В микроэлектронной промышленности завод по производству полупроводников (обычно называемый фабрикой ; иногда литейным заводом ) — это фабрика по производству полупроводниковых приборов . [1]
Для работы фабрик требуется множество дорогостоящих устройств. По оценкам, стоимость строительства новой фабрики составляет более одного миллиарда долларов США , а стоимость в 3–4 миллиарда долларов не является редкостью. TSMC инвестировала 9,3 миллиарда долларов в свой завод по производству пластин Fab15 300 мм на Тайване. [2] По оценкам той же компании, их будущая фабрика может стоить 20 миллиардов долларов. [3] В 1990-х годах появилась модель литейного производства : литейные заводы, которые производили собственные разработки, были известны как производители интегрированных устройств (IDM). Компании, которые передавали производство своих разработок литейным заводам, назывались полупроводниковыми компаниями без собственных производственных мощностей . Те литейные заводы, которые не создавали собственные разработки, назывались чисто полупроводниковыми литейными заводами . [4]
Центральная часть фабрики — это чистая комната , зона, где окружающая среда контролируется для устранения всей пыли, поскольку даже одна пылинка может испортить микросхему, которая имеет наномасштабные особенности, намного меньшие, чем частицы пыли. Чистая комната также должна быть защищена от вибрации, чтобы обеспечить нанометровое выравнивание машин, и должна поддерживаться в узких диапазонах температуры и влажности. Контроль вибрации может быть достигнут с помощью глубоких свай в фундаменте чистой комнаты, которые крепят чистую комнату 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 могут использоваться для уменьшения статического электричества. Часто фабрика строится следующим образом (сверху вниз): крыша, которая может содержать оборудование для обработки воздуха, которое втягивает, очищает и охлаждает наружный воздух, воздухораспределительная камера для распределения воздуха по нескольким напольным вентиляторным фильтрующим блокам , которые также являются частью потолка чистого помещения, само чистое помещение, которое может иметь или не иметь более одного этажа, [5] возвратный воздухораспределительная камера, чистый субфабрика, которая может содержать вспомогательное оборудование для машин в чистом помещении, такое как системы доставки, очистки, переработки и уничтожения химикатов, и первый этаж, который может содержать электрооборудование. Фабрики также часто имеют некоторые офисные помещения.
Чистая комната — это место, где происходит все производство, и содержит оборудование для производства интегральных схем, такое как шаговые двигатели и/или сканеры для фотолитографии , а также машины для травления , очистки, легирования и резки . Все эти устройства чрезвычайно точны и, следовательно, чрезвычайно дороги. Цены на наиболее распространенные единицы оборудования для обработки 300-миллиметровых пластин варьируются от 700 000 до более 4 000 000 долларов за единицу, а некоторые единицы оборудования достигают 340 000 000 долларов за единицу (например, сканеры EUV ). Типичный завод будет иметь несколько сотен единиц оборудования.
Обычно прогресс в технологии производства чипов требует строительства совершенно новой фабрики. В прошлом оборудование для оснащения фабрики было не очень дорогим, и существовало огромное количество более мелких фабрик, производящих чипы в небольших количествах. Однако с тех пор стоимость самого современного оборудования выросла до такой степени, что новая фабрика может стоить несколько миллиардов долларов.
Другим побочным эффектом стоимости стала проблема использования старых фабрик. Для многих компаний эти старые фабрики полезны для производства конструкций для уникальных рынков, таких как встроенные процессоры , флэш-память и микроконтроллеры . Однако для компаний с более ограниченными линейками продукции часто лучше либо сдать фабрику в аренду, либо полностью закрыть ее. Это связано с тенденцией к тому, что стоимость модернизации существующей фабрики для производства устройств, требующих более новых технологий, превышает стоимость совершенно новой фабрики.
Существует тенденция производить все более крупные пластины , поэтому каждый этап процесса выполняется на все большем количестве чипов одновременно. Цель состоит в том, чтобы распределить производственные затраты (химикаты, время изготовления) на большее количество продаваемых чипов. Невозможно (или, по крайней мере, нецелесообразно) модернизировать оборудование для обработки более крупных пластин. Это не означает, что литейные заводы, использующие более мелкие пластины, обязательно устарели; старые литейные заводы могут быть дешевле в эксплуатации, иметь более высокий выход для простых чипов и при этом оставаться производительными.
Отрасль намеревалась перейти от современного размера пластины 300 мм (12 дюймов) к 450 мм к 2018 году. [6] В марте 2014 года Intel ожидала развертывания пластин размером 450 мм к 2020 году. [7] Однако в 2016 году соответствующие совместные исследовательские работы были остановлены. [8]
Кроме того, есть большой толчок к полной автоматизации производства полупроводниковых чипов от начала до конца. Это часто называют концепцией " lights-out fab ".
Международная производственная инициатива Sematech (ISMI), расширение американского консорциума SEMATECH , спонсирует инициативу «300 мм Prime». Важной целью этой инициативы является предоставление фабрикам возможности производить большее количество более мелких чипов в ответ на более короткие жизненные циклы, наблюдаемые в потребительской электронике. Логика заключается в том, что такая фабрика может производить более мелкие партии проще и может эффективно переключить свое производство на поставку чипов для различных новых электронных устройств. Другая важная цель — сократить время ожидания между этапами обработки. [9] [10]
{{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )Программное обеспечение для производства полупроводников https://www.einnosys.com/fab-automation/