Завод по производству полупроводников

Внешний образ
Внешний образ
	Фотография интерьера чистого помещения 300-миллиметрового завода компании TSMC.

В микроэлектронной промышленности завод по производству полупроводников (обычно называемый фабрикой ; иногда литейным заводом ) — это завод по изготовлению полупроводниковых приборов . ^[1]

Для работы фабрикам требуется множество дорогостоящих устройств. По оценкам, стоимость строительства нового завода составит более одного миллиарда долларов США , причем стоимость до 3–4 миллиардов долларов не является редкостью. TSMC инвестировала 9,3 миллиарда долларов в свой Fab15 на Тайване. диаметром 300 мм пластин завод по производству ^[2] По оценкам тех же компаний, их будущая фабрика может стоить 20 миллиардов долларов. ^[3] Модель литейного производства возникла в 1990-х годах: литейные предприятия, производившие собственные разработки, были известны как производители интегрированных устройств (IDM). Компании, которые передавали производство своих разработок литейным заводам, назывались полупроводниковыми компаниями без фабрик . Те литейные заводы, которые не создавали собственных разработок, назывались литейными заводами по производству полупроводников . ^[4]

Центральной частью фабрики является чистая комната , зона, где среда контролируется для устранения всей пыли, поскольку даже одна пылинка может испортить микросхему, которая имеет наноразмерные характеристики, намного меньшие, чем частицы пыли. Чистое помещение также должно быть демпфировано от вибрации, чтобы обеспечить выравнивание машин в нанометровом масштабе, и должно поддерживаться в узких диапазонах температуры и влажности. Контроль вибрации может быть достигнут путем использования глубоких свай в фундаменте чистого помещения, которые прикрепляют чистое помещение к скальной породе, тщательного выбора строительной площадки и/или использования виброгасителей. Контроль температуры и влажности имеет решающее значение для минимизации статического электричества . Источники коронного разряда также можно использовать для уменьшения статического электричества. Часто фабрика строится следующим образом (сверху вниз): крыша, на которой может находиться вентиляционное оборудование, которое всасывает, очищает и охлаждает наружный воздух, воздушная камера для распределения воздуха к нескольким установленным на полу вентиляторным фильтрам. единицы , которые также являются частью потолка чистого помещения, самого чистого помещения, которое может иметь или не иметь более одного этажа, ^[5] камера рециркуляционного воздуха, чистый модуль, который может содержать вспомогательное оборудование для машин в чистом помещении, такое как системы доставки химикатов, очистки, переработки и уничтожения, и первый этаж, который может содержать электрооборудование. Фабы также часто имеют офисные помещения.

В чистой комнате происходит все производство, и она содержит оборудование для производства интегральных схем, такое как шаговые двигатели и/или сканеры для фотолитографии , а также для травления , очистки, легирования и нарезки кубиками машины . Все эти устройства чрезвычайно точны и, следовательно, чрезвычайно дороги. Цены на наиболее распространенное оборудование для обработки пластин диаметром 300 мм варьируются от 700 000 до 4 000 000 долларов США за штуку, а стоимость некоторых единиц оборудования достигает 340 000 000 долларов США каждая (например, EUV -сканеры). Типичная фабрика будет иметь несколько сотен единиц оборудования.

История

Обычно развитие технологии производства чипов требует строительства совершенно нового завода. Раньше оборудование для оснащения завода было не очень дорогим, и существовало огромное количество небольших заводов, производивших чипы в небольших количествах. Однако с тех пор стоимость самого современного оборудования выросла до такой степени, что новая фабрика может стоить несколько миллиардов долларов.

Еще одним побочным эффектом высокой стоимости стала проблема использования старых фабрик. Для многих компаний эти старые разработки полезны для создания проектов для уникальных рынков, таких как встроенные процессоры , флэш-память и микроконтроллеры . Однако для компаний с более ограниченным ассортиментом продукции зачастую лучше либо сдать фабрику в аренду, либо полностью закрыть ее. Это связано с тенденцией того, что стоимость модернизации существующего завода для производства устройств, требующих более новых технологий, превышает стоимость совершенно нового завода.

Существует тенденция к производству пластин все большего размера , поэтому каждый этап процесса выполняется на все большем количестве чипов одновременно. Цель состоит в том, чтобы распределить производственные затраты (химикаты, время производства) на большее количество продаваемых чипов. Невозможно (или, по крайней мере, практически невозможно) модернизировать оборудование для работы с пластинами большего размера. ^{[ нужна ссылка ]} Это не означает, что литейные производства, использующие пластины меньшего размера, обязательно устарели; старые литейные заводы могут быть дешевле в эксплуатации, иметь более высокий выход продукции простых чипов и при этом оставаться производительными.

К 2018 году отрасль стремилась перейти от современных размеров пластин 300 мм (12 дюймов) к 450 мм. ^[6] В марте 2014 года Intel ожидала внедрения 450 мм к 2020 году. ^[7] Но в 2016 году соответствующие совместные исследования были прекращены. ^[8]

Кроме того, ведется большая работа по полной автоматизации производства полупроводниковых чипов от начала до конца. Это часто называют концепцией « фабрики без света ».

Международная инициатива по производству Sematech (ISMI), являющаяся продолжением американского консорциума SEMATECH , спонсирует инициативу «300 мм Prime». Важная цель этой инициативы — дать возможность фабрикам производить большее количество микросхем меньшего размера в ответ на более короткие жизненные циклы, наблюдаемые в бытовой электронике. Логика заключается в том, что такое предприятие может легче производить меньшие партии и может эффективно переключить свое производство на поставку чипов для множества новых электронных устройств. Другая важная цель — сократить время ожидания между этапами обработки. ^[9]^[10]

См. также

Модель литейного производства для бизнес-аспектов литейных заводов и компаний, не имеющих собственных фабрик.
Список заводов по производству полупроводников
Закон Рока
Консолидация полупроводников
Изготовление полупроводниковых приборов для процесса изготовления приборов

Примечания

^ Браун, Клер; Линден, Грег (2011). Чипы и перемены: как кризис меняет полупроводниковую промышленность (1-е изд.). Кембридж, Массачусетс: MIT Press. ISBN 9780262516822 .
↑ Начало строительства Gigafab в Центральном Тайване. Архивировано 29 января 2012 г. в Wayback Machine , выпущено TSMC, 16 июля 2010 г.
^ «TSMC заявляет, что 3-нм завод может стоить более 20 миллиардов долларов — TheINQUIRER» . theinquirer.net . Архивировано из оригинала 12 октября 2017 года . Проверено 26 апреля 2018 г. {{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )
^ Мучлер, Энн Стеффора (2008). «По данным IC Insights, литейные предприятия занимают 84% рынка». Новости электроники . Австралия: Reed Business Information Pty Ltd, подразделение Reed Elsevier Inc.
^ «СИНУС Тех» .
^ Отчет за 2011 г. Архивирован 10 июля 2012 г. в Wayback Machine - Международная технологическая дорожная карта для полупроводников.
^ «Intel сообщает, что 450 мм будет развернут позже в этом десятилетии» . 18 марта 2014 г. Архивировано из оригинала 13 мая 2014 г. Проверено 31 мая 2014 г.
^ МакГрат, Дилан. «При высоте 450 мм на льду нагрузка на плечи на 300 мм тяжелее» . Проверено 3 января 2021 г.
^ Производители чипов следят за своими отходами
^ Пресс-релиз ISMI

Ссылки

Справочник по технологии производства полупроводников, второе издание Роберта Деринга и Ёсио Ниши (твердый переплет – 9 июля 2007 г.)
Технология производства полупроводников Майкла Квирка и Джулиана Серда (мягкая обложка - 19 ноября 2000 г.)
«Основы производства полупроводников и управления процессами» , Гэри С. Мэй и Костас Дж. Спанос (твердый переплет – 22 мая 2006 г.)
«Основное руководство по полупроводникам» (серия «Основное руководство») Джима Терли (мягкая обложка – 29 декабря 2002 г.)
Справочник по производству полупроводников (Справочники McGraw – Hill), автор Хвайю Гэн (твердый переплет - 27 апреля 2005 г.)

Дальнейшее чтение

«Производители микросхем следят за своими отходами», The Wall Street Journal , 19 июля 2007 г., стр. B3.

[1] Браун, Клер; Линден, Грег (2011). Чипы и перемены: как кризис меняет полупроводниковую промышленность (1-е изд.). Кембридж, Массачусетс: MIT Press. ISBN 9780262516822 .

[2] Начало строительства Gigafab в Центральном Тайване. Архивировано 29 января 2012 г. в Wayback Machine , выпущено TSMC, 16 июля 2010 г.

[3] «TSMC заявляет, что 3-нм завод может стоить более 20 миллиардов долларов — TheINQUIRER» . theinquirer.net . Архивировано из оригинала 12 октября 2017 года . Проверено 26 апреля 2018 г. {{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )

[4] Мучлер, Энн Стеффора (2008). «По данным IC Insights, литейные предприятия занимают 84% рынка». Новости электроники . Австралия: Reed Business Information Pty Ltd, подразделение Reed Elsevier Inc.

[5] «СИНУС Тех» .

[6] Отчет за 2011 г. Архивирован 10 июля 2012 г. в Wayback Machine - Международная технологическая дорожная карта для полупроводников.

[intel450mm-7] «Intel сообщает, что 450 мм будет развернут позже в этом десятилетии» . 18 марта 2014 г. Архивировано из оригинала 13 мая 2014 г. Проверено 31 мая 2014 г.

[8] МакГрат, Дилан. «При высоте 450 мм на льду нагрузка на плечи на 300 мм тяжелее» . Проверено 3 января 2021 г.

[9] Производители чипов следят за своими отходами

[10] Пресс-релиз ISMI

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]