En la industria de la microelectrónica , una planta de fabricación de semiconductores (comúnmente llamada fábrica ; a veces fundición ) es una fábrica para la fabricación de dispositivos semiconductores . [1]
Las fábricas requieren muchos dispositivos costosos para funcionar. Las estimaciones sitúan el coste de construcción de una nueva fábrica en más de mil millones de dólares estadounidenses , aunque no son infrecuentes valores de entre 3 y 4 mil millones de dólares. TSMC invirtió 9.300 millones de dólares en su planta de fabricación de obleas Fab15 de 300 mm en Taiwán. [2] Las mismas estimaciones de la empresa sugieren que su futura fábrica podría costar 20 mil millones de dólares. [3] En la década de 1990 surgió un modelo de fundición : las fundiciones que producían sus propios diseños se conocían como fabricantes de dispositivos integrados (IDM). Las empresas que encomendaban la fabricación de sus diseños a fundiciones se denominaban empresas de semiconductores sin fábrica . A aquellas fundiciones, que no creaban sus propios diseños, se las denominaba fundiciones exclusivas de semiconductores . [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 las partículas de polvo. La sala limpia también debe estar amortiguada contra las 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 las vibraciones 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 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 tratamiento de aire que aspira, 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 subfábrica limpia que puede contener equipos de soporte para las máquinas en la sala limpia, como como sistemas de entrega, purificación, reciclaje y destrucción de químicos, y la planta baja, que pueden contener equipos eléctricos. Las fábricas también suelen tener 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 motores paso a paso y/o escáneres para fotolitografía , además de máquinas de grabado , limpieza, dopado y corte en cubitos . Todos estos dispositivos son extremadamente precisos y, por tanto, extremadamente caros. 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 de dólares cada uno, y algunos equipos llegan hasta 340.000.000 de dólares cada uno (por ejemplo, escáneres EUV ). Una fábrica típica tendrá varios cientos de equipos.
Normalmente, un avance en la tecnología de fabricación de chips requiere la construcción de una fábrica completamente nueva. En el pasado, el equipo necesario 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 coste del equipo más moderno ha aumentado desde entonces hasta el punto de que una nueva fábrica puede costar varios miles de millones de dólares.
Otro efecto secundario del costo ha sido el desafío de utilizar fábricas más antiguas. Para muchas empresas, estas fábricas más 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, suele ser 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 a exceder 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 comercializables. Es imposible (o al menos impracticable) adaptar la maquinaria para manipular obleas más grandes. [ cita necesaria ] 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 conjuntos de investigación. [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 de " fabuloso sin luces ".
La Iniciativa Internacional de Fabricación Sematech (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 que se observan 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 eficientemente su producción para suministrar chips para una variedad de nuevos dispositivos electrónicos. Otro objetivo importante es reducir el tiempo de espera entre los pasos del procesamiento. [9] [10]
{{cite web}}: Mantenimiento CS1: URL no apta ( enlace )