Nachdem Hurrikan Helene am Abend des 26. September in Florida auf Land traf, richtete er in den zehn betroffenen Bundesstaaten schwere Verwüstungen an. Laut US-Behörden ist dies nach Katrina der zweittödlichste Sturm in den USA seit 50 Jahren.

Helene erzwang außerdem die Schließung zweier Minen in Spruce Pine, North Carolina, die SCR-Sibelco und Quartz gehören und etwa vier Fünftel des weltweit hochwertigsten Quarzes produzieren. Quarz ist ein wichtiger Bestandteil in der Halbleiterfertigung.

Die Chiphersteller Ostasiens bemühen sich fieberhaft, die Auswirkungen der Schließung der Spruce Pine Mine abzuschätzen, was verdeutlicht, wie selbst kleine Bereiche der heutigen globalisierten Lieferketten versteckte Schwachstellen bergen können.

Quarz in der Halbleiterfertigung

Quarz wird bei der Herstellung von Halbleitern und Solarzellen verwendet. Er dient zur Fertigung von Tiegeln, in denen Silizium erhitzt, geschmolzen und in eine einkristalline Struktur umgewandelt wird, wodurch Halbleiter entstehen. Dieses Verfahren wird als Czochralski-Verfahren bezeichnet, benannt nach dem polnischen Wissenschaftler , der die Struktur vor über einem Jahrhundert zufällig entdeckte, als er statt Tinte einen Stift in einen geschmolzenen Siliziumtiegel tauchte.

Jegliche Verunreinigungen im Tiegel können unerwünschte Defekte im Silizium verursachen, die die Leiterbahnen beeinträchtigen und das Risiko fehlerhafter Chips erhöhen. Deshalb trägt Quarz, der bei hohen Temperaturen stabil ist und nur geringfügig mit anderen Materialien reagiert, zur Sicherung der Siliziumqualität bei.

Warum ist Quarz aus North Carolina so besonders?

Quarz aus den Spruce-Pine-Minen zählt zu den reinsten der Welt, vermutlich weil er sich laut Sibelco vor Hunderten von Millionen Jahren unter wasserarmen Bedingungen bildete. Durch den Wassermangel gelangten bei der Mineralbildung weniger Verunreinigungen in das Gestein.

Laut dem Journalisten Ed Conway, Autor des Buches „Material World“, gewährleistet die außergewöhnliche Reinheit des Fichten-Kiefern-Quarzes, dass das daraus gewonnene Silizium fehlerfrei ist, was es zu einem unverzichtbaren Bestandteil der globalen Halbleiter-Lieferkette macht.

Wie wirken sich Minenschließungen auf die Chipindustrie aus?

Das Ausmaß der Auswirkungen hängt davon ab, wie lange es dauert, sowohl die Minen als auch die Transportwege zur Außenwelt wieder zu öffnen.

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Schäden durch Hurrikan Helene in der Nähe der Stadt Spruce Pine, die einen Großteil des in der Halbleiterfertigung verwendeten hochreinen Quarzes liefert. Foto: Barbara A. Stagg

Die Chiphersteller Samsung Electronics, Infineon Technologies, SK Hynix und TSMC gaben an, dass ihre Geschäftstätigkeit derzeit nicht wesentlich beeinträchtigt sei. Die Siliziumwafer-Hersteller Shin-Etsu Chemical, Sumco und GlobalWafers sind hingegen direkter betroffen.

Einige Unternehmen verfügen über große Lagerbestände, aber wenn die Situation bei Spruce Pine anhält, könnten sie versuchen, ihre Quarzversorgung zu diversifizieren, was den Konkurrenten von Sibelco und Quartz zugutekommen würde, so das Marktforschungsunternehmen SemiAnalysis.

Wie die umliegenden Gebiete kämpft auch Spruce Pine mit Infrastrukturschäden, darunter Überschwemmungen, Stromausfälle, Straßensperrungen und Kommunikationsstörungen. SCR-Sibelco und Quartz bemühen sich, alle Mitarbeiter vor Ort zu erreichen, von denen viele evakuiert wurden oder ihr Zuhause verloren haben.

Experten für Lieferketten gehen davon aus, dass es Wochen dauern könnte, bis die Minen wieder in Betrieb gehen, was bedeutet, dass es wahrscheinlich zu Engpässen bei Chips und Preiserhöhungen kommen wird, da die Giganten des Silicon Valley Milliarden in KI-Chips investieren.

Die großen Chiphersteller wurden während der Covid-19-Pandemie auf die Gefahren von Lieferkettenengpässen aufmerksam, da Arbeitskräftemangel und Fehleinschätzungen der Nachfrage zu einem Chipmangel geführt haben. Einige Komponentenlieferanten bemühen sich fieberhaft, ihre Produktion zu steigern, um die stark gestiegene Nachfrage nach bestimmten Chips, insbesondere KI-Chips, zu decken.

Alternativen zu Fichte, Kiefer und Quarz?

Fichten- und Kiefernquarz kann zwar durch synthetischen oder natürlichen Quarz von Lieferanten aus Indien und China ersetzt werden, diese erfüllen jedoch nicht die kritischen Reinheitsstandards des Tiegels, so die BloombergNEF-Analystin Jenny Chase.

Dies kann die Effizienz der Waferproduktion verringern, da der Tiegel häufiger ausgetauscht werden muss, was zu höheren Kosten und steigenden Produktpreisen führt.

Aktuell ist hochreiner Quarz nur ein kleiner Bestandteil der Chipherstellung, daher ist der Anstieg der Produktionskosten nicht groß genug, um die Produktion kurzfristig zu gefährden oder zu unterbrechen.

(Laut Bloomberg und CNN)