Ökochips
Wie die hohen Umweltlasten der Halbleiterfertigung sinken sollen
Chiphersteller zeigen gerne ihre blitzblanken Reinräume, doch die Produktion von Halbleitern frisst Unmengen an Energie und Ressourcen und erzeugt klimaschädliche Abgase. Das soll sich ändern.
Halbleiterbauelemente sind meistens winzig und bestehen im Wesentlichen aus einem Stückchen Silizium. Damit ähneln sie im Prinzip einer kleinen Glasscherbe. Doch Chips haben ein schmutziges Geheimnis: Ihre Fertigung verursacht eine vergleichsweise riesige Umweltbelastung. Und die summiert sich, weil pro Jahr weltweit mehr als eine Billion Bauelemente produziert werden, von der winzigen LED bis hin zum Frisbee-großen KI-Superchip. Der Chip-Ausstoß soll zudem deutlich wachsen, mehrere Staaten fördern den Aufbau neuer Chipwerke (Fabs) mit Milliardensummen. Grundsätzlich sind sich Chiphersteller, Behörden und Politiker daher einig, dass die Halbleiterfertigung ökologischer werden muss. Dabei lassen sich manche Probleme relativ leicht lösen und für andere sind immerhin Lösungsmöglichkeiten bekannt. Doch es gibt auch einige harte Brocken.
Chip-Aufbau
Um zu verstehen, welche Teilschritte der Chipfertigung besonders hohe Umweltlasten verursachen, hilft ein kurzer Blick auf die Technik, die wir unter ct.de/yzzz ausführlich erklärt haben. Als Beispiel dient die sogenannte CMOS-Technik, mit der Firmen wie Intel, Samsung und der weltgrößte Chip-Auftragsfertiger TSMC Halbleiter produzieren. Die Abkürzung CMOS steht für Complimentary Metal-Oxide Semiconductor und bezeichnet eine Kombination aus Feldeffekttransistoren (FETs), die die Basis der Logikschaltungen in den meisten Prozessoren, Grafikprozessoren und Mikrocontrollern bilden. Die CMOS-Fertigung erzeugt feinste Strukturen auf Scheiben (Wafern) aus hochreinen Silizium-Einkristallen, wobei viele Schichten übereinandergestapelt werden. Die Strukturierung jeder einzelnen Schicht erfolgt durch fotolithografische Verfahren: Man überzieht den Wafer mit lichtempfindlichem (Foto-)Lack, auf den anschließend ein Laser durch eine Maske die jeweils gewünschten Strukturen projiziert. Dann wird in einem chemischen Verfahren der Fotolack entwickelt, woraufhin sich die belichteten Stellen mit Lösemitteln beseitigen lassen. Der nun folgende Ätzprozess entfernt das nicht mehr von Lack geschützte Material. Es folgt ein Reinigungsschritt mit Reinstwasser (Ultrapure Water, UPW).