Mit der steigenden Nachfrage nach Mikrochips wächst auch der ökologische Fußabdruck ihrer Herstellung. Im EU-Projekt GENESIS entwickelt das Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS gemeinsam mit Partnern Technologien, die die Fertigung der unverzichtbaren Chips nachhaltiger macht.
»Aus technischer Sicht hat die Mikroelektronik in den vergangenen Jahrzehnten enorme Fortschritte erzielt. Heute rückt zusätzlich die Frage in den Fokus, wie wir Chips umweltverträglicher herstellen können«, erklärt Dr. Julia Osten, Forschungsmanagerin am Fraunhofer IPMS und dort Projektbeauftragte für GENESIS. »Dieses Projekt bringt dafür erstmals nahezu alle relevanten europäischen Akteure an einen Tisch.«
GENESIS – kurz für »GENerate in Europe a Sustainable Industry for Semiconductors« – vereint über 50 Partner aus Industrie, Forschung und Wissenschaft entlang der europäischen Halbleiter-Wertschöpfungskette. Bis 2028 sollen im dreijährigen vom CEA-Leti koordinierten Projekt neue Technologien entstehen, die im Einklang mit dem Europäischen Green Deal und dem EU Chips Act stehen und die Nachhaltigkeit im gesamten Lebenszyklus von Mikrochips steigern – unter anderem durch geringere Emissionen, den Ersatz kritischer Materialien und neue Recyclingkonzepte. Das Projekt wird mit Mitteln der Europäischen Union (JU Chips, Grant-Abkommen Nr. 101194246) und seinen assoziierten Mitgliedstaaten (z.B. BMFTR) unterstützt. Darüber hinaus werden die Schweizer GENESIS-Partner vom Eidgenössischen Staatssekretariat für Bildung, Forschung und Innovation (SERI) unterstützt. Sächsische Partner werden zusätzlich vom Freistaat Sachsen gefördert.
Neben Projektmanagement und der Auseinandersetzung mit Regularien sowie der Verstetigung sind vier der sechs existierenden Projekt-Arbeitspakete wissenschaftlicher Natur: Echtzeit-Monitoring und Sensorik, umweltfreundliche Materialien, die Verringerung der Abhängigkeit von kritischen Rohstoffen sowie Abfall- und Emissionsminimierung. Letzteres koordiniert Osten für die 25 Projektpartner im Arbeitspaket 4.
Das Fraunhofer IPMS leitet das Arbeitspaket »Minimization of Waste and Emissions« und bringt seine Expertise in zahlreiche weitere Projektpakete ein. An GENESIS sind außerdem zwei weitere Institute der Fraunhofer-Allianz Mikroelektronik (FMD) beteiligt: das Fraunhofer-Institut für Elektronische Nanosysteme ENAS und das Fraunhofer-Institut für Elektronische Mikrosysteme und Festkörper-Technologien EMFT.
Neben der Koordination des Arbeitspakets 4 liegt ein Schwerpunkt der Forschung des Fraunhofer IPMS im Projekt auf Per- und Polyfluoralkylsubstanzen (PFAS) und Treibhausgasen. »Wir untersuchen alternative Materialien und Verfahren sowie Möglichkeiten, den Einsatz von PFAS zu reduzieren«, erläutert die Physikerin. Darüber hinaus befassen sich die Forschenden mit Prozessgasen wie Schwefelhexafluorid (SF₆) und Stickstofftrifluorid (NF₃), die ein deutlich höheres Treibhauspotenzial als Kohlendioxid besitzen. Das Institut bewertet alternative Gasgemische und arbeitet an der Optimierung bestehender Abgasreinigungssysteme, um Emissionen wirksam zu senken.
Ein weiterer Fokus der Forschenden liegt auf der Wiederverwendbarkeit, dem Reuse von Materialien. Gemeinsam mit Industriepartnern untersucht das Fraunhofer IPMS, wie sich sogenannte »CMP-Slurries« aufbereiten und erneut nutzen lassen. »Slurries sind für Wafer-Polituren im Halbleiter-Fertigungsprozess immer erforderlich«, erklärt Osten. »Das ist eine flüssige Suspension aus Wasser, Chemikalien und feinsten Schleifpartikeln.« Ziel ist es, Materialverbrauch, Wasserbedarf und Abfallaufkommen zu reduzieren sowie wertvolle Rohstoffe zurückzugewinnen und in den Produktionskreislauf rückzuführen.
»Unsere modernen 200- und 300-Millimeter-Reinräume am Fraunhofer IPMS ermöglichen es unseren Industriepartnern und uns, neue Verfahren für nachhaltige Halbleiterprozesse unter realistischen Bedingungen zu testen und ihre Auswirkungen auf industrielle Fertigungsprozesse zu bewerten«, sagt Osten. »So reduzieren wir Risiken und beschleunigen die Einführung umweltfreundlicher Lösungen. Hierbei können wir auch auf unsere Erfahrung aus dem BMFTR geförderten GreenICT Projekt aufbauen.« Ziel ist es, Forschungsergebnisse möglichst schnell in industrielle Anwendungen zu überführen.
Osten: »Wenn wir dazu beitragen können, dass die unzähligen Chips in unseren Geräten künftig mit weniger Belastung für Umwelt und Ressourcen hergestellt werden, dann schaffen wir einen echten Mehrwert für kommende Generationen.«
Fraunhofer-Gesellschaft