Gaser med ultrahög renhet (UHP) är livsnerven i halvledarindustrin. Eftersom en aldrig tidigare skådad efterfrågan och störningar i globala leveranskedjor pressar upp priset på gas med ultrahögt tryck, ökar ny halvledardesign och tillverkningsmetoder nivån på föroreningskontroll som behövs. För halvledartillverkare är det viktigare än någonsin att kunna säkerställa renheten hos UHP-gas.

Gaser med ultrahög renhet (UHP) är absolut kritiska i modern halvledartillverkning

En av huvudapplikationerna för UHP-gas är inertisering: UHP-gas används för att tillhandahålla en skyddande atmosfär runt halvledarkomponenter, och därigenom skydda dem från de skadliga effekterna av fukt, syre och andra föroreningar i atmosfären. Inertisering är dock bara en av många olika funktioner som gaser utför i halvledarindustrin. Från primära plasmagaser till reaktiva gaser som används vid etsning och glödgning, ultrahögtrycksgaser används för många olika ändamål och är väsentliga i hela halvledarförsörjningskedjan.

Några av "kärngaserna" i halvledarindustrin inkluderarkväve(används som allmän rengöring och inert gas),argon(används som den primära plasmagasen i etsnings- och avsättningsreaktioner),helium(används som en inert gas med speciella värmeöverföringsegenskaper) ochväte(spelar flera roller vid glödgning, avsättning, epitaxi och plasmarening).

I takt med att halvledartekniken har utvecklats och förändrats har även gaserna som används i tillverkningsprocessen gjort det. Idag använder halvledartillverkningsanläggningar ett brett utbud av gaser, från ädelgaser som t.ex.kryptonochneontill reaktiva ämnen såsom kvävetrifluorid (NF3) och volframhexafluorid (WF6).

Ökande efterfrågan på renhet

Sedan uppfinningen av det första kommersiella mikrochippet har världen sett en häpnadsväckande nästan exponentiell ökning av prestanda hos halvledarenheter. Under de senaste fem åren har ett av de säkraste sätten att uppnå denna typ av prestandaförbättring varit genom "storleksskalning": att reducera nyckeldimensioner hos befintliga chiparkitekturer för att pressa in fler transistorer i ett givet utrymme. Utöver detta har utvecklingen av nya chiparkitekturer och användningen av banbrytande material gett språng i enhetens prestanda.

Idag är de kritiska dimensionerna av banbrytande halvledare nu så små att storleksskalning inte längre är ett gångbart sätt att förbättra enhetens prestanda. Istället letar halvledarforskare efter lösningar i form av nya material och 3D-chiparkitekturer.

Årtionden av outtröttlig omdesign betyder att dagens halvledarenheter är mycket kraftfullare än gamla mikrochips - men de är också ömtåligare. Tillkomsten av 300 mm wafertillverkningsteknik har ökat nivån av föroreningskontroll som krävs för tillverkning av halvledarprodukter. Även den minsta förorening i en tillverkningsprocess (särskilt sällsynta eller inerta gaser) kan leda till katastrofala utrustningsfel – så gasrenheten är nu viktigare än någonsin.

För en typisk halvledarfabrik är gas med ultrahög renhet redan den största materialkostnaden efter kisel i sig. Dessa kostnader förväntas bara öka när efterfrågan på halvledare stiger till nya höjder. Händelser i Europa har orsakat ytterligare störningar på den spända naturgasmarknaden med ultrahögt tryck. Ukraina är en av världens största exportörer av hög renhetneontecken; Rysslands invasion innebär att tillgången på ädelgasen begränsas. Detta ledde i sin tur till brist och högre priser på andra ädelgaser som t.exkryptonochxenon.