Planta de fabricación de semiconductores

En la industria de la microelectrónica , una planta de fabricación de semiconductores , también llamada fab o fundición , es una fábrica donde se fabrican circuitos integrados (CI). ^{[ 1 ]}

La sala limpia es donde se lleva a cabo toda la fabricación y contiene la maquinaria para la producción de circuitos integrados, como los steppers y/o escáneres para fotolitografía , grabado , limpieza y dopaje . ^{[ 2 ]}

Los precios de los equipos para el procesamiento de obleas de 300 mm superan los 4 millones de dólares cada uno, llegando algunos a alcanzar los 340 millones de dólares (por ejemplo, los escáneres EUV ). Una fábrica típica cuenta con varios cientos de equipos. La fabricación de semiconductores requiere numerosos dispositivos costosos. Se estima que el coste de construir una nueva fábrica supera los mil millones de dólares estadounidenses, y no es raro encontrar cifras que alcanzan las decenas de miles de millones de dólares. Por ejemplo, TSMC invirtió más de 45 mil millones de dólares en una nueva fábrica para su proceso de 2 nm. ^{[ 3 ]}

En la década de 1990 surgió un modelo de fundición : las empresas que poseían fábricas que producían sus propios diseños se conocían como fabricantes integrados de dispositivos (IDM). Las empresas que subcontrataban la fabricación de sus diseños se denominaban empresas de semiconductores sin fábrica propia . Aquellas fundiciones que no creaban sus propios diseños se denominaban fundiciones de semiconductores puras . ^{[ 4 ]}

En la sala limpia, el ambiente se controla para eliminar todo el polvo, ya que incluso una sola partícula puede dañar un microcircuito, cuyas características a nanoescala son mucho menores que las partículas de polvo. La sala limpia también debe amortiguarse contra las vibraciones para permitir la alineación a escala nanométrica de las máquinas de fotolitografía y debe mantenerse dentro de rangos estrechos de temperatura y humedad. El control de vibraciones se puede lograr mediante el uso de pilotes profundos en los cimientos de la sala limpia que la anclan a la roca madre, una cuidadosa selección del sitio de construcción o el uso de amortiguadores de vibraciones. El control de 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 construye de la siguiente manera (de arriba a abajo): el techo, que puede contener equipos de tratamiento de aire que aspiran, purifican y enfrían el aire exterior; un plenum de aire para distribuir el aire a varias unidades de filtro de ventilador montadas en el suelo , que también forman parte del techo de la sala limpia; la sala limpia propiamente dicha, que puede tener o no más de una planta; un plenum de retorno de aire; la subfábrica limpia, que puede contener equipos de apoyo para las máquinas de la sala limpia, como sistemas de suministro, purificación, reciclaje y destrucción de productos químicos; y la planta baja, que puede contener equipos eléctricos. Las fábricas también suelen tener espacio para oficinas. ^{[ 2 ]}

Por lo general, 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 costoso y existía una gran cantidad de fábricas pequeñas que producían chips en cantidades reducidas. Sin embargo, el costo del equipo más moderno ha aumentado considerablemente, hasta el punto de que una nueva fábrica puede costar varios miles de millones de dólares.

Otro efecto secundario del aumento de costes ha sido la dificultad para aprovechar las fábricas de semiconductores más antiguas. Para muchas empresas, estas fábricas resultan útiles para producir diseños destinados a mercados específicos, 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 definitivamente. Esto se debe a que el coste de modernizar una fábrica existente para producir dispositivos que requieren tecnología más reciente tiende a superar el coste de una fábrica completamente nueva.

Se ha observado una tendencia a producir obleas cada vez más grandes ; cada paso del proceso se realiza en un número creciente de chips simultáneamente. 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 poco práctico) adaptar la maquinaria para procesar obleas más grandes. Esto no significa que las fundiciones que utilizan obleas más pequeñas sean necesariamente obsoletas; las fundiciones más antiguas pueden ser más económicas de operar, tener mayores rendimientos para chips sencillos 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. ^{[ 5 ]} En marzo  de 2014, Intel esperaba  el despliegue de 450 mm para 2020. ^{[ 6 ]} Pero en 2016, se detuvieron los esfuerzos conjuntos de investigación correspondientes. ^{[ 7 ]}

Además, existe un fuerte impulso para automatizar por completo la producción de chips semiconductores de principio a fin. Esto se conoce comúnmente como el concepto de " fábrica sin intervención humana ".

• Modelo de fundición para los aspectos comerciales de las fundiciones y las empresas sin fábrica propia.
• Lista de plantas de fabricación de semiconductores
• Ley de Rock
• consolidación de semiconductores
• Fabricación de dispositivos semiconductores para el proceso de fabricación de dispositivos

• 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 (edición de bolsillo – 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)
• La guía esencial de semiconductores (Serie de guías esenciales) de Jim Turley (edición de bolsillo – 29 de diciembre de 2002)
• Manual de fabricación de semiconductores (Manuales de McGraw-Hill) por Hwaiyu Geng (tapa dura – 27 de abril de 2005)

• "Los fabricantes de chips controlan sus residuos", The Wall Street Journal , 19 de julio de 2007, pág. B3