geringeren indirekten Treibhausgasemissionen. 

Diese Einsparungen wurden durch zahlreiche Projekte in unseren weltweiten Fabriken erzielt, darunter Effizienzverbesserungen an unseren Kühlwassersystemen und die Optimierung der HLK-Anlagen.  

Umgang mit Chemikalien und Abfällen 

An allen unseren Produktionsstandorten hat GF strenge Programme zur Überprüfung von Chemikalien und zur Vermeidung von Umweltverschmutzung eingeführt, um Möglichkeiten zur Reduzierung oder Vermeidung des Einsatzes von Chemikalien und der Abfallerzeugung zu ermitteln.  

Für das Jahr 2024 haben die Teams eine Reihe von Projekten abgeschlossen, die zusammen zu einer Reduzierung von fast 900 Tonnen gefährlicher Abfälle und Chemikalien geführt haben, was für unser Unternehmen jährliche Einsparungen in Höhe von etwa 8 Millionen US-Dollar bedeutet.  

Zu diesen Projekten gehören innovative neue Verfahren und Systeme, neue Effizienzsteigerungen und neuartige Möglichkeiten der Wiederverwendung oder des Recyclings von Materialien in unseren Lithografie-, Reinigungs- und anderen Fertigungsanlagen.  

Weitere Details zu den oben genannten und vielen anderen ressourcenschonenden Projekten finden Sie im kommenden Nachhaltigkeitsbericht 2025 von GF, der im Juni erscheinen wird. 

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John Compani ist ein leitender technischer Mitarbeiter im Corporate EHS & Sustainability Team von GF. Er arbeitet in Malta, New York, und konzentriert sich auf die Bemühungen von GF in den Bereichen Umweltleistung, Ressourcenschutz und Nachhaltigkeit. 

Von Arvind Narayanan
Direktor, RF-Produktlinie 

In den späten 1980er und frühen 90er Jahren fand an den am wenigsten erwarteten Orten der Welt, in New York und Vermont, eine stille Revolution in der Halbleiterindustrie statt. Man kann nicht einmal dem nerdigsten aller Halbleiter-Enthusiasten einen Vorwurf machen, wenn er nicht aufpasst, denn das Mooresche Gesetz und die Schrumpfung der Silizium (Si)-CMOS-Transistoren beherrschten alle Nachrichten und Schlagzeilen.  

Eine Gruppe von Ingenieuren ritt still und leise auf der Innovationswelle und setzte Germanium (Ge) in Si-Bipolartransistoren ein, um deutlich verbesserte Bauelementeigenschaften zu erzielen, die eine überragende Leistung von HF- und Hochgeschwindigkeits-Analogtransistoren versprechen. Ihre Pionierarbeit unter Verwendung von SiGe-Basistransistoren mit abgestuftem Ge legte den Grundstein für den kommerziellen Erfolg der SiGe-BiCMOS-Technologien auf 8-Zoll-Wafern für verschiedene RF/Wireless- und mmWave-Kommunikationsanwendungen - die Art von Erfolg und breiter Akzeptanz, die nur von einer Handvoll Halbleitertechnologien wie Bulk-CMOS, Gallium-Arsenid (GaAs) und RF-Silicon-on-Insulator (SOI) übertroffen wird.  

Während GF in den letzten 15 Jahren an der Spitze der SOI-Technologie-Innovation stand, liegt das Erbe und die Verantwortung für die Weiterentwicklung der SiGe-BiCMOS-Technologie seit über vier Jahrzehnten bei den Technologieentwicklern und Ingenieuren von GF (früher IBM Microelectronics). Verfolgen wir die Geschichte ein wenig weiter zurück, erleben wir sie noch einmal und sehen wir uns an, was als Nächstes in der Geschichte von SiGe ansteht, die die Vorväter zu Recht als "eine Geschichte der Beharrlichkeit" bezeichnet haben [1].  

GF SiGe Geschichte: Eine Geschichte, bei der die Summe der Teile größer ist als das Ganze 

"Ein nicht ganz so bescheidener Anfang" 

Der erste Teil einer Serie ist in der Regel derjenige, der einen bleibenden Eindruck hinterlässt, und die erste kommerziell erfolgreiche SiGe-Technologie von GF passt in dieses Bild. Vor mehr als einem Jahrzehnt wurde mit der 0,35um SiGe BiCMOS-Technologie [2] namens SiGe5PAe der Grundstein für den Eintritt von SiGe in den Bereich der Wi-Fi-Leistungsverstärker (PA) gelegt, gerade als die Smartphone-Ära ihren Siegeszug antrat. Diese Technologie half den PA-Designern, die beste Kombination aus technischen Leistungsmerkmalen wie hoher Ausgangsleistung, Linearität und Effizienz zu den niedrigsten Kosten zu liefern.  

Als die Nachfrage nach Wi-Fi stieg und neue Wi-Fi-Standards immer strengere Leistungsanforderungen stellten, hat GF die Basisplattform mit verschiedenen Varianten von SiGe5PAXe und SiGe5PA4 weiter verbessert, einschließlich der hochohmigen Substratoptionen, die vollständige Front-End-ICs mit integrierten HF-Schaltern und rauscharmen Verstärkern (LNA) mit einem PA ermöglichen. Mit jeder Variante wurden die Grenzen der Wi-Fi-PA-Leistung weiter verschoben, indem die PA-Leistung verbessert und gleichzeitig die PA-Zuverlässigkeit und -Robustheit für fortschrittliche WiFi-Standards erhöht wurde. Tabelle 1 zeigt die wichtigsten Merkmale der 350-nm-SiGe-BiCMOS-Technologien von GF, die die verschiedenen Anwendungen und Segmente ermöglichen. 

Was als bescheidenes Unterfangen begann, hat sich zu einem großen kommerziellen Erfolg entwickelt: Die 0,35um SiGe-Technologien von GF sorgen für nahtlose Wi-Fi-Erlebnisse auf High-End-Smartphones und Tablets. Heute dominieren diese Technologien weiterhin die PAs, die in Wi-Fi-Front-End-Modulen (FEM) in Smartphones eingesetzt werden, und haben auch bei Wireless-Infrastrukturanwendungen wie PA-Pre-Driver an Bedeutung gewonnen.  

"Ein großer Sprung in den Weltraum und darüber hinaus" 

Normalerweise sind Fortsetzungen selten besser als die ursprüngliche Geschichte oder Serie. Es gibt jedoch Ausnahmen, wie die 130-nm-SiGe-Technologien von GF, die den Beweis für verschiedene Produkte und Anwendungen im Bereich der drahtlosen und drahtgebundenen Kommunikation liefern [3] [4]. Die Hochfrequenz- und Hochspannungsfähigkeit der SiGe-Heterojunction-Bipolartransistoren (HBTs) in diesen Technologien ermöglicht vielfältige Anwendungen wie mmWave- und SATCOM-PAs und -LNAs, Kfz-Radare, Wireless Backhaul und analoge Hochgeschwindigkeits-Schnittstellentreiber.  Insbesondere die SiGe8WL-, SiGe8HP- und SiGe8XP-Technologien von GF leisteten Pionierarbeit bei der Integration von Hochleistungs-NPN-Transistoren mit hochwertigen mmWave- und verteilten Passiven wie Übertragungsleitungen und Mikrostreifen, die die oben genannten Anwendungen ermöglichten. 

"Wenn die Eroberung des Weltraums nicht genug ist"  

Im Jahr 2014 führte die bahnbrechende SiGe-Innovation von GF zur Einführung der weltweit ersten 90-nm-SiGe-BiCMOS-Technologie SiGe9HP [5], der mit SiGe9HP+ [6] eine weitere branchenführende NPN-Leistungsverbesserung folgte. Heute bilden diese beiden Technologien zusammen eine der umfassendsten und wettbewerbsfähigsten SiGe-Technologien, die auf dem Markt erhältlich sind. Mit fortschrittlicher CMOS-Integration und einer Vielzahl von Merkmalen wie verlustarmer Metallisierung und Hochspannungs-LDMOS ermöglichte die Technologie modernste Rechenzentrumsanwendungen wie Transimpedanzverstärker (TIA) und Treiber für optische Hochgeschwindigkeitskommunikation sowie andere analoge Hochleistungsanwendungen wie Analog-Digital-Wandler (ADCs) mit hoher Bandbreite und Terahertz-Bildgebung und -Erfassung. 

"Es gibt kein Endspiel für die Revolution" 

Mit dem Aufkommen der generativen KI fehlt es nicht an Appetit auf höhere Bandbreiten, Datenraten oder größere Reichweiten für die Kommunikation. Nach vier Jahrzehnten konsequenter Innovation sind wir bei GF wieder bereit für die nächste Revolution bei SiGe-Technologien, die den modernen Kommunikationsanforderungen gerecht werden. Kürzlich hat GF den branchenweit leistungsfähigsten SiGe-HBT mit 415/600 GHz ft/fmax auf einer 45-nm-SOI-Plattform [7] veröffentlicht und arbeitet mit frühen Kunden aktiv an der branchenweit ersten komplementären 130-nm-SiGe-BiCMOS-Technologie 130CBIC im Rahmen des Globalshuttle Multi-Project Wafer (MPW)-Programms. Die wichtigsten Merkmale von 130CBIC, die eine breite Palette von Anwendungen ermöglichen, sind in Tabelle 4 aufgeführt. 

Mit Blick auf die Zukunft könnte ein Wachstumsvektor darin bestehen, die ft/fmax von HBTs weiter zu erhöhen, um die Anforderungen an fortschrittliche optische Transceiver für optische Netzwerke in Rechenzentren und generative KI-Anwendungen zu erfüllen. Mit dem Einzug der generativen KI in Smartphones besteht jedoch die logische Notwendigkeit, den Stromverbrauch zu senken oder die HF-Leistung (geringeres Rauschen und höhere Verstärkung) bei den bestehenden Leistungspegeln für HF-Frontend-Module oder verwandte Komponenten zu erhöhen. Da der Breitband-Internetzugang seinen Siegeszug bis in die entlegensten Winkel der Erde fortsetzt, können Leistung und Kosten von SiGe-HBTs für Verbraucher-Satelliten-Bodenterminalanwendungen optimiert werden, um die nächsten 4 Milliarden Nutzer mit dem Internet zu verbinden.  

Während CMOS mit dem Moore'schen Gesetz an seine Grenzen stößt, kann das wahre Potenzial von SiGe weiter erschlossen und in viel größerem Umfang für Anwendungen genutzt werden, die unnachgiebige HF-/Hochgeschwindigkeitsleistungen und -fähigkeiten erfordern. 

Wenn Sie mehr darüber erfahren möchten, wie die SiGe-Technologien von GF Ihre HF- und Hochleistungsanwendungen der nächsten Generation unterstützen können, können Sie uns jederzeit über gf.com kontaktieren .  

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Arvind Narayanan ist Direktor des Produktmanagements für die RF-Produktlinie bei GlobalFoundries. Er ist verantwortlich für die strategische Roadmap für SiGe und RF GaN und verwaltet das entsprechende Produktportfolio. Er ist seit über sechs Jahren bei GlobalFoundries in verschiedenen Funktionen mit Kundenkontakt tätig. 

Referenzen: 

[1] D. L. Harame, B. S. Meyerson, "The Early History of IBM's SiGe Mixed Signal Technology," in IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. 48, No. 11, November 2001. 

[2] A. Joseph et al., "A 0.35 gm SiGe BiCMOS Technology for Power Amplifier Applications", IEEE BCTM 2007. 

[3] B. A. Orner et al., "A 0.13 µm BiCMOS technology featuring a 200/280 GHz (fT/fmax) SiGe HBT," in Proc. IEEE Bipolar/BiCMOS Circuits and Technol. Meeting,2003, S. 203-206 

[4] P. Candra et al., "A 130nm sige bicmos technology for mm-wave applications featuring hbt with fT / fMAX of 260/320 ghz," in IEEE RFIC Symposium, pp. 381-384, 2013 

[5] J. J. Pekarik et al., "A 90nm SiGe BiCMOS technology for mm-wave and high-performance analog applications," 2014 IEEE Bipolar/BiCMOS Circuits and Technology Meeting (BCTM), Coronado, CA, USA, 2014, pp. 92-95 

[6] U. S. Raghunathan et al., "Performance Improvements of SiGe HBTs in 90nm BiCMOS Process with fT/fmax of 340/410 GHz," 2022 IEEE BiCMOS and Compound Semiconductor Integrated Circuits and Technology Symposium (BCICTS), Phoenix, AZ, USA, 2022, pp. 232-235 

[7] V. Jain et al., "415/610GHz fT/fMAX SiGe HBTs Integrated in a 45nm PDSOI BiCMOS process", 2022 IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM), S. 266-268  

Von Kevin Soukup
Senior Vice President, Produktlinie Silizium-Photonik  

GlobalFoundries (GF) stellte seine revolutionäre GF Fotonix™-Plattform erstmals im Jahr 2022 mit Schwerpunkt auf optischen Verbindungen vor. Die Plattform war für bis zu 100 Gigabit pro Sekunde pro Wellenlänge (100G/λ) über PAM4-Signalisierung ausgelegt. Mit einer extrem hohen Datenrate und einer bis zu 10.000-fachen Verbesserung der Systemfehlerrate war unsere GF Fotonix-Plattform der ersten Generation ein wichtiger Schritt auf dem Weg zu optischen Chiplets, die eine schnellere und effizientere Datenübertragung ermöglichen.  

Diese Errungenschaften haben sich als erfolgreich erwiesen und GF als führendes Unternehmen im Bereich der Silizium-Photonik etabliert ( ). Aber das war noch nicht alles. Werfen wir einen Blick auf einige der jüngsten Fortschritte, die wir auf unserer GF Fotonix-Plattform gemacht haben, einschließlich erhöhter Design-Flexibilität, Bandbreiten-Upgrades und vollständigem Turnkey-Support mit der Entwicklung unseres neu angekündigten Advanced Packaging and Photonics Center. 

Extreme Flexibilität 

Die GF Fotonix-Plattform wurde entwickelt, um den Kunden die größtmögliche Flexibilität zu bieten, damit sie die verschiedenen Anforderungen der Anwendungen und Marktsegmente erfüllen können:  

• Prozess-Flexibilität: Der GF Fotonix-Prozess kann als integrierter Photonik + RF CMOS-Flow oder als reiner Photonik-Flow betrieben werden, je nach Anwendung und Systemanforderungen des Kunden. 
• Freiform-Designs: Die Technologie ermöglicht das Design passiver Komponenten in freier Form, solange die kundenspezifischen Bauelemente die Designregeln erfüllen. Die Unterstützung für kundenspezifische photonische Bauelementedesigns erfolgt nativ im Prozessdesign-Kit (PDK) durch die Unterstützung von Technologiedateien für die führenden Bauelementesimulatoren der Branche. 
• "Langsam und breit" vs. "Schnell und schmal": GF Fotonix bietet Design-Flexibilität, indem es die Implementierung sowohl von Course-Wave (CWDM) als auch von Dense-Wave-Division-Multiplexing (DWDM) zur Optimierung der Beachfront-Dichte (Bandbreitendichte entlang der Chipkante) unterstützt. Die für das Wellenmultiplexing erforderlichen Komponenten wie athermische Muxs/De-Muxs und Bänke mit Mikroringen und gekoppelten Ringresonatoren sind im PDK verfügbar. 

Von hochfrequentierten KI-Rechenzentren bis hin zu fortschrittlichen Fahrerassistenzsystemen der nächsten Generation arbeiten wir kontinuierlich mit unseren Kunden in allen Endmärkten zusammen, um ihre Designanforderungen zu verstehen und die Funktionen und Weiterentwicklungen hinzuzufügen, die ihre Chips auf die nächste Stufe bringen werden. 

Verdoppelung der Bandbreite 

Die zweite Generation von GF Fotonix unterstützt 200G/λ und verdoppelt damit die Bandbreitengeschwindigkeit gegenüber der vorherigen Generation, um "schnelle und schmale" Architekturen zu unterstützen. Wir haben auch alle aktiven photonischen Bauelemente wie Modulatoren (Mikro-Ring, Mach Zehnder und Ring Assisted Mach Zehnder), Photodioden und Transistoren verbessert, um die monolithische Integration zu unterstützen. Es wurden bahnbrechende Fortschritte bei der Ausbeute von Modulatorbänken erzielt, um "langsame und breite" Architekturen mit mehreren Lambdas zu unterstützen. 

Die IOSMF (auf V-Rillen basierende passive Faserkoppler) wurden in zweierlei Hinsicht aufgerüstet. Erstens wurde der Abstand der einzelnen V-Nuten von 250 μm auf 127 μm verringert, um die optische Strandfrontdichte um das Zweifache zu erhöhen. Zweitens haben wir Unterstützung für Siliziumnitrid (SiN)-Spot-Size-Wandler hinzugefügt, um die Belastbarkeit um das Vierfache zu verbessern. 

Mit Blick auf die Anforderungen des Co-Packaging haben wir mit mehreren Anbietern an Lösungen für abnehmbare Glasfaseranschlüsse auf Wafer- und Die-Ebene gearbeitet. Mehrere Demos dieser Lösungen werden auf der 2025 Optical Fiber Communications Conference and Exhibition (OFC) in San Francisco im April dieses Jahres vorgestellt.

Schließlich haben wir Unterstützung für Durchkontaktierungen (TSV) durch den photonischen IC (PIC) hinzugefügt. Diese Funktion ermöglicht die 2,5D/3D-Stapelung des elektrischen ICs auf dem PIC. Diese TSVs können für Hochgeschwindigkeits-Signalübertragung, Stromzufuhr und Wärmeabfuhr verwendet werden. 

Zentrum für fortgeschrittene Verpackung und Photonik 

Anfang des Jahres kündigte GF ein neues Zentrum für fortschrittliche Verpackungs- und Testverfahren in unserer Produktionsstätte in New York an, das seinesgleichen sucht. Dieses neue Zentrum wird es uns ermöglichen, die in unserem New Yorker Werk hergestellten Chips vollständig an Land in den USA zu verarbeiten, zu verpacken und zu testen. Dies hilft uns, die wachsende Nachfrage nach sicheren Lieferketten für unsere wichtigen Chips in kritischen Endmärkten wie der Automobilindustrie, der Kommunikationsinfrastruktur sowie der Luft- und Raumfahrt und Verteidigung zu erfüllen.  

Durch dieses neue Zentrum ist GF nun in der Lage, eine schlüsselfertige Lösung für unsere Silizium-Photonik-Chips anzubieten, mit fortschrittlichen Verpackungs-, Montage- und Testdienstleistungen, um die Chips in individuelle Gehäuse zu verwandeln, die für den Einsatz im Endprodukt bereit sind. Auf der IP-Seite bauen wir unser GlobalSolutions-Ökosystem mit verifizierten und siliziumerprobten IP-Lösungen von Branchenexperten weiter aus, die einfach in GF Fotonix integriert werden können, um Ihre hochmodernen, kundenspezifischen ICs zu bauen.  

Um mehr über GF Fotonix zu erfahren und darüber, wie unsere Silizium-Photonik-Prozesstechnologien Ihre Glasfaser-Kommunikationsdesigns der nächsten Generation unterstützen können, werden wir vom 1. bis 3. April in San Francisco an der OFC 2025 teilnehmen. Besuchen Sie uns am Stand Nr. 3220, um mit unseren technischen Vertretern zu sprechen und Muster von ICs zu sehen, die mit GF Fotonix gefertigt wurden. Wir hoffen, Sie dort zu sehen! 

Kevin Soukup ist Senior Vice President der Silizium-Photonik-Produktlinie von GF und leitet die Silizium-Photonik-Sparte des Unternehmens, die es Kunden ermöglicht, enorme Datenmengen mit Hilfe von schnellen und energieeffizienten elektro-optischen Systemen zu übertragen.