Europa zoekt naar schonere halfgeleiderproductie

Het Europese onderzoeksproject Genesis zoekt naar manieren om halfgeleiders te maken met minder schadelijke stoffen, minder uitstoot en minder afval.

In Genesis werken meer dan vijftig partners uit de industrie, onderzoekswereld en academische sector samen aan nieuwe productietechnologieën. Het driejarige project loopt tot 2028 en richt zich op verduurzaming van de volledige levenscyclus van halfgeleiders. Fraunhofer IPMS in Dresden coördineert het werkpakket dat zich bezighoudt met het verminderen van afval en emissies.

Minder PFAS in de chipfabriek

De onderzoekers kijken onder meer naar alternatieve materialen en productiemethoden waarmee het gebruik van PFAS in de halfgeleiderproductie kan worden teruggedrongen. Dat is geen eenvoudige opgave. Materialen die in een chipfabriek worden gebruikt, moeten niet alleen technisch functioneren, maar ook bestand zijn tegen de extreem gecontroleerde omstandigheden van een cleanroom en de vele chemische en thermische processtappen.

Ook procesgassen onder de loep

Een tweede probleem zit in de procesgassen die tijdens de productie worden gebruikt. Genesis kijkt onder meer naar zwavelhexafluoride (SF₆) en stikstoftrifluoride (NF₃); gassen met een veel groter aardopwarmingsvermogen dan CO₂. De onderzoekers onderzoeken alternatieve gasmengsels en proberen bestaande systemen voor het reinigen van afvalgassen verder te verbeteren.

Van afval naar grondstof

Misschien nog interessanter is de poging om materialen uit het productieproces opnieuw te gebruiken. Bij het maken van chips moeten siliciumwafers zeer nauwkeurig worden gepolijst. Daarvoor wordt chemical mechanical planarization (CMP) gebruikt. Een speciale slurry — een vloeistof met water, chemicaliën en extreem fijne schurende deeltjes — verwijdert materiaal van het waferoppervlak. Na gebruik wordt die slurry normaal gesproken afgevoerd.

Binnen Genesis onderzoeken Fraunhofer IPMS en industriële partners of deze vloeistof kan worden behandeld en opnieuw ingezet. Daarmee willen de onderzoekers tegelijkertijd het verbruik van water en grondstoffen verminderen, de hoeveelheid afval beperken en waardevolle materialen terugwinnen.

Niet alleen op papier

Fraunhofer IPMS beschikt over 200- en 300-millimeter cleanrooms, waarin de onderzoekers duurzame productiemethoden onder omstandigheden kunnen testen die aansluiten bij daadwerkelijke halfgeleiderproductie. De onderzoekers willen namelijk niet alleen aantonen dat een alternatief technisch functioneert, maar ook beoordelen wat het betekent voor het daadwerkelijke productieproces.

De paradox van de chipindustrie

De halfgeleiderindustrie speelt een sleutelrol in de verduurzaming van andere sectoren. Zonder chips zijn elektrische voertuigen, slimme energienetten, efficiënte vermogenselektronica en veel systemen voor duurzame energie niet mogelijk. Maar juist die chips hebben zelf een complexe en grondstoffenintensieve productieketen. Daarom verschuift de aandacht langzaam van alleen ‘betere chips maken’ naar een bredere vraag: hoe maken we die chips met zo weinig mogelijk impact?

Genesis probeert dat vanuit meerdere kanten tegelijk aan te pakken: minder schadelijke stoffen, minder emissies, minder gebruik van kritieke grondstoffen, minder afval en meer hergebruik. Want als Europa daadwerkelijk meer halfgeleiders wil produceren, zal ook de productieketen moeten meegroeien.