TSMC, Samsung: Weniger Ewigkeits-Chemikalien, mehr grüner Strom
Die Chipfertigung ist eine Umweltsau. Das europäische IMEC-Projekt "Nachhaltige Halbleitertechnologien und -systeme" soll die Situation verbessern.
Von der IMEC-Veranstaltung ITF World 2023, wo die Ausweitung des Nachhaltigkeitsprojekts bekannt gegeben wurde.
(Bild: c't / ciw)
Mehrere hochkarätige Halbleiterfirmen treten einem Nachhaltigkeitsprojekt des europäischen Interuniversity Microelectronics Centre (IMEC) bei: der weltweit größte Chipauftragsfertiger TSMC, die Nummer 2 Samsung, Nummer 4 Globalfoundries (GF) und die noch junge japanische Chipfirma Rapidus.
Das Forschungsprogramm "Sustainable Semiconductor Technologies & Systems" (SSTS) will verhindern, dass der ökologische Fußabdruck der Halbleiterindustrie in den nächsten Jahrzehnten explodiert. Schon heute verursacht allein die globale Chipfertigung jährliche CO₂-Emissionen von 50 Megatonnen – 0,1 Prozent aller CO₂-Emissionen. Bis zum Jahr 2040 könnten dieser Wert auf 400 Megatonnen steigen, wenn die Chiphersteller nicht einlenken, schätzt das IMEC.
Umweltschädliche Produktion
Nicht nur der Energiebedarf ist ein Problem. Halbleiterwerke benötigen viel sauberes Wasser, weshalb Firmen wie TSMC, Samsung und Intel Geld in die Wasseraufbereitung investieren. Außerdem werden in den Halbleiterwerken hochgefährliche sogenannte per- und polyfluorierte Chemikalien (PFC bzw. PFAS) eingesetzt – sogenannte Ewigkeits-Chemikalien, weil sie nicht natürlich abgebaut werden.
Zum Einsatz kommen etwa Tetrafluormethan (CF4), Hexafluorethan (C2F6), Octafluorpropan (C3F8), Octafluorcyclobutan (c-C4F8), Schwefelhexafluorid (SF6), Stickstofftrifluorid (NF3) und Trifluomethan (CHF3). Chiphersteller erzeugen damit bei Beschichtungsverfahren in den Vakuumkammern atomares Fluor, um die Reste der abgeschiedenen Materialien auf den Silizium-Wafern wegzuätzen.
Die nicht gespaltenen PFAS-Reste werden mit Gas ausgespült und über meterlange Plasmafackeln im Abluftstrom zerlegt. Gelangt Schwefelhexafluorid unzerlegt in die Luft, ist dessen Treibhauseffekt 23.500-mal potenter als von CO₂.
(Bild: IMEC)
Aufwendige Fertigungssimulation
Das IMEC will unter anderem die Punkte Energie, Wasser und PFAS angehen. Der größte Hebel dafür ist die Erstellung von virtuellen Halbleiterwerken vor deren echtem Bau: Die Software-Plattform Imec.netzero simuliert die Produktion von Halbleiterbauelementen und soll dabei helfen, Abläufe effizienter zu gestalten. Dazu aggregiert das IMEC etwa die Daten unzähliger Lithografie-Systeme und Ätzmaschinen. TSMC, Samsung und Globalfoundries bringen jetzt die Daten aus ihren bestehenden Halbleiterwerken ein, um die Software weiter zu verfeinern.
Apple hatte das SSTS-Programm zusammen mit dem IMEC im Jahr 2021 auf den Weg gebracht. Zu den prominentesten weiteren Mitgliedern zählen die Cloud-Betreiber Amazon, Meta und Microsoft sowie die Zulieferer Applied Materials, ASML, Edwards, Kurita, Screen und Tokyo Electron.
(mma)
