Hochreine Gase (UHP-Gase) sind für die Halbleiterindustrie unverzichtbar. Angesichts der beispiellosen Nachfrage und der Störungen globaler Lieferketten, die den Preis für UHP-Gase in die Höhe treiben, erfordern neue Verfahren im Halbleiterdesign und in der Fertigung einen höheren Grad an Schadstoffkontrolle. Für Halbleiterhersteller ist die Sicherstellung der Reinheit von UHP-Gasen daher wichtiger denn je.

Ultrahochreine (UHP) Gase sind in der modernen Halbleiterfertigung absolut unerlässlich.

Eine der Hauptanwendungen von Hochdruckgasen ist die Inertisierung: Sie erzeugen eine Schutzatmosphäre um Halbleiterbauelemente und schützen diese so vor den schädlichen Einflüssen von Feuchtigkeit, Sauerstoff und anderen Verunreinigungen in der Atmosphäre. Die Inertisierung ist jedoch nur eine von vielen Funktionen, die Gase in der Halbleiterindustrie erfüllen. Von primären Plasmagasen bis hin zu Reaktionsgasen für Ätz- und Temperprozesse werden Hochdruckgase für vielfältige Zwecke eingesetzt und sind in der gesamten Halbleiterlieferkette unverzichtbar.

Zu den „Kerngasen“ in der Halbleiterindustrie gehören unter anderemStickstoff(wird als allgemeines Reinigungs- und Inertgas verwendet),Argon(wird als primäres Plasmagas bei Ätz- und Abscheidungsreaktionen verwendet),Helium(wird als Inertgas mit besonderen Wärmeübertragungseigenschaften verwendet) undWasserstoff(spielt mehrere Rollen beim Tempern, Abscheiden, Epitaxie und Plasmareinigen).

Mit der Weiterentwicklung der Halbleitertechnologie haben sich auch die im Herstellungsprozess verwendeten Gase verändert. Heutzutage nutzen Halbleiterfabriken eine breite Palette von Gasen, von Edelgasen wie …KryptonUndNeonzu reaktiven Spezies wie Stickstofftrifluorid (NF 3 ) und Wolframhexafluorid (WF 6 ).

Wachsende Nachfrage nach Reinheit

Seit der Erfindung des ersten kommerziellen Mikrochips hat die Welt einen erstaunlichen, nahezu exponentiellen Anstieg der Leistungsfähigkeit von Halbleiterbauelementen erlebt. In den letzten fünf Jahren war die Miniaturisierung (Scaling) einer der sichersten Wege, diese Leistungssteigerung zu erzielen: die Reduzierung wichtiger Abmessungen bestehender Chiparchitekturen, um mehr Transistoren auf begrenztem Raum unterzubringen. Darüber hinaus haben die Entwicklung neuer Chiparchitekturen und der Einsatz modernster Materialien zu Quantensprüngen in der Bauelementleistung geführt.

Heutzutage sind die kritischen Abmessungen modernster Halbleiter so klein, dass eine Verkleinerung der Bauelemente keine praktikable Methode mehr zur Leistungssteigerung darstellt. Stattdessen suchen Halbleiterforscher nach Lösungen in Form neuartiger Materialien und dreidimensionaler Chiparchitekturen.

Jahrzehntelange, unermüdliche Weiterentwicklung hat dazu geführt, dass heutige Halbleiterbauelemente deutlich leistungsfähiger sind als die Mikrochips von früher – aber auch empfindlicher. Die Einführung der 300-mm-Wafer-Fertigungstechnologie hat die Anforderungen an die Reinheitskontrolle in der Halbleiterproduktion erheblich erhöht. Selbst geringste Verunreinigungen im Fertigungsprozess (insbesondere seltene oder inerte Gase) können zu katastrophalen Anlagenausfällen führen – daher ist die Gasreinheit heute wichtiger denn je.

Für eine typische Halbleiterfabrik sind die Kosten für hochreines Erdgas bereits jetzt der größte Materialkostenfaktor nach Silizium selbst. Es wird erwartet, dass diese Kosten mit der rasant steigenden Nachfrage nach Halbleitern weiter steigen werden. Ereignisse in Europa haben den ohnehin angespannten Markt für ultrahochdruckverstärktes Erdgas zusätzlich belastet. Die Ukraine gehört zu den weltweit größten Exporteuren von hochreinem Erdgas.NeonAnzeichen dafür sind, dass Russlands Invasion die Versorgung mit dem seltenen Gas einschränkt. Dies wiederum führte zu Engpässen und höheren Preisen anderer Edelgase wie beispielsweise …KryptonUndXenon.