Planta de fabricação de semicondutores - Semiconductor fabrication plant

Globalfoundries Fab 1 em Dresden, Alemanha. As grandes praças abrigam grandes salas limpas.
Imagem externa
ícone de imagem Foto do interior de uma sala limpa de uma fábrica de 300 mm administrada pela TSMC

Na indústria de microeletrônica , uma planta de fabricação de semicondutores (comumente chamada de fab ; às vezes, fundição ) é uma fábrica onde dispositivos como circuitos integrados são fabricados .

Uma empresa que opera com o objetivo de fabricar os projetos de outras empresas, como empresas de semicondutores sem fábrica, é conhecida como fábrica de semicondutores ou fundição. Se uma fundição não produz seus próprios projetos, ela é conhecida como fundição de semicondutor puro . Quando uma fundição produz seus próprios projetos, ela é conhecida como fabricante de dispositivos integrados (IDM).

Fabs requerem muitos dispositivos caros para funcionar. As estimativas colocam o custo de construção de uma nova fábrica em mais de um bilhão de dólares americanos, com valores tão altos quanto $ 3-4 bilhões não sendo incomuns. A TSMC investiu US $ 9,3 bilhões em sua fábrica de wafer Fab15 de 300 mm em Taiwan. As mesmas estimativas da empresa sugerem que sua fábrica futura pode custar US $ 20 bilhões.

A parte central de uma fábrica é a sala limpa , uma área onde o ambiente é controlado para eliminar toda a poeira, já que mesmo uma única partícula pode arruinar um microcircuito, que possui características em nanoescala muito menores que as partículas de poeira. A sala limpa também deve ser protegida contra vibrações para permitir o alinhamento das máquinas em escala nanométrica e deve ser mantida dentro de faixas estreitas de temperatura e umidade. O controle de vibração pode ser alcançado usando estacas profundas na fundação da sala limpa que ancoram a sala limpa à rocha, seleção cuidadosa do local de construção e / ou usando amortecedores de vibração. O controle da temperatura e da umidade é fundamental para minimizar a eletricidade estática . Fontes de descarga corona também podem ser usadas para reduzir a eletricidade estática. Freqüentemente, uma fábrica será construída da seguinte maneira: (de cima para baixo): o telhado, que pode conter equipamento de tratamento de ar que puxa, purifica e resfria o ar externo, um plenum de ar para distribuir o ar para vários ventiladores montados no chão unidades de filtro , que também fazem parte do teto da sala limpa, a própria sala limpa, que pode ou não ter mais de um andar, um duto de ar de retorno, a subfabela limpa que pode conter equipamentos de suporte para as máquinas na sala limpa, como entrega de produtos químicos , sistemas de purificação, reciclagem e destruição, e o andar térreo, que pode conter equipamentos elétricos. Fabs também costumam ter algum espaço de escritório.

A sala limpa é onde ocorre toda a fabricação e contém as máquinas para a produção de circuitos integrados, como steppers e / ou scanners para fotolitografia , além de máquinas de decapagem , limpeza, dopagem e corte em dados . Todos esses dispositivos são extremamente precisos e, portanto, extremamente caros. Os preços dos equipamentos mais comuns para o processamento de wafers de 300 mm variam de $ 700.000 a mais de $ 4.000.000 cada, com alguns equipamentos chegando a $ 130.000.000 cada (por exemplo, scanners EUV). Uma fábrica típica terá várias centenas de itens de equipamento.

História

Normalmente, um avanço na tecnologia de fabricação de chips requer a construção de uma fábrica completamente nova. No passado, o equipamento para equipar uma fábrica não era muito caro e havia um grande número de fábricas menores produzindo chips em pequenas quantidades. No entanto, o custo do equipamento mais atualizado desde então cresceu a tal ponto que uma nova fábrica pode custar vários bilhões de dólares.

Outro efeito colateral do custo é o desafio de fazer uso de fábricas mais antigas. Para muitas empresas, essas fábricas mais antigas são úteis para a produção de projetos para mercados exclusivos, como processadores integrados , memória flash e microcontroladores . No entanto, para empresas com linhas de produtos mais limitadas, geralmente é melhor alugar a fábrica ou fechá-la totalmente. Isso se deve à tendência do custo de atualização de uma fábrica existente para produzir dispositivos que requerem tecnologia mais recente para exceder o custo de uma fábrica completamente nova.

Tem havido uma tendência de produzir wafers cada vez maiores , de modo que cada etapa do processo é executada em mais e mais chips ao mesmo tempo. O objetivo é distribuir os custos de produção (produtos químicos, tempo de fabricação) por um número maior de chips vendáveis. É impossível (ou pelo menos impraticável) adaptar máquinas para lidar com wafers maiores. Isso não quer dizer que as fundições que usam wafers menores sejam necessariamente obsoletas; fundições mais antigas podem ser mais baratas de operar, têm rendimentos mais altos para cavacos simples e ainda são produtivas.

A indústria pretendia passar do tamanho de wafer de última geração 300 mm (12 pol.) Para 450 mm até 2018. Em março de 2014, a Intel esperava uma implantação de 450 mm até 2020. Mas em 2016, os esforços de pesquisa conjunta correspondentes foram parou.

Além disso, há um grande esforço para automatizar completamente a produção de chips semicondutores do início ao fim. Isso é freqüentemente referido como o conceito de " fábrica com luz apagada ".

A International Sematech Manufacturing Initiative (ISMI), uma extensão do consórcio americano SEMATECH , está patrocinando a iniciativa "300 mm Prime". Um objetivo importante desta iniciativa é permitir que as fábricas produzam maiores quantidades de chips menores como uma resposta aos ciclos de vida mais curtos vistos em produtos eletrônicos de consumo. A lógica é que essa fábrica pode produzir lotes menores com mais facilidade e pode alternar com eficiência sua produção para fornecer chips para uma variedade de novos dispositivos eletrônicos. Outro objetivo importante é reduzir o tempo de espera entre as etapas de processamento.

Veja também

Notas

Referências

  • Handbook of Semiconductor Manufacturing Technology, segunda edição de Robert Doering e Yoshio Nishi (capa dura - 9 de julho de 2007)
  • Tecnologia de fabricação de semicondutores por Michael Quirk e Julian Serda (brochura - 19 de novembro de 2000)
  • Fundamentals of Semiconductor Manufacturing and Process Control, de Gary S. May e Costas J. Spanos (capa dura - 22 de maio de 2006)
  • The Essential Guide to Semiconductors (Essential Guide Series), de Jim Turley (brochura - 29 de dezembro de 2002)
  • Semiconductor Manufacturing Handbook (McGraw – Hill Handbooks) por Hwaiyu Geng (capa dura - 27 de abril de 2005)

Leitura adicional

links externos