Tamaños de obleas normaleseditar

Siliconeditar

Las obleas de silicio están disponibles en una variedad de diámetros de 25,4 mm (1 pulgada) a 300 mm (11,8 pulgadas). Las plantas de fabricación de semiconductores, coloquialmente conocidas como fab, se definen por el diámetro de las obleas para las que se utilizan herramientas. El diámetro ha aumentado gradualmente para mejorar el rendimiento y reducir los costos con la fábrica de última generación actual que utiliza 300 mm, con una propuesta para adoptar 450 mm. Intel, TSMC y Samsung estaban realizando investigaciones por separado para la llegada de los «prototipos» de 450 mm (fábricas de investigación), aunque persisten serios obstáculos.

2 pulgadas (51 mm), de 4 pulgadas (100 mm), 6 pulgadas (150 mm) y 8 pulgadas (200 mm) obleas

Obleas crecido el uso de materiales de silicio tienen diferentes espesores de una oblea de silicio del mismo diámetro. El grosor de la oblea está determinado por la resistencia mecánica del material utilizado; la oblea debe ser lo suficientemente gruesa como para soportar su propio peso sin agrietarse durante el manejo. Los espesores tabulados se relacionan con el momento en que se introdujo ese proceso, y no son necesariamente correctos actualmente, por ejemplo, el proceso IBM BiCMOS7WL está en obleas de 8 pulgadas, pero solo tienen un grosor de 200um. El peso de la oblea aumenta junto con su grosor y diámetro.

Aumentos históricos del tamaño de la oblea Edit

Un paso de fabricación de obleas unitarias, como un paso de grabado, puede producir más virutas proporcionales al aumento en el área de la oblea, mientras que el costo del paso de fabricación de la unidad aumenta más lentamente que el área de la oblea. Esta fue la base de costos para aumentar el tamaño de las obleas. La conversión de obleas de 200 mm a obleas de 300 mm comenzó en serio en el año 2000, y redujo el precio por matriz en un 30-40%. Las obleas de mayor diámetro permiten más troqueles por oblea.

Fotovoltáicaeditar

El tamaño de oblea M1 (156,75 mm) está en proceso de eliminación gradual en China a partir de 2020. Ha surgido una serie de tamaños no estándar, por lo que los esfuerzos para producir M10 estándar (182 mm) son un esfuerzo continuo. Al igual que semiconductor cousin, reducir los costos es el principal impulsor a pesar de que los requisitos de pureza son completamente diferentes.

Transición propuesta de 450 mmeditar

Existe una resistencia considerable a la transición de 450 mm a pesar de la posible mejora de la productividad, debido a la preocupación por el insuficiente retorno de la inversión. También hay problemas relacionados con el aumento de la variación entre matrices / obleas de borde a borde y defectos de borde adicionales. se espera que las obleas de 450 mm cuesten 4 veces más que las obleas de 300 mm, y se espera que los costos del equipo aumenten entre un 20 y un 50%. El equipo de fabricación de semiconductores de mayor costo para obleas más grandes aumenta el costo de las fabs (instalaciones o fábricas de fabricación de semiconductores) de 450 mm. El litógrafo Chris Mack afirmó en 2012 que el precio total por matriz para obleas de 450 mm se reduciría solo en un 10-20% en comparación con obleas de 300 mm, porque más del 50% de los costos totales de procesamiento de obleas están relacionados con la litografía. La conversión a obleas más grandes de 450 mm reduciría el precio por troquel solo para operaciones de proceso, como el grabado, donde el costo está relacionado con el recuento de obleas, no con el área de obleas. El costo de procesos como la litografía es proporcional al área de la oblea, y las obleas más grandes no reducirían la contribución de la litografía al costo de la matriz. Nikon tenía previsto entregar equipos de litografía de 450 mm en 2015, con producción en volumen en 2017. En noviembre de 2013, ASML detuvo el desarrollo de equipos de litografía de 450 mm, citando el momento incierto de la demanda de los fabricantes de chips.

La línea de tiempo para 450 mm no se ha fijado. En 2012, se esperaba que la producción de 450 mm comenzara en 2017, lo que nunca se realizó. Mark Durcan, entonces CEO de Micron Technology, dijo en febrero de 2014 que espera que la adopción de 450 mm se retrase indefinidamente o se suspenda. «No estoy convencido de que los 450 mm vayan a suceder, pero, en la medida en que lo hagan, es un largo camino en el futuro. No hay mucha necesidad de que Micron, al menos durante los próximos cinco años, gaste mucho dinero en 450 mm. Hay mucha inversión que se necesita en la comunidad de equipos para que eso suceda. Y el valor al final del día, para que los clientes compren ese equipo, creo que es dudoso.»A partir de marzo de 2014, Intel Corporation esperaba un despliegue de 450 mm para 2020 (a finales de esta década). Mark LaPedus de semiingeniería.com informó a mediados de 2014 que los fabricantes de chips habían retrasado la adopción de 450 mm «en el futuro previsible.»Según este informe, algunos observadores esperaban de 2018 a 2020, mientras que G. Dan Hutcheson, director ejecutivo de VLSI Research, no vio fábricas de 450 mm entrando en producción hasta 2020 a 2025.

El escalón de hasta 300 mm requirió cambios importantes, con fábricas completamente automatizadas que usaban obleas de 300 mm en comparación con fábricas apenas automatizadas para obleas de 200 mm, en parte porque un FOUP para obleas de 300 mm pesa aproximadamente 7,5 kilogramos cuando se carga con 25 obleas de 300 mm, donde un SMIF pesa aproximadamente 4.8 kilogramos cuando se cargan con 25 obleas de 200 mm, lo que requiere el doble de fuerza física de los trabajadores de la fábrica y aumenta la fatiga. los FOUPS de 300 mm tienen asas para que se puedan mover a mano. los FOUPS de 450 mm pesan 45 kilogramos cuando se cargan con 25 obleas de 450 mm, por lo que las grúas son necesarias para manipular manualmente los FOUPs y los mangos ya no están presentes en el FOUP. Los FOUPs se mueven utilizando sistemas de manipulación de materiales de Muratec o Daifuku. Estas importantes inversiones se llevaron a cabo en la recesión económica que siguió a la burbuja de las punto com, lo que resultó en una gran resistencia a la actualización a 450 mm en el plazo original. En la rampa de hasta 450 mm, los lingotes de cristal serán 3 veces más pesados (peso total una tonelada métrica) y tardarán de 2 a 4 veces más en enfriarse, y el tiempo de proceso será el doble. En total, el desarrollo de obleas de 450 mm requiere una ingeniería, un tiempo y un costo significativos para superarlo.

Estimación analítica del recuento de troqueles Edit

Con el fin de minimizar el costo por troquel, los fabricantes desean maximizar el número de troqueles que se pueden hacer a partir de una sola oblea; los troqueles siempre tienen una forma cuadrada o rectangular debido a la restricción del corte en cubitos de obleas. En general, este es un problema computacionalmente complejo sin solución analítica, que depende tanto del área de las matrices como de su relación de aspecto (cuadrada o rectangular) y otras consideraciones, como el ancho de la línea de garabatos o el carril de sierra, y el espacio adicional ocupado por las estructuras de alineación y prueba. Tenga en cuenta que las fórmulas de DPW bruto solo tienen en cuenta el área de obleas que se pierde porque no se puede usar para hacer matrices físicamente completas; los cálculos de DPW bruto no tienen en cuenta la pérdida de rendimiento debido a defectos o problemas paramétricos.

Wafermap mostrando totalmente estampada muere, y parcialmente estampado de matrices que no son totalmente mentira dentro de la oblea.

Sin embargo, el número de troqueles brutos por oblea (DPW) se puede estimar a partir de la aproximación de primer orden o la relación de área de oblea a troquel,

D P W = π π d 2 4 S {{\displaystyle DPW=\left\lfloor {\frac {\pi d^{2}} {4S}}\right\rfloor }

,

donde d {\displaystyle d}

es el diámetro de la oblea (típicamente en mm) y S {\displaystyle S}

el tamaño de cada matriz (mm2), incluida la anchura de la matriz scribeline ( o en el caso de un carril de sierra, el corte más una tolerancia). Esta fórmula simplemente establece que el número de matrices que pueden caber en la oblea no puede exceder el área de la oblea dividida por el área de cada matriz individual. Siempre sobreestimará la verdadera DPW bruta en el mejor de los casos, ya que incluye el área de troqueles parcialmente estampados que no se encuentran completamente en la superficie de la oblea (ver figura). Estos troqueles parcialmente estampados no representan circuitos integrados completos, por lo que no se pueden vender como piezas funcionales.

Los refinamientos de esta fórmula simple generalmente agregan una corrección de borde, para tener en cuenta los troqueles parciales en el borde, que en general serán más significativos cuando el área del troquel es grande en comparación con el área total de la oblea. En el otro caso limitante (troqueles infinitesimalmente pequeños o obleas infinitamente grandes), la corrección de bordes es insignificante.

El factor de corrección o término de corrección generalmente toma una de las formas citadas por De Vries:

D P W = π d 2 4 S − π d 2 S {\displaystyle DPW={\frac {\displaystyle \pi d^{2}}{4S}}-{\frac {\displaystyle \pi d}{\sqrt {2}}}}

(área de la relación de la circunferencia de la/(die longitud de la diagonal)) o D P W = ( π d 2 4 S ) exp ⁡ ( − 2 S / d ) {\displaystyle DPW=\left({\frac {\displaystyle \pi d^{2}}{4S}}\derecho)\exp(-2{\sqrt {S}}/d)}

(relación del área de escala por un factor exponencial) o D P W = π d 2 4 S ( 1 − 2 S d ) 2 {\displaystyle DPW={\frac {\displaystyle \pi d^{2}}{4S}}\left(1-{\frac {\displaystyle 2{\sqrt {S}}}{d}}\right)^{2}}

(relación del área de escala por un polinomio factor).

Los estudios que comparan estas fórmulas analíticas con los resultados computacionales de fuerza bruta muestran que las fórmulas se pueden hacer más precisas, en rangos prácticos de tamaños de matrices y relaciones de aspecto, ajustando los coeficientes de las correcciones a valores por encima o por debajo de la unidad, y reemplazando la dimensión de matriz lineal S {\displaystyle {\sqrt {S}}}

con ( H + W ) / 2 {\displaystyle (H+W)/2}

(longitud lateral media) en el caso de matrices con gran relación de aspecto: D P W = π d 2 4 S-0.58 ∗ π d S {\displaystyle DPW={\frac {\displaystyle \pi d^{2}}{4S}}-0.58^{*}{\frac {\displaystyle \pi d}{\sqrt {S}}}}

o D P W = ( π d 2 4 S ) exp ⁡ ( − 2.32 ∗ S / d ) {\displaystyle DPW=\left({\frac {\displaystyle \pi d^{2}}{4S}}\right)\exp(-2.32^{*}{\sqrt {S}}/d)}

o D P W = π d 2 4 S ( 1 − 1.16 ∗ S d ) 2 {\displaystyle DPW={\frac {\displaystyle \pi d^{2}}{4S}}\left(1-{\frac {\displaystyle 1.16^{*}{\sqrt {S}}}{d}}\right)^{2}}

.

Cristalina orientationEdit

Diamante cúbico estructura cristalina del silicio de la celda unidad

Pisos puede ser usado para denotar el dopaje y la orientación cristalográfica. El rojo representa el material que se ha eliminado.

Las obleas se cultivan a partir de cristal que tiene una estructura de cristal regular, con silicio que tiene una estructura cúbica de diamante con una separación de celosía de 5,430710 Å (0,5430710 nm). Cuando se corta en obleas, la superficie se alinea en una de varias direcciones relativas conocidas como orientaciones de cristal. La orientación se define por el índice de Miller, siendo las caras (100) o (111) las más comunes para el silicio.La orientación es importante ya que muchas de las propiedades estructurales y electrónicas de un solo cristal son altamente anisotrópicas. Las profundidades de implantación de iones dependen de la orientación del cristal de la oblea, ya que cada dirección ofrece caminos distintos para el transporte.

La hendidura de obleas normalmente ocurre solo en unas pocas direcciones bien definidas. Anotar la oblea a lo largo de los planos de hendidura permite que se corte fácilmente en troqueles individuales («troqueles») para que los miles de millones de elementos de circuito individuales en una oblea promedio se puedan separar en muchos circuitos individuales.

Muescas de orientación cristalográficaeditar

Las obleas de menos de 200 mm de diámetro tienen planos cortados en uno o más lados que indican los planos cristalográficos de la oblea (generalmente una cara {110}). En obleas de generación anterior, un par de planos en diferentes ángulos transmitían adicionalmente el tipo de dopaje (ver ilustración para convenciones). Las obleas de 200 mm de diámetro y superiores utilizan una sola muesca pequeña para transmitir la orientación de las obleas, sin indicación visual del tipo de dopaje.

Dopaje de impuridadeditar

Las obleas de silicio generalmente no son 100% de silicio puro, sino que se forman con una concentración inicial de dopaje de impurezas entre 1013 y 1016 átomos por cm3 de boro, fósforo, arsénico o antimonio que se agrega a la masa fundida y define la oblea como de tipo n a granel o de tipo p. Sin embargo, en comparación con la densidad atómica del silicio monocristal de 5×1022 átomos por cm3, esto sigue dando una pureza superior al 99,9999%. Las obleas también se pueden proporcionar inicialmente con cierta concentración de oxígeno intersticial. La contaminación de carbono y metálica se mantiene al mínimo. Los metales de transición, en particular, deben mantenerse por debajo de las concentraciones de partes por mil millones para aplicaciones electrónicas.