Neon- und Wassermangel: Kein Ende der Chipknappheit?

Krieg, Trockenheit, Pandemie: Die Chipproduktion ist komplex und immer neue Anfälligkeiten werden bekannt. Die Knappheit könnte andauern.

Artikel veröffentlicht am 14. März 2022, 12:30 Uhr, Johannes Hiltscher

Braucht seltenes Neon: ein Helium-Neon-Laser (Bild: Wikimedia Commons/CC-BY 4.0)

Die Chipknappheit zeigt immer wieder, wie komplex und damit anfällig die Produktion von Halbleitern ist. Dutzende Chemikalien sind erforderlich und der Ausfall einer einzigen Lieferkette kann die Produktion lahmlegen. Ein weiterer, wenig bekannter Aspekt ist der immense Wasserbedarf der Halbleiterproduktion.

Aktuell rückt eine Dürre in Taiwan diesen in den Fokus. So werden bei der Produktion eines 200-mm-Wafers bis zu 5.600 Liter hochreinen Wassers benötigt. Um dieses zu gewinnen, sind fast 9.000 Liter Trinkwasser erforderlich. Nach fast jedem Prozessschritt muss der Wafer gewaschen werden - daher der hohe Bedarf. Die steigende Anzahl an Schichten und somit Prozessschritten sowie höhere Reinheitsanforderungen aufgrund geringerer Strukturbreiten erhöhen den Bedarf weiter.

Aus diesen Gründen verfehlte beispielsweise TSMC sein Ziel, bis 2020 den Wasserbedarf um 27 Prozent zu senken. Die Fabriken konkurrieren dabei mit Bevölkerung und Landwirtschaft. Auch wenn die Bemühungen zur Wiederverwendung des Wassers steigen: Eine vollständige Aufbereitung ist nie möglich. Zum Problem wird dies auch bei Fabs in trockenen Regionen - in den USA baut TSMC aktuell ein Werk in Arizona. Auch erhöht der steigende Aufwand den Preis der Halbleiter.

Neon wird zum Problem

Auch der Krieg in der Ukraine rückt eine Chemikalie in den Fokus: Neon vermutet wohl kaum jemand in der Halbleiterproduktion. Das Edelgas erzeugt aber zusammen mit Helium die Laserstrahlen für die Belichtung. Wie Reuters berichtet, produzieren zwei Firmen, Cryoin und Ingas, in der Ukraine etwa die Hälfte des in der Halbleiterindustrie eingesetzten Neons. Beide befinden sich im Südosten des Landes und haben die Produktion aufgrund der Kampfhandlungen eingestellt.

Zwar teilte ASML mit, nur 20 Prozent des benötigten Neons von dort zu beziehen. Die sinkende Verfügbarkeit treibt allerdings die Preise in die Höhe. Für Neon aus chinesischer Produktion stieg der Preis beispielsweise seit Dezember 2021 auf das Vierfache, zudem könnte der Export beschränkt werden. Durch Sanktionen könnte das Edelgas längerfristig schwer verfügbar sein. Cryoin und Ingas gewinnen es als Nebenprodukt der Stahlproduktion. Selbst wenn der Krieg gegen die Ukraine bald endet, ist unsicher ob die Firmen ihr Rohmaterial beziehen können. Sollten sie nach Ende der Kampfhandlungen unter russischer Kontrolle sein, könnten sie das Endprodukt gegebenenfalls nicht mehr exportieren.

Die Anfälligkeit komplexer Systeme

Die letzten Jahre haben verdeutlicht, wie komplex die Produktion von Halbleitern sowie deren Weiterverarbeitung ist. Lockdowns, politische Spannungen oder fehlende Polymerfilme zeigen, wie schnell Probleme auftreten können. Es ist somit denkbar, dass es auf Jahre immer neue Probleme bei der Chipproduktion und -verarbeitung geben wird.