Mikroçip üretim tesisleri (semiconductor fabrication plants, kısaca “fab”) 21. yüzyılın stratejik altyapılarından biri haline gelmiştir. Bu tesisler yalnızca yüksek teknoloji üretiminin kalbi değil, aynı zamanda ekonomik ve ulusal güvenliğin de belirleyici unsurlarıdır (SIA, 2021). Bir fab kurulumu için lokasyon seçiminden temizoda standartlarına, ekipman tedarikinden insan kaynağına kadar çok katmanlı bir planlama gerekmektedir.
Bir fab için lokasyon seçimi kritik öneme sahiptir. Elektrik altyapısının yüksek kapasite ve kesintisiz sağlanması, ultra saf suya (DI water) erişim ve atık yönetim sistemlerinin varlığı temel gereksinimlerdir (ITRS, 2015). Ayrıca sanayi gazlarının (N₂, O₂, Ar, H₂, vb.) temini için ya yerinde üretim ya da güçlü bir tedarik zinciri gerekir (IEEE Spectrum, 2021).
Mikroçip üretimi, wafer hazırlığından başlayarak film depozisyonu, fotolitografi, iyon implantasyonu, aşındırma (etch), yüzey düzeltme (CMP), metalizasyon, test ve paketleme aşamalarını içerir (Sze & Ng, 2007). Bu adımların her biri, nanometre ölçekli doğruluk gerektirir ve yüksek verim (yield) için süreç entegrasyonunun titizlikle kontrol edilmesi gerekir.
Üretim tesisinin kalbi olan temizodalar ISO 14644 standartlarına göre sınıflandırılır. Fotolitografi alanları genellikle ISO Class 3–4, depozisyon ve etch alanları ISO Class 5 seviyelerinde tutulur. Hava filtrasyonu, basınç farkları ve sıcaklık-nem kontrolü proses güvenilirliğini doğrudan etkiler (Whyte, 2010).
Modern bir fab için gereken başlıca ekipmanlar şunlardır: fotolitografi sistemleri (ör. ASML stepper/scanner), ince film kaplama (CVD, PVD, ALD), aşındırma sistemleri (RIE, wet etch), iyon implantörleri, CMP üniteleri ve metrology araçları (SEM, AFM, ellipsometre). Ayrıca otomatik wafer taşıma ve test sistemleri de zorunludur (Holton, 2020).
Tipik bir üretim tesisi; proses mühendisleri, ekipman mühendisleri, metrology uzmanları, operatörler ve çevre-iş güvenliği profesyonellerinden oluşan yüzlerce ila binlerce çalışan istihdam eder. Özellikle ileri düğüm (7 nm, 5 nm) hedefleniyorsa, litografi mühendisliği konusunda dünya çapında deneyime sahip uzmanların istihdamı kaçınılmazdır (Fuller & Kudla, 2021).
Fab yatırımları ölçeğe göre değişmektedir. 200 mm wafer işleyen küçük pilot tesisler 50–200 milyon ABD doları arasında kurulabilirken, 300 mm ileri teknoloji tesislerin maliyeti 5–20 milyar ABD doları aralığındadır (IC Insights, 2020). Ayrıca yıllık işletme giderleri genellikle CAPEX’in %5–20’si civarında olmaktadır.
Pilot bir fab, 12–24 ayda devreye alınabilirken, ileri teknoloji 300 mm tesisler 3–5 yıl aralığında tamamlanır. İnşaat ve altyapı hazırlığı 18–36 ay sürerken, ekipman kurulumu ve kalibrasyonu ek 6–18 ay gerektirir (McKinsey, 2020).
Mikroçip üretim tesisi kurulumunda başarıyı belirleyen faktörler arasında yüksek sermaye erişimi, güçlü tedarik zinciri yönetimi, uzman insan kaynağı ve süreç kalibrasyonundaki verimlilik yer alır. Ayrıca çevresel düzenlemeler ve sürdürülebilirlik standartları, günümüzde fab stratejilerinde vazgeçilmez hale gelmiştir (OECD, 2021).
Fuller, T., & Kudla, D. (2021). Semiconductor manufacturing and the global economy. MIT Press.
Holton, W. (2020). Tools of the trade: Semiconductor fabrication equipment. Physics Today, 73(6), 36–42.
IC Insights. (2020). Semiconductor industry capital spending trends. IC Insights Market Report.
IEEE Spectrum. (2021). The costly path of semiconductor fabs. IEEE Spectrum, 58(9), 22–29.
ITRS. (2015). International Technology Roadmap for Semiconductors: 2015 Edition. Semiconductor Industry Association.
McKinsey & Company. (2020). Ramping up semiconductor manufacturing. McKinsey Insights.
OECD. (2021). Sustainability in semiconductor supply chains. OECD Digital Economy Papers.
Semiconductor Industry Association (SIA). (2021). 2021 State of the U.S. semiconductor industry. Washington, DC: SIA.
Sze, S. M., & Ng, K. K. (2007). Physics of semiconductor devices (3rd ed.). Wiley.
Whyte, W. (2010). Cleanroom technology: Fundamentals of design, testing and operation (2nd ed.). Wiley.
Adem Bilgin
English
German
Russian
Arabic