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 новой фабрики составит более одного миллиарда долларов США , причем стоимость до 3–4 миллиардов долларов не является редкостью. TSMC инвестировала 9,3 миллиарда долларов в свой завод по производству пластин Fab15 диаметром 300 мм на Тайване. [2] По оценкам той же компании, их будущая фабрика может стоить 20 миллиардов долларов. [3] В 1990-е годы возникла модель литейного производства : 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 удаления 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 за счет 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. блоки , которые также являются частью потолка чистого помещения, само чистое помещение, которое может иметь или не иметь более одного этажа, [5] камеру рециркуляционного воздуха, чистый субфабрикат, который может содержать вспомогательное оборудование для машин в чистом помещении, такое как системы доставки, очистки, переработки и уничтожения химикатов, а также первый этаж, на котором может находиться 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 машины для травления , очистки, легирования и нарезки кубиками . 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.
Обычно развитие технологии производства чипов требует создания 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) переоборудовать оборудование для работы с пластинами большего размера. [ нужна цитация ] Это не означает, что литейные заводы, 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.
Отрасль стремилась перейти от современной пластины размером 300 мм (12 дюймов) к 450 мм к 2018 году. [6] В марте 2014 года Intel ожидала внедрения 450-миллиметровой пластины 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]
{{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )