Wafer-Fertigungsprozess abgekündigt? Langzeitkonservierung als Schlüssel in der Wafer Supply Chain

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Der technologische Wandel zwingt Unternehmen, auf die Abkündigung von Wafer-Fertigungsprozessen mit effektiven Langzeitlagerstrategien zu reagieren. Eine durchdachte Lagerung sichert die Verfügbarkeit kritischer Bauteile und minimiert Risiken in der Lieferkette.

In der sich rasant entwickelnden Technologiewelt sind abrupte Produktabkündigungen und Obsoleszenz allgegenwärtige Herausforderungen, besonders in Branchen mit komplexen Prozessen wie der Halbleiterfertigung. Die Abwesenheit einer sekundären Bezugsquelle verschärft diese Problematik erheblich. Aufgrund technologischer Fortschritte und ökonomischer Faktoren sind solche Abkündigungen unvermeidlich.

Moderne Halbleiter-Fabriken, die mit 8-Zoll oder 12-Zoll Wafern arbeiten, sind deutlich leistungsfähiger und wirtschaftlicher. Es ist daher nicht überraschend, dass TSMC in Dresden eine Fertigungsstätte für 12-Zoll Wafer plant. Eine Zukunft für 6-Zoll-Wafer ist somit nicht absehbar. Auch etablierte Unternehmen in Europa müssen diesen technologischen Wandel mittragen, was zu einem unaufhaltsamen Bruch in der Technologie führt. Die Implementierung neuer Produktionsanlagen ist wirtschaftlich nur für High-Runner realisierbar. Dies wirft die Frage auf: Wie viele Wafer benötige ich noch für meine Produktion und wie sollten diese gelagert werden?

Prozessplanung und Kundenprognosen

Die Beantwortung des Bedarfs an Wafers lässt sich nur durch sorgfältige Prozessplanung und Kundenprognosen unter Berücksichtigung der Ausbeute bei Funktionstests klären. Dabei ist es essenziell, Schwankungen in der Ausbeute zu berücksichtigen, da eine Nachproduktion nach der Einstellung der Fertigung nicht möglich ist. Daher ist es ratsam, lieber einen leichten Überschuss zu beschaffen, um Engpässe durch zu knappe Kalkulation zu vermeiden.

Elektrische Tests der Wafer müssen ebenfalls bedacht werden, da ähnlich wie Produktionsprozesse in Fabriken, auch die Tester in Testhäusern nicht unbegrenzt verfügbar sind und früher oder später abgekündigt werden. Es empfiehlt sich daher, frühzeitig Kontakt mit Testdienstleistern aufzunehmen, um zu klären, ob die gelagerten Wafer über den Lagerzeitraum noch getestet werden können oder ob die Tests vor der Einlagerung durchgeführt werden müssen.

Lagermethoden und Risikomanagement

Die Wahl der richtigen Lagermethode ist entscheidend und kann, falls falsch gewählt, das Unternehmen gefährden. Es ist unerlässlich, dass die Wafer nach der Lagerdauer verarbeitbar und voll funktionsfähig und zuverlässig sind. Die Lagerung sollte in einem gesicherten Gebäude erfolgen, das mit adäquaten Sicherheitsmaßnahmen wie Zugangskontrollen, Sicherheitsglas, Alarmsystemen, Überwachungskameras und einer Wachdienst-Aufschaltung ausgestattet ist. Ein hohes Risiko in der Lagerlogistik stellt der Ausbruch von Bränden dar, daher sollte die Lagerung ausschließlich in einer VdS-zertifizierten Brandschutzatmosphäre stattfinden, die durch Sauerstoffreduktion das Entstehen oder die Ausbreitung von Feuern verhindert. Weiterhin ist die Wahl des Standorts von Bedeutung, wenn es um den Schutz vor bzw. die Eintrittswahrscheinlichkeit von Naturkatastrophen wie Hochwasser geht.

Spezifische Lageranforderungen

Die Anforderungen an die Lagerung von Halbleiterwafern sind außerordentlich hoch, da die Gründe für potenzielle Schäden vielfältig sind und häufig auf Diffusionsprozesse zurückzuführen sind, die unbedingt verhindert werden müssen. Dies ist insbesondere aufgrund folgender Faktoren von Bedeutung:

• Mooresches Gesetz: Die Integrationsdichte auf Halbleiterchips steigt kontinuierlich mit Billionen von Transistoren pro Quadratzentimeter.

• Verkleinerung der Abstände: Die Abstände zwischen den Funktionsblöcken auf den Chips schrumpfen stetig.

• Atomare und elektronische Skalierung: Nur wenige Atome und Elektronen repräsentieren die grundlegenden Funktionen wie Transistoren, was die Chips anfällig für Störungen durch geringe Veränderungen im Kristallgitter macht.

• Interne Diffusion: Sowohl auf Chip- als auch auf Pad-Level sind Halbleiter anfällig für interne Diffusionsprozesse.

• Veränderung der Raumladungszonen: Die Raumladungszonen der Halbleiter verkleinern sich, was zu einer Erhöhung des Leckstroms der Schaltkreise führt.

Um diesen Risiken effektiv zu begegnen, muss die Lagerung von Wafern sorgfältig gestaltet werden, um folgende Maßnahmen zu berücksichtigen:

• Temperaturreduktion: Die Reduktion der Temperatur ist entscheidend, um Alterungsprozesse, die durch Diffusion verursacht werden, zu minimieren.

• Absorption schädlicher Substanzen: Es ist notwendig, schädliche Substanzen, die beispielsweise aus Verpackungsmaterialien stammen können, zu absorbieren.

• Begasung und Schutzgasatmosphäre: Die Herstellung einer oxidationsverhindernden Schutzgasatmosphäre durch Begasung ist essenziell, um die Integrität der Wafer über längere Zeiträume zu gewährleisten.

Die Kombination dieser spezialisierten Verfahrensschritte und nicht lediglich eine einfache Stickstofflagerung (N2-Lagerung) ermöglicht eine sichere Lagerung von Wafern für Zeiträume weit über ein bis zwei Jahre hinaus. Angesichts der hohen Werte der gelagerten Waren und der potenziellen Folgekosten wie Gewinnausfall, Vertragsstrafen und Reputationsverlust ist es unerlässlich, bei der Lagerung keine Kompromisse einzugehen.

ALTER | HTV präsentiert mit dem TAB-Plus-Verfahren eine herausragende Lösung, um empfindliche Waren über längere Zeiträume in einem unveränderten, neuwertigen Zustand zu bewahren. Dieses Verfahren umfasst nicht nur Maßnahmen wie Temperaturreduktion, Absorption und Begasung, sondern gewährleistet auch die Sicherung der Ware in einem Hochsicherheitsgebäude, das mit einer VdS-zertifizierten Brandschutzatmosphäre ausgestattet und an einem Standort mit geringen Risiken für Naturkatastrophen lokalisiert ist. Dadurch werden sämtliche relevanten Risiken, die bei der Langzeitlagerung von Wafern auftreten können, effektiv adressiert. (mbf)

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* Gunter Mößinger ist Head of Research and Development bei der HTV Conservation GmbH.

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