China está a punto de tener la capacidad de fabricar chips de 5 nm, aunque se enfrenta a un problema de difícil solución

SMIC (Semiconductor Manufacturing International Corp), el mayor fabricante chino de semiconductores, lleva al menos dos años trabajando en el desarrollo de su propia fotolitografía de 5 nm. A principios de febrero de 2024 el diario Financial Times aseguró haber tenido acceso a dos expertos en la industria de los circuitos integrados que defendían que esta compañía estaba ultimando el refinamiento de sus procesos de fabricación de semiconductores en sus máquinas de litografía de ultravioleta profundo (UVP).

Su propósito era disponer de la tecnología necesaria para fabricar chips de 5 nm de forma masiva antes de que concluyese 2024, aunque no lo logró. Si hubiese tenido éxito en este proyecto con toda probabilidad sus chips de 5 nm ya habrían visto la luz, y posiblemente incluso habrían llegado al mercado los primeros dispositivos de Huawei o cualquier otro cliente de SMIC equipados con este tipo de circuitos integrados. Sea como sea parece que, ahora sí, esta tecnología está lista.

El desafío al que se enfrenta SMIC es el rendimiento por oblea

Según la doctora Kim, una experta en la fabricación de circuitos integrados que ha trabajado en Samsung y que actualmente investiga para TSMC en EEUU, SMIC está a punto de iniciar la producción de chips de 5 nm. Es perfectamente creíble porque, como acabamos de ver, sabemos con certeza que esta compañía lleva varios años trabajando en esta tecnología. Y, además, la doctora Kim es una fuente fiable. Sin embargo, esta experta ha apuntado algo crucial que no debemos pasar por alto: el rendimiento por oblea que ha alcanzado actualmente SMIC en sus nodos de 5 nm es inferior al 30%.

Cuando los fabricantes de semiconductores producen una oblea de chips algunos de esos núcleos no funcionan correctamente. Es lo normal. Cuando ponen en marcha un nuevo nodo litográfico su rendimiento por oblea suele tener un margen de mejora amplio, pero poco a poco, a medida que los ingenieros van refinando sus procesos de integración, este parámetro mejora. Una litografía madura puede entregar a los fabricantes de circuitos integrados un rendimiento muy alto, pero una tecnología incipiente suele moverse en la órbita del 50% de rendimiento, por lo que solo la mitad de los chips producidos funciona correctamente.

El problema es que para que una tecnología de integración sea rentable desde un punto de vista económico su rendimiento por oblea tiene que ser de al menos el 70%. Y, como acabamos de ver, la doctora Kim sostiene que el nodo de 5 nm de SMIC está por debajo del 30%. Objetivamente es un rendimiento muy pobre, pero sabemos qué explica esta cifra tan baja: la técnica empleada por este fabricante para producir estos semiconductores. Se conoce como multiple patterning, y SMIC la utiliza desde hace más de un año y medio para fabricar chips de 7 nm para Huawei y otros clientes.

Esta estrategia consiste en transferir el patrón a la oblea en varias pasadas con el propósito de incrementar la resolución del proceso litográfico. Funciona, pero es la responsable de que el rendimiento por oblea sea claramente mejorable. Los ingenieros de SMIC se han visto obligados a recurrir al multiple patterning porque las sanciones de EEUU y Países Bajos impiden a ASML vender a sus clientes chinos sus equipos de litografía de ultravioleta extremo (UVE), que son los idóneos para fabricar chips de 7 nm o menos.

Con las máquinas UVP que tiene SMIC va a ser muy difícil que el rendimiento por oblea sea el óptimo, por lo que con toda probabilidad sus circuitos integrados de 5 nm serán escasos y caros. La solución definitiva a este problema para SMIC, Huawei y las demás empresas chinas que se dedican a los semiconductores pasa inevitablemente por desarrollar sus propios equipos de litografía UVE. Están en ello.

Imagen | SMIC

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