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Industrie Chipherstellung – eine Frage der Chemie

Mit der Komplexität der Bauteile nimmt die Vielfalt der Halbleiter-Chemie zu. Experten gehen davon aus, dass das ganze Periodensystem der Elemente in der Fertigung vertreten ist.
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Die Herstellung ist sehr komplex. Quelle: dpa
Ein Chip von Infineon

Die Herstellung ist sehr komplex.

(Foto: dpa)

Frankfurt Die Bauteile werden kleiner, die Herstellverfahren komplexer. Zweistellige Milliardenbeträge kosten Fabriken inzwischen, in denen die Prozessoren und Speicher-Chips für die digitale Revolution entstehen.

Die Chemie spielt dabei eine wesentliche Rolle. Etwa bei den Wafern – dünnen Trägerscheiben, die Firmen wie Siltronic oder Shin-Etsu aus hochreinen Siliziumkristallen herausschneiden. Das Gleiche gilt für den Spezialkunststoff, der den fertigen Prozessor umschließt.

Dazwischen liegen Hunderte von Verfahrensschritten, mit denen auf dem Wafer die mikroskopisch kleinen Strukturen der Mikroelektronik aufgebaut werden. Praktisch auf jeder Ebene ist Chemie mit im Spiel.

Hunderte von Chemieprodukten kommen zum Einsatz, die oft im Endprodukt nicht mehr zu finden sind: Fotolacke, um die Leiterstrukturen mit Lithografie zu erstellen, Spezialsäuren, die überschüssiges Material wegätzen, Polier-Materialien für die Glättung, ultrareine Chemikalien für die Zwischenreinigung, Spezialgase für das Aufdampfen von Metallschichten.

Mit der Komplexität der Bauteile nimmt die Vielfalt der Halbleiter-Chemie zu. Kam man früher mit fünf bis sieben Ausgangssubstanzen aus, gehen Fachleute davon aus, dass inzwischen praktisch das gesamte Periodensystem der Elemente in der Chipfertigung vertreten ist.

Gefordert werden die Materialentwickler vom ungebremsten Trend zur Miniaturisierung. Hinzu kommen immer neue Chiparchitekturen etwa für Anwendungen der Künstlichen Intelligenz oder des autonomen Fahrens. Auch Speichermedien erfordern zusehends neue Materialien.

So werden bei Speicherchips die elektronischen Strukturen zunehmend dreidimensional aufgebaut, oft bis zu 96 Schichten an Materialien übereinandergestapelt. In Relation zu der Grundfläche, auf der sie aufgebracht werden, haben diese Konstruktionen das gleiche Ausmaß wie das Empire State Building. Und in den nächsten Jahren dürften die Strukturen noch weiter in die Höhe wachsen.

Die Chemie, erwarten Experten aus der Branche, wird damit immer kritischer für die Halbleiter-Entwicklung. Denn je komplexer die Strukturen, desto besser müssen die eingesetzten Materialien aufeinander abgestimmt sein.

Als Kostenfaktor dagegen spielt sie bisher eine eher untergeordnete Rolle. Von etwa 400 Milliarden Euro Umsatz in der Halbleiterindustrie entfallen nach Schätzung von Merck knapp 40 Milliarden Euro auf Materialien. Etwa die Hälfte davon dürfte auf chemische Standardprodukte entfallen, der Rest auf höherwertige Spezialitäten.

Diesen Markt teilen sich Großkonzerne wie Dupont und Shin-Etsu. Darüber hinaus sind Industriegasehersteller wie Air Liquide und Linde in dem Geschäft vertreten sowie zahlreiche kleinere Spezialisten wie die nun von Merck übernommene Versum, die US-Firmen Entegrist, Cabot Microelectronics oder die japanische Adeka.

Mehr: Im Chemiegeschäft soll es für Merck ab 2020 wieder aufwärts gehen. Von der Versum-Übernahme verspricht sich der Konzern zusätzlichen Schub.

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