Más allá de 22 nm: Applied Materials, el héroe olvidado de Silicon Valley

Troquel y oblea de silicio de 22 nm (Intel, Knights Ferry)

A la sombra de los principales fabricantes de semiconductores, una empresa poco conocida pero crucial llamada Applied Materials ha ejercido su actividad durante casi 45 años. Dentro de cada fundición de chips de silicio de Intel, GlobalFoundries y TSMC, hay máquinas Applied Materials que realizan algunos de los mejores trabajos manuales conocidos por el hombre. Tampoco son solo chips: Applied proporciona los sistemas que permiten a Samsung y LG fabricar pantallas LCD, y Suntech y JA Solar crear células de energía solar fotovoltaica. Básicamente, si una empresa comercializa obleas de silicio, es casi seguro que el equipo de Applied Materials gobierna la mayor parte o todo el proceso de fabricación.

“La gran mayoría de chips en funcionamiento en la actualidad han pasado por una máquina de Applied al menos una vez. Esto incluye memoria, lógica y otros tipos de chips producidos por fundiciones y fabricantes de dispositivos integrados ”, nos dijo el CTO Klaus Scheugraf en una entrevista.

Materiales aplicados, oblea de silicioPara poner un punto más fino, cuando Intel anuncia que ha alcanzado los 22 nm, lo ha hecho utilizando equipos de Materiales Aplicados. Esto no quiere decir que el logro de Intel sea menos asombroso, pero es importante que tracemos una línea en la arena antes de continuar. Applied Materials proporciona las herramientas, pero Intel debe aprovecharlas al máximo mediante ajustes químicos y diseño de chips. También es importante tener en cuenta que AMD, Samsung y TSMC tienen acceso a las mismas herramientas. Applied Materials trabaja en estrecha colaboración con los fabricantes para personalizar sus soluciones, pero hablaremos de eso más adelante.



¿Cómo se fabrica un chip de silicio?

Si, como yo, pensaba que hacer un circuito CMOS es principalmente una cuestión de grabar trazados litográficamente en una oblea de silicio con un láser, se llevará una sorpresa. Sí, la litografía es una parte vital de la fabricación de chips, pero con los procesos modernos (45 nm, 32 nm), y especialmente con los nuevos diseños FinFET “3D” (22 nm), en realidad es solo un paso entre cientos. La litografía es como sentar los cimientos de hormigón de un rascacielos.

Geek.com tiene una guía completa sobre cómo se hace un chip - desde derretir arena, grabar, probar, almacenar en contenedores, pero básicamente, esto es lo que necesita saber: una vez que las rutas del chip se han grabado litográficamente, los transistores y las interconexiones de cables de cobre se cultivan utilizando una combinación de galvanoplastia, implantación de iones(dopaje), deposición de vapor químico, deposición de la capa atómica, y más. Además, la mayoría de estos procesos se pueden dividir en decenas de pasos: ALD, por ejemplo, construye las capas de un transistor FinFET átomo por átomo.

Chip de Intel fabulosoNo es que todos estos procesos ocurran dentro de una máquina mágica, todo en uno, Willy Wonkaesque, tampoco: para crear un solo transistor FinFET, por ejemplo, Applied Materials proporciona nada menos que siete máquinas diferentes. Las obleas de silicio deben moverse entre cada una de estas máquinas, generalmente dentro de un vacío extremadamente estrecho. Cuando se trata de capas dieléctricas de alta k que tienen solo 10 átomos de espesor, un solo átomo de un contaminante puede arruinar el chip.

Para colmo, en una fundición importante, todo este proceso estará casi completamente automatizado, utilizando el software proporcionado por Applied Materials, por supuesto. Para que se haga una idea de la escala del proceso, también, tenga en cuenta que una fábrica de 300 mm, operada por empresas como Intel o TSMC, cuesta en la región $ 4 mil millones para construir. Cada máquina de Applied Materials tiene aproximadamente el tamaño de un escritorio de oficina o un congelador horizontal grande, y cuesta entre $ 2 y $ 6 millones cada una. Tomando un precio medio de $ 4 millones, eso significa que podría haber 1,000 máquinas separadas en una gran fundición de silicio, todas ubicadas dentro de una cuarto limpio eso es probablemente hectáreas en tamaño.

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