Ob in Smartphones, Laptops, Autos oder Flugzeugen: Halbleiter sind essenzielle Bestandteile der modernen Technologie. Ihre Produktion ist aber rohstoff- und energieintensiv und das halogenbasierte Ätzverfahren birgt Umwelt- und Gesundheitsrisiken. Die Universität Graz ist Teil eines neuen EU-Projekts unter der Leitung der sächsischen Universität Chemnitz, das neue Ansätze zum halogenfreien und nachhaltigen Ätzen von Silizium und Glas entwickelt.

"HaloFreeEtch" heißt das von der Europäischen Union mit knapp vier Millionen Euro geförderte Projekt, das die Halbleiterherstellung auf ein neues Level heben möchte. Erreichen will man das durch die Entwicklung neuartiger Ätzprozesse, die halogenierte Verbindungen durch umweltfreundlichere Alternativen ersetzen, schädliche Abfälle reduzieren und zugleich den Energieverbrauch senken sollen. Gleichzeitig soll die hohe Leistung beibehalten werden. So will man durch den Einsatz von Wasserstoff und innovativen Katalysatoren die herkömmlichen halogenbasierten Verfahren ersetzen.

Alternativen für halogenbasiertes Plasma-Ätzen

Bei der industriellen Herstellung von Halbleitern, vor allem aus Silizium, wird üblicherweise das sogenannte Plasmaätzen angewendet: Dabei wird durch eine chemische Reaktion mit Halogenen, wie Schwefel-Hexafluorid, Tetrafluormethan, Trifluormethan oder Octafluorcyclobutan, Material abgetragen. Dieser Prozess birgt laut Mitteilung der Uni Graz erhebliche Umwelt- und Gesundheitsrisiken. Ziel der Forschenden ist es, in den Ätzverfahren für Silizium und Siliziumoxid die Halogene zu ersetzen.

"Am Institut für Umweltsystemwissenschaften der Uni Graz entwickeln wir Tools, die bereits in den frühen Phasen des Prozess- und Produktdesigns dabei unterstützen, Entscheidungen im Sinne ökologischer und sozialer Nachhaltigkeit zu treffen", sagte Rupert Baumgartner, Leiter des Christian-Doppler-Labors für Nachhaltiges Produktmanagement in einer Kreislaufwirtschaft. In der Halbleiterfertigung betreffen solche Entscheidungen u. a. die Chemikalien und die Entwicklung effektiver Ätzmethoden. Diese müssen zuvor anhand umfassender Lebenszyklus-Daten und der darauf aufbauenden Umweltwirkungsabschätzung bewertet und identifiziert werden. "Dafür adaptieren wir etablierte Bewertungsmethoden", berichtet Saumya Sadhu vom Institut für Umweltsystemwissenschaften der Uni Graz, die über ihre Dissertation am Projekt mitarbeitet.

Nachhaltigkeitsbewertung durch Uni Graz

Die industriellen Ätzprozesse werden mithilfe von Simulationen geplant und immer weiter verbessert. Allerdings haben Umweltaspekte dabei keine Berücksichtigung gefunden. Das soll sich nun ändern. "Wir werden diesbezüglich Vorschläge entwickeln, die unsere Projektpartner dann in ihre Simulationen integrieren können", erklärt Baumgartner.

"HaloFreeEtch" hat eine Laufzeit von vier Jahren. Die Koordination liegt bei Jörg Schuster von der TU Chemnitz. Rupert Baumgartner leitet das Teilprojekt an der Uni Graz. Zu den weiteren Forschungs- und Industriepartnern zählen u. a. das Fraunhofer-Institut für Elektronische Nanosysteme ENA, die Freie Universität Brüssel oder auch das auf Ätzprozesse in Halbleiterfertigungslinien spezialisierte niederländische Unternehmen Lionix International.

Service - https://halofreeetch.eu