Ultrahochreine (UHP) Gase sind das Lebenselixier der Halbleiterindustrie. Da die beispiellose Nachfrage und Störungen der globalen Lieferketten den Preis für Ultrahochdruckgase in die Höhe treiben, erhöhen neue Halbleiterdesigns und Fertigungsverfahren den erforderlichen Umweltschutz. Für Halbleiterhersteller ist die Gewährleistung der Reinheit von UHP-Gasen wichtiger denn je.

Ultrahochreine (UHP) Gase sind in der modernen Halbleiterfertigung von entscheidender Bedeutung

Eine der Hauptanwendungen von UHP-Gas ist die Inertisierung: UHP-Gas dient dazu, Halbleiterkomponenten mit einer Schutzatmosphäre zu umgeben und sie so vor den schädlichen Auswirkungen von Feuchtigkeit, Sauerstoff und anderen Verunreinigungen in der Atmosphäre zu schützen. Die Inertisierung ist jedoch nur eine von vielen verschiedenen Funktionen, die Gase in der Halbleiterindustrie erfüllen. Von primären Plasmagasen bis hin zu reaktiven Gasen beim Ätzen und Glühen werden Ultrahochdruckgase für viele verschiedene Zwecke eingesetzt und sind in der gesamten Halbleiter-Lieferkette unverzichtbar.

Zu den „Kerngasen“ in der Halbleiterindustrie gehörenStickstoff(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 Glühen, Abscheiden, Epitaxie und Plasmareinigen).

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

Wachsende Nachfrage nach Reinheit

Seit der Erfindung des ersten kommerziellen Mikrochips hat die Leistung von Halbleiterbauelementen weltweit einen erstaunlichen, nahezu exponentiellen Anstieg erlebt. In den letzten fünf Jahren war die Größenskalierung eine der sichersten Methoden, um diese Leistungssteigerung zu erreichen: die Verkleinerung wichtiger Abmessungen bestehender Chiparchitekturen, um mehr Transistoren auf gleichem Raum unterzubringen. Darüber hinaus haben die Entwicklung neuer Chiparchitekturen und der Einsatz modernster Materialien zu Leistungssprüngen bei den Bauelementen geführt.

Die kritischen Abmessungen moderner Halbleiter sind mittlerweile so klein, dass eine Größenskalierung keine praktikable Methode mehr ist, um die Leistung der Geräte zu verbessern. Stattdessen suchen Halbleiterforscher nach Lösungen in Form neuartiger Materialien und 3D-Chiparchitekturen.

Jahrzehntelange kontinuierliche Weiterentwicklungen haben dazu geführt, dass heutige Halbleiterbauelemente deutlich leistungsfähiger sind als die Mikrochips von früher – aber auch empfindlicher. Mit der Einführung der 300-mm-Wafer-Fertigungstechnologie ist die Verunreinigungskontrolle in der Halbleiterproduktion deutlich gestiegen. Schon geringste Verunreinigungen im Herstellungsprozess (insbesondere Edelgase oder Inertgase) können zu katastrophalen Geräteausfällen führen – daher ist die Gasreinheit heute wichtiger denn je.

Für eine typische Halbleiterfabrik stellt ultrahochreines Gas nach Silizium selbst bereits heute den größten Kostenfaktor dar. Diese Kosten werden voraussichtlich weiter steigen, da die Nachfrage nach Halbleitern neue Höhen erreicht. Die Ereignisse in Europa haben den angespannten Markt für ultrahochdruckiges Erdgas zusätzlich belastet. Die Ukraine ist einer der weltweit größten Exporteure von hochreinemNeonAnzeichen; Russlands Invasion bedeutet, dass die Versorgung mit dem Edelgas eingeschränkt wird. Dies wiederum führte zu Engpässen und höheren Preisen bei anderen Edelgasen wieKryptonUndXenon.