Halbleiterwerk

Bau eines Reinraumes eines Halbleiterwerkes

Ein Halbleiterwerk (englisch Fab, kurz für

semiconductor fabrication plant

), auch Halbleiter- oder Chipfabrik genannt, ist eine Fabrik, in der integrierte Schaltkreise (IC) für die Halbleiter- und Mikroelektronikindustrie produziert werden.

Aufbau

An die Produktionssteuerung werden erhebliche Ansprüche gestellt. Den zentralen Teil eines Halbleiterwerks stellt der Reinraum dar, in welchem für eine möglichst geringe Kontamination der Luft durch Partikel Sorge zu tragen ist, da diese die Ausbeute maßgeblich beeinflussen. Daneben muss er einen Bereich bieten, in dem Temperatur und Luftfeuchtigkeit geregelt werden können und zudem Schutz gegen Erschütterungen gewährleisten. Da in einer Halbleiterfabrik kontinuierlich produziert wird, das heißt 7 Tage pro Woche und 24 Stunden pro Tag, müssen diese und weitere Rahmenbedingungen (z. B. Versorgung mit Verbrauchsmedien und Elektroenergieversorgung) ständig gewährleistet sein. Die Fertigung erfolgt in Losfertigung, das heißt, die eigentlichen „Werkstücke“, die Wafer, werden in einem Los (üblicherweise 25 Wafer) zusammengefasst und zusammen bearbeitet. Die Produktionsdauer für ein Los ist abhängig von der Komplexität des Produktes und liegt zwischen einigen Tagen bis wenigen Monaten.

Im Reinraum befinden sich Produktionsanlagen für die zahlreichen Verfahren der Halbleitertechnik, mit deren Methoden die integrierten Schaltkreise hergestellt werden. Zu diesen Anlagen zählen unter anderem Stepper, Ätzanlagen, Reinigungsanlagen, Ionenimplantationsanlagen und Messtechnik, wie Ellipsometer, Rasterelektronenmikroskope oder Dunkelfeldmikroskope. In einem Halbleiterwerk sind die Anlagen nicht wie in anderen Branchen der Massenproduktion, z. B. die Automobilindustrie, mit einem Fließband verbunden (vgl. Fließfertigung), sondern stehen in der Regel in Gruppen gleicher Anlagen bzw. Anlagen gleicher Produktionsabschnitte zusammen (vgl. Werkstättenfertigung). Durch eine zunehmende Automatisierung (inkl. automatischem An- und Abtransport der Lose) wird diese Gruppierung bzw. die Nachbarschaft zu Anlagen vorhergehender oder nachfolgender Produktionsschritte weniger relevant, so dass diese Anlagenanordnung weniger streng umgesetzt werden muss.

Kosten

Aufgrund der stetig steigenden Anforderungen und wachsender Waferdurchmesser stiegen die Baukosten für ein Halbleiterwerk seit Jahrzehnten kontinuierlich an. Die Baukosten für ein modernes Halbleiterwerk für 300-mm-Wafer lagen 2012 bei mehreren Milliarden US-Dollar. Beispielsweise kostete die 2012 in Betrieb genommene Fab15 von TSMC in Taiwan rund 9,3 Mrd. USD. Die hohen Investitionskosten und der wirtschaftliche Druck, die Produktionsanlagen auch kontinuierlich auszulasten, führte dazu, dass sich vor allem in den letzten 15 Jahren ehemalige Halbleiterhersteller mit eigenen Werken (englisch integrated device manufacturer, IDM) in reine Design-Unternehmen umwandeln. Die Fertigung für die Unternehmen ohne eigene Halbleiterwerke (englisch

fabless semiconductor company

) übernehmen wiederum Unternehmen, die sich auf die Auftragsfertigung von Halbleiterprodukten spezialisiert haben, sogenannte Foundrys. Dieses Konzept erlaubt es auch kleineren, weniger finanzstarken Unternehmen ihre Produkte mit aktuellen Techniken herzustellen.