La fabricación de semiconductores depende de manera crítica del helio
Los productos semiconductores sofisticados pueden tener más de mil millones de transistores grabados en un chip de silicio del tamaño de una uña. Lograr esta complejidad requiere múltiples pasos dentro de la línea de fabricación para controlar con precisión los procesos a nivel atómico, en obleas que pueden alcanzar los 30 centímetros de diámetro.
Muchos productos químicos y gases son fundamentales para el proceso de fabricación de semiconductores. El helio es uno de ellos debido a sus propiedades criogénicas, su excepcional conductividad térmica, su inercia química, su pequeño tamaño y su alta difusividad, sin que existan sustitutos directos. Se utiliza a lo largo de toda la línea de fabricación y es esencial para el funcionamiento de las instalaciones de fabricación. Según las previsiones de IDTechEx en su informe «Helio para semiconductores y más allá 2025-2035: mercado, tendencias y previsiones», la demanda de helio para la fabricación de semiconductores se multiplicará por más de cinco de aquí a 2035.
Por ejemplo, dentro de la línea de fabricación, el helio es esencial como gas portador para los procesos de deposición, como diluyente en el grabado por plasma, así como para la refrigeración de obleas con el fin de minimizar la deformación bajo estrés térmico. Es esencial para la litografía de ultravioleta extremo (EUV) en la fabricación de chips de menos de 5 nm, crítica para las aplicaciones de IA, para refrigerar obleas y herramientas. Por otra parte, durante las operaciones de fábrica, también es un gas que se utiliza en pruebas de fugas y de seguridad de tuberías y equipos, así como para crear una atmósfera ultralimpia en los procesos de fabricación.
¿Por qué es tan importante Catar en el comercio del helio?
A nivel mundial, las reservas conocidas de helio se encuentran principalmente en Catar, EE. UU., Argelia, Rusia, Canadá y China, siendo Catar el país con mayores reservas (>10 000 millones de m³). Qatar es uno de los principales proveedores junto con EE. UU. y Rusia, siendo el segundo mayor productor y suministrando más de un tercio del helio mundial.
La forma en que se produce el helio también es importante, ya que generalmente se obtiene como subproducto del procesamiento del gas natural, donde el helio está presente en cantidades muy pequeñas (normalmente entre el 0,3 % y el 0,5 %, dependiendo de la reserva). Separar el helio del gas natural requiere una serie de procesos, como la separación criogénica para la separación de nitrógeno y helio, la adsorción por membrana y por oscilación de presión (PSA), y una posterior licuefacción criogénica para su transporte. Todo esto requiere una gran inversión de capital, por lo que solo tiene sentido producir helio si las instalaciones procesan enormes cantidades de gas natural. Por ello, la planta de Ras Laffan, en Catar, es tan importante debido a su escala de operación.
Qatar y Rusia también son actores importantes porque ambos se han centrado en ampliar la producción de helio y, dado que la planta de Ras Laffan en Qatar se ha visto afectada y ha cerrado, esto ya está teniendo un impacto en los precios y el suministro de helio. Incluso si las instalaciones se reinician ahora (aunque sea parcialmente), habrá un retraso, cuyas implicaciones se dejarán sentir en toda la cadena de valor.
¿Qué significa esto para la industria de los semiconductores?
En primer lugar, en circunstancias normales, el helio es un gas que se escapa con mucha facilidad, con fugas de los contenedores de almacenamiento de helio a un ritmo de aproximadamente el 1 % al día según los expertos del sector, por lo que es muy difícil almacenarlo y disponer de un inventario sustancial. De hecho, se utiliza para pruebas de fugas con ese fin. Esto significa que las fábricas de semiconductores dependen de un suministro estable. Las interrupciones en el suministro pueden ralentizar la producción, y los retrasos significativos pueden provocar el cierre de las instalaciones en casos extremos.
Las fábricas como TSMC suelen tener unos meses de existencias y utilizan sistemas de reciclaje de helio, pero que las fábricas puedan capear esta tormenta dependerá totalmente de cuánto duren las interrupciones. Si se prolonga durante varios meses, esto tendrá implicaciones enormes para la industria de los semiconductores, especialmente con la creciente demanda de chips cada vez más sofisticados para IA y HPC que requieren nodos por debajo de los 5 nm.
Además, también es importante fijarse en las regiones donde se encuentran los gigantes de la fabricación de semiconductores. Los países que han diversificado su abastecimiento de helio también se encuentran en una posición más sólida. Por ejemplo, según se informa, Taiwán obtiene aproximadamente dos tercios de su helio de Catar y Estados Unidos, y el resto de otras fuentes. Por otro lado, según se informa, Corea del Sur obtenía alrededor del 65 % de su helio de Catar en 2025, lo que deja a los fabricantes locales de semiconductores vulnerables a los retos de la cadena de suministro. Por ello, empresas como Samsung y SK Hynix habrían firmado acuerdos de suministro a largo plazo con empresas como Linde y Air Products, que obtienen una gran parte de su helio de Estados Unidos.
¿Existen formas alternativas de obtener helio?
Aunque el helio como subproducto del gas natural es el principal método de producción de helio, en países como Estados Unidos y Canadá existen zonas geológicas donde las reservas pueden presentar concentraciones de helio que oscilan entre el 0,3 % y el 10 %. Esto abre oportunidades para que empresas más pequeñas entren en el sector. IDTechEx informa de que los sistemas de separación de bajo coste de inversión, como las tecnologías de membrana y PSA, pueden utilizarse para mejorar y purificar el helio obtenido de estas fuentes, y que los actores adoptan sistemas PSA, de membrana o híbridos PSA + membrana en función del objetivo de separación. Con los conocimientos adquiridos a través de entrevistas con desarrolladores tecnológicos clave como Generon y UGS, el informe de IDTechEx ofrece un análisis de mercado exhaustivo de estas tecnologías, con comparativas de productos y casos prácticos.
Perspectivas de IDTechEx
Si estos retos persisten, es posible que veamos una mayor adopción de medidas de conservación o de reciclaje de helio en la fabricación de semiconductores. De hecho, un gran éxito ha sido el uso del helio en los escáneres de resonancia magnética (RM), donde los sistemas modernos de RM han experimentado mejoras tecnológicas y sistemas de circuito cerrado para recircular el helio y evitar así su recarga.
Dicho esto, salvo la crisis actual, se han producido cuatro escaseces pronunciadas de helio en los últimos veinte años aproximadamente, lo que ha afectado a la disponibilidad en el mercado y al precio del helio. Por ello, las industrias que dependen de manera crítica del helio suelen contar con medidas de contingencia, como fuentes de suministro diversificadas, para protegerse frente a interrupciones a corto plazo. Sin embargo, la capacidad de industrias como la fabricación de semiconductores para capear el temporal dependerá totalmente de la duración de las interrupciones. La persistente volatilidad del mercado puede llevar a las industrias a diversificar cada vez más sus cadenas de suministro de helio para no depender significativamente de un solo país, con un enfoque más equilibrado que incluya a Catar, Rusia y Estados Unidos.
Autor: Dr Shababa Selim, Senior Technology Analyst IDTechEx
