En la microelectrónica industria, una planta de fabricación de semiconductores (comúnmente llamado un Fab , a veces de fundición ) es una fábrica donde los dispositivos tales como se fabrican los circuitos integrados . [1]
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Foto del interior de una sala limpia de una fábrica de 300 mm dirigida por TSMC |
Una empresa que opera con el propósito de fabricar los diseños de otras empresas, como las empresas de semiconductores sin fábrica, se conoce como fábrica de semiconductores o fundición. Si una fundición no produce también sus propios diseños, se la conoce como fundición de semiconductores de juego puro . [2] Cuando una fundición produce sus propios diseños, se la conoce como fabricante de dispositivos integrados (IDM).
Las fábricas requieren muchos dispositivos costosos para funcionar. Las estimaciones sitúan el costo de construir una nueva fábrica en más de mil millones de dólares estadounidenses con valores tan altos como $ 3 a 4 mil millones no son infrecuentes. TSMC invirtió 9.300 millones de dólares en su planta de fabricación de obleas Fab15 de 300 mm en Taiwán. [3] Las mismas estimaciones de la compañía sugieren que su futura fábrica podría costar $ 20 mil millones. [4]
La parte central de una fábrica es la sala limpia , un área donde se controla el ambiente para eliminar todo el polvo, ya que incluso una sola mota puede arruinar un microcircuito, que tiene características a nanoescala mucho más pequeñas que el polvo. La sala limpia también debe estar amortiguada contra vibraciones, para permitir la alineación de las máquinas a escala nanométrica, y debe mantenerse dentro de bandas estrechas de temperatura y humedad. El control de la vibración se puede lograr mediante el uso de pilotes profundos en los cimientos de la sala limpia que anclan la sala limpia al lecho de roca, una selección cuidadosa del sitio de construcción y / o el uso de amortiguadores de vibraciones. Controlar la temperatura y la humedad es fundamental para minimizar la electricidad estática. Las fuentes de descarga de corona también se pueden utilizar para reducir la electricidad estática. A menudo, una fábrica se construirá de la siguiente manera: (de arriba a abajo): el techo, que puede contener equipo de manejo de aire que extrae, purifica y enfría el aire exterior, una cámara de aire para distribuir el aire a varios ventiladores montados en el piso unidades de filtrado , que también forman parte del techo de la sala limpia, la sala limpia en sí, que puede tener o no más de un piso, [5] una cámara de aire de retorno, la subfabricación limpia que puede contener equipo de apoyo para las máquinas en la sala limpia, tales como los sistemas de entrega, depuración, reciclaje y destrucción de productos químicos, y la planta baja, que puede contener equipos eléctricos. Las fábricas también suelen tener algo de espacio para oficinas.
La sala limpia es donde se lleva a cabo toda la fabricación y contiene la maquinaria para la producción de circuitos integrados, como steppers y / o escáneres para fotolitografía , además de máquinas de grabado , limpieza, dopaje y cubos . Todos estos dispositivos son extremadamente precisos y, por lo tanto, extremadamente costosos. Los precios de los equipos más comunes para el procesamiento de obleas de 300 mm oscilan entre $ 700 000 y más de $ 4 000 000 cada uno, con algunos equipos que llegan hasta $ 130 000 000 cada uno (por ejemplo, escáneres EUV). Una fábrica típica tendrá varios cientos de equipos.
Historia
Normalmente, un avance en la tecnología de fabricación de chips requiere la construcción de una fábrica completamente nueva. En el pasado, el equipo para equipar una fábrica no era muy caro y había una gran cantidad de fábricas más pequeñas que producían chips en pequeñas cantidades. Sin embargo, el costo del equipo más actualizado ha crecido desde entonces hasta el punto en que una nueva fábrica puede costar varios miles de millones de dólares.
Otro efecto secundario del costo ha sido el desafío de hacer uso de fábricas más antiguas. Para muchas empresas, estas fábricas antiguas son útiles para producir diseños para mercados únicos, como procesadores integrados , memoria flash y microcontroladores . Sin embargo, para las empresas con líneas de productos más limitadas, a menudo es mejor alquilar la fábrica o cerrarla por completo. Esto se debe a la tendencia del costo de actualizar una fábrica existente para producir dispositivos que requieran tecnología más nueva para superar el costo de una fábrica completamente nueva.
Ha habido una tendencia a producir obleas cada vez más grandes , por lo que cada paso del proceso se realiza en más y más chips a la vez. El objetivo es distribuir los costos de producción (productos químicos, tiempo de fabricación) entre una mayor cantidad de chips vendibles. Es imposible (o al menos impracticable) modernizar la maquinaria para manipular obleas más grandes. Esto no quiere decir que las fundiciones que utilizan obleas más pequeñas sean necesariamente obsoletas; Las fundiciones más antiguas pueden ser más baratas de operar, tener mayores rendimientos para chips simples y seguir siendo productivas.
La industria tenía como objetivo pasar del tamaño de oblea de última generación de 300 mm (12 pulgadas) a 450 mm para 2018. [6] En marzo de 2014, Intel esperaba un despliegue de 450 mm para 2020. [7] Pero en 2016 , se detuvieron los correspondientes esfuerzos de investigación conjunta. [8]
Además, existe un gran impulso para automatizar completamente la producción de chips semiconductores de principio a fin. Esto a menudo se conoce como el concepto " fabuloso de luces apagadas ".
La International Sematech Manufacturing Initiative (ISMI), una extensión del consorcio estadounidense SEMATECH , patrocina la iniciativa "300 mm Prime". Un objetivo importante de esta iniciativa es permitir que las fábricas produzcan mayores cantidades de chips más pequeños como respuesta a los ciclos de vida más cortos observados en la electrónica de consumo. La lógica es que una fábrica de este tipo puede producir lotes más pequeños con mayor facilidad y puede cambiar de manera eficiente su producción para suministrar chips para una variedad de nuevos dispositivos electrónicos. Otro objetivo importante es reducir el tiempo de espera entre los pasos de procesamiento. [9] [10]
Ver también
- Modelo de fundición para los aspectos comerciales de las fundiciones y empresas sin fábrica.
- Ley de Klaiber
- Lista de plantas de fabricación de semiconductores
- Ley de rock
- Consolidación de semiconductores
- Fabricación de dispositivos semiconductores para el proceso de fabricación de dispositivos.
Notas
- ^ Marrón, Clair; Linden, Greg (2011). Fichas y cambio: cómo la crisis reconfigura la industria de los semiconductores (1ª ed.). Cambridge, Mass .: MIT Press. ISBN 9780262516822.
- ^ Mutschler, Ann Steffora (2008). "Las fundiciones Pure-Play comprenden el 84% del mercado, dice IC Insights". Noticias de electrónica . Australia: Reed Business Information Pty Ltd, una división de Reed Elsevier Inc.
- ^ Comienza la construcción de Gigafab en el centro de Taiwán. Archivado el 29 de enero de 2012 en Wayback Machine , emitido por TSMC, 16 de julio de 2010.
- ^ "TSMC dice que la planta de 3 nm podría costar más de $ 20 mil millones - TheINQUIRER" . theinquirer.net . Archivado desde el original el 12 de octubre de 2017 . Consultado el 26 de abril de 2018 .
- ^ http://www.synustech.com/chn/sub_2_3.php
- ^ Informe 2011 Archivado el 10 de julio de 2012 en Wayback Machine - Hoja de ruta tecnológica internacional para semiconductores
- ^ "Intel dice que 450 mm se desplegarán más adelante en la década" . 2014-03-18. Archivado desde el original el 13 de mayo de 2014 . Consultado el 31 de mayo de 2014 .
- ^ McGrath, Dylan. "Con 450 mm sobre hielo, hombros de 300 mm carga más pesada" . Consultado el 3 de enero de 2021 .
- ^ Los fabricantes de chips vigilan su desperdicio
- ^ Comunicado de prensa de ISMI
Referencias
- Manual de tecnología de fabricación de semiconductores, segunda edición de Robert Doering y Yoshio Nishi (tapa dura, 9 de julio de 2007)
- Tecnología de fabricación de semiconductores por Michael Quirk y Julian Serda (tapa blanda - 19 de noviembre de 2000)
- Fundamentos de la fabricación de semiconductores y el control de procesos por Gary S. May y Costas J. Spanos (tapa dura - 22 de mayo de 2006)
- The Essential Guide to Semiconductors (Essential Guide Series) por Jim Turley (tapa blanda - 29 de diciembre de 2002)
- Manual de fabricación de semiconductores ( manuales de McGraw-Hill) por Hwaiyu Geng (tapa dura - 27 de abril de 2005)
Otras lecturas
- "Los fabricantes de chips vigilan sus residuos", The Wall Street Journal , 19 de julio de 2007, p.B3
enlaces externos
- Comunicado de prensa de ISMI