Standardikiekot
Silikonikiekot
piikiekkoja on saatavana eri halkaisijoilta 25,4 mm (1 tuumaa) – 300 mm (11,8 tuumaa). Puolijohteiden valmistuslaitokset, joita kutsutaan puhekielessä fabs-yksiköiksi, määritellään niiden kiekkojen halkaisijan mukaan, joita varten niitä käytetään. Halkaisija on vähitellen kasvanut, jotta voidaan parantaa läpimenokykyä ja vähentää kustannuksia nykyisellä huipputeknisellä toiminnallista ilmatilan lohkoa käyttäen 300 mm, ja ehdotetaan 450 mm: n käyttöönottoa. Intel, TSMC ja Samsung tekivät erikseen tutkimusta 450 mm ”prototyyppi” (tutkimus) fabs kynnyksellä, vaikka vakavia esteitä on edelleen.
| kiekkojen koko | tyypillinen paksuus | käyttöön otettu vuosi | paino kiekkoa kohti | 100 mm2 (10 mm) die kiekkoa kohti |
|---|---|---|---|---|
| 1-tuumainen (25 mm) | 275 µm | |||
| 3-tuumainen (76 mm) | 375 μm | 1972 | ||
| 4-inch (100 mm) | 525 μm | 1976 | 10 grams | 56 |
| 4.9 inch (125 mm) | 625 μm | 1981 | ||
| 150 mm (5.9 inch, usually referred to as ”6 inch”) | 675 μm | 1983 | ||
| 200 mm (7.9 inch, usually referred to as ”8 inch”) | 725 μm. | 1992 | 53 grams | 269 |
| 300 mm (11.8 tuumaa, yleensä ”12 tuumaa”) | 775 µm | 2002 | 125 grammaa | 640 |
| 450 mm (17, 7 tuumaa) (ehdotettu) | 925 µm | – | 1490 | |
| 675 millimetriä (26, 6 tuumaa) (teoreettinen) | tuntematon. | – |
kiekkojen, jotka on kasvatettu muilla aineilla kuin piillä, paksuus on erilainen kuin piikiekkojen, joiden halkaisija on sama. Kiekkojen paksuus määritetään käytetyn materiaalin mekaanisen lujuuden perusteella; kiekkojen on oltava riittävän paksuja, jotta ne kestävät oman painonsa halkeilematta käsittelyn aikana. Taulukoidut paksuudet liittyvät siihen, kun kyseinen prosessi otettiin käyttöön, eivätkä ne välttämättä ole tällä hetkellä oikein, esimerkiksi IBM: n bicmos7wl-prosessi on 8: ssa kiekoissa, mutta nämä ovat vain 200um paksuisia. Kiekkojen paino nousee paksuuden ja halkaisijan mukana.
kiekkojen koon Historiallinen kasvu
yksikkökiekon valmistusvaihe, kuten etch-vaihe, voi tuottaa enemmän siruja suhteessa kiekkojen pinta-alan kasvuun, kun taas yksikkövalmistusvaiheen kustannukset nousevat hitaammin kuin kiekkojen pinta-ala. Tämä oli kustannusperuste kiekkojen koon kasvattamiselle. Muuntaminen 300 mm: n kiekkoihin 200 mm: n kiekoista alkoi toden teolla vuonna 2000 ja alensi die: n hintaa noin 30-40%. Suurempi halkaisija kiekot mahdollistavat enemmän kuolee kiekkoa kohti.
Aurinkosähkömedit
M1-kiekkojen koko (156,75 mm) on poistumassa käytöstä Kiinassa vuodesta 2020 alkaen. Useita standardikokoja on syntynyt, joten M10-standardin (182 mm) tuottaminen on jatkuvaa työtä. Kuten semiconductor serkku, kustannusten alasajo on tärkein ajuri, vaikka puhtausvaatimukset ovat täysin erilaiset.
ehdotettua 450 mm: n siirtymää
vastustetaan huomattavasti 450 mm: n siirtymää mahdollisesta tuottavuuden paranemisesta huolimatta, koska ollaan huolissaan sijoitetun pääoman riittämättömästä tuotosta. On myös kysymyksiä, jotka liittyvät lisääntyneeseen terän ja reunan väliseen kiekkojen vaihteluun ja uusiin reunavirheisiin. 450 mm: n kiekkojen odotetaan maksavan 4 kertaa niin paljon kuin 300 mm: n kiekkojen, ja laitekustannusten odotetaan nousevan 20-50%. Korkeammat kustannukset puolijohde valmistus laitteet suurempia kiekkoja lisää kustannuksia 450 mm fabs (puolijohde valmistus tilat tai tehtaat). Litografi Chris Mack väitti vuonna 2012, että 450 mm: n kiekkojen kokonaishinta Dialia kohden laskisi vain 10-20 prosenttia verrattuna 300 mm: n kiekkoihin, koska yli 50 prosenttia kiekkojen kokonaiskäsittelykustannuksista liittyy litografiaan. Siirtyminen suurempiin 450 mm: n kiekkoihin alentaisi stanssikohtaista hintaa vain prosesseissa, kuten etch: ssä, jossa kustannukset liittyvät kiekkojen määrään, ei kiekkojen pinta-alaan. Litografian kaltaisten prosessien kustannukset ovat suhteessa kiekkojen pinta-alaan, eivätkä suuremmat kiekot vähentäisi litografian osuutta kuoppakustannuksista. Nikon suunnitteli toimittavansa 450 mm: n litografialaitteet vuonna 2015 ja volyymituotannon vuonna 2017. Marraskuussa 2013 ASML keskeytti 450 mm litografialaitteiden kehittämisen vedoten lastuajien kysynnän epävarmaan ajoitukseen.
450 mm: n aikajanaa ei ole lyöty lukkoon. Vuonna 2012 odotettiin, että 450 mm: n tuotanto alkaisi vuonna 2017, mikä ei koskaan toteutunut. Micron Technologyn silloinen toimitusjohtaja Mark Durcan sanoi helmikuussa 2014, että hän odottaa 450 mm: n käyttöönoton lykkääntyvän määräämättömäksi ajaksi tai keskeytyvän. ”En ole vakuuttunut siitä, että 450mm tulee koskaan tapahtumaan, mutta siinä määrin kuin se tapahtuu, se on kaukana tulevaisuudessa. Micronille ei ole paljon tarvetta ainakaan seuraavien viiden vuoden aikana käyttää paljon rahaa 450mm: ään. laiteyhteisössä on paljon investointeja, jotka täytyy tehdä, jotta se tapahtuu. Ja arvo loppujen lopuksi-jotta asiakkaat ostaisivat nämä laitteet-on mielestäni kyseenalainen.”Maaliskuussa 2014 Intel Corporation odotti 450 mm: n käyttöönottoa vuoteen 2020 mennessä (tämän vuosikymmenen loppuun mennessä). Mark LaPedus semiengineeringistä.com raportoi puolivälissä 2014, että chipmakers oli viivästynyt hyväksymistä 450 mm ” lähitulevaisuudessa.”Tämän raportin mukaan jotkut tarkkailijat odottivat 2018-2020, kun taas VLSI Researchin toimitusjohtaja G. Dan Hutcheson ei nähnyt 450mm fabsin siirtymistä tuotantoon vuoteen 2020-2025.
300 mm: n porrastus edellytti suuria muutoksia: täysin automatisoidut tehtaat käyttivät 300 mm: n kiekkoja verrattuna tuskin automatisoituihin tehtaisiin 200 mm: n kiekkojen osalta osittain siksi, että 300 mm: n kiekkojen muodostama ryhmä painaa noin 7,5 kilogrammaa, kun se on kuormitettu 25 300 mm: n kiekoilla, joissa SMIF painaa noin 4.8 kiloa kuormitettuna 25 200 mm: n kiekoilla, mikä vaatii kaksinkertaisen määrän fyysistä voimaa tehdastyöläisiltä ja lisää väsymystä. 300mm FOUPs on kahvat niin, että niitä voidaan edelleen siirtää käsin. 450 mm Foupit painavat 45 kilogrammaa, kun kuormana on 25 450 mm kiekkoja, joten nostureita tarvitaan foupien käsikäsittelyyn, eikä kahvat enää ole FOUPISSA. Foupit liikkuvat Muratecin tai Daifukun materiaalinkäsittelyjärjestelmillä. Nämä suuret investoinnit tehtiin dot-com-kuplan jälkeisessä talouden laskusuhdanteessa, mikä johti valtavaan vastustukseen korottaa se 450 millimetriin alkuperäiseen aikatauluun mennessä. Ramppi-jopa 450 mm, kristalli harkot on 3 kertaa raskaampaa (kokonaispaino metrinen tonni) ja kestää 2-4 kertaa kauemmin jäähtyä, ja prosessi aika on kaksinkertainen. Kaiken kaikkiaan 450 mm: n kiekkojen kehittäminen vaatii merkittävää suunnittelua, aikaa ja kustannuksia.
analyyttinen stanssimäärä estimationEdit
jotta minimoitaisiin kustannukset stanssia kohti, valmistajat haluavat maksimoida stanssien määrän, joka voidaan tehdä yhdestä kiekkoa; stanssit ovat aina neliön tai suorakaiteen muotoisia, koska kiekkojen kuutiointi on rajoitettu. Yleensä tämä on laskennallisesti monimutkainen ongelma, jossa ei ole analyyttistä ratkaisua, riippuu sekä pinta-ala kuolee sekä niiden kuvasuhde (neliö tai suorakulmainen) ja muut näkökohdat, kuten leveys kirjurinlinja tai näki kaista, ja ylimääräistä tilaa käytössä kohdistus ja testi rakenteita. Huomaa, että brutto hiukkassuodattimen kaavojen huomioon vain kiekkojen alue, joka on menetetty, koska sitä ei voida käyttää fyysisesti täydellinen kuolee; brutto hiukkassuodattimen laskelmat eivät ota huomioon satotappio johtuu vikoja tai parametrisia kysymyksiä.
kuitenkin bruttokuoppien lukumäärä kiekkoa kohti (DPW) voidaan arvioida ensimmäisen kertaluvun approksimaatiosta tai kiekkojen pinta-alan suhteesta alkaen,
D P w = ⌊ π d 2 4 s ⌋ {\displaystyle DPW=\left\lfloor {\frac {\pi d^{2}}{4S}}\right\rfloor }
,
missä d {\displaystyle d}
on kiekkojen läpimitta (tyypillisesti mm) ja S {\displaystyle S}
kunkin muotin koko (mm2) mukaan lukien leveys scribeline (tai jos kyseessä on saha lane, kerf plus toleranssi). Tämä kaava yksinkertaisesti todetaan, että määrä kuolee, joka mahtuu kiekko ei voi ylittää pinta-ala Kiekko jaettuna pinta-ala kunkin yksittäisen kuolee. Siinä yliarvioidaan aina paras mahdollinen hiukkassuodattimen brutto, koska se sisältää osittain kuvioidut muotit, jotka eivät ole täysin kiekkojen pinnalla (KS.kuva). Nämä osittain kuviollinen kuolee eivät edusta täydellinen ICs, joten niitä ei voida myydä toiminnallisina osina.
tämän yksinkertaisen kaavan tarkennukset lisäävät tyypillisesti särmäkorjauksen, joka huomioi reunassa olevat osittaiset muotit, jotka yleensä ovat merkittävämpiä, kun muotin pinta-ala on suuri verrattuna kiekkojen kokonaispinta-alaan. Toisessa rajoittavassa tapauksessa (äärettömän pienet muotit tai äärettömän suuret kiekot) särmäkorjaus on mitätön.
korjauskerroin tai korjauskermi on yleensä jokin de Vriesin mainitsemista muodoista:
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 {2s}}}}
(area ratio – ympärysmitta/(die diagonal length)) tai d p w = ( π d 2 4 s ) Exp ( − 2 S / D ) {\displaystyle DPW=\Left({\frac {\displaystyle \Pi d^{2}}{4S}}\right)\Exp(-2{\sqrt {S})}/D)}
(pinta-alan suhde skaalattuna eksponentiaalinen tekijä) tai 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}}
(pinta-alan suhde, joka skaalataan polynomikertoimella).
tutkimukset, joissa näitä analyyttisiä kaavoja verrataan brute-force − laskentatuloksiin, osoittavat, että kaavoja voidaan tarkentaa käytännön muotin koko-ja kuvasuhteiden välillä säätämällä korjauskertoimia ykseyden ylä-tai alapuolella oleviin arvoihin ja korvaamalla lineaarinen die-dimensio s {\displaystyle {\sqrt {s}}
kanssa ( H + W ) / 2 {\displaystyle (h+W)/2}
(keskimääräinen sivun pituus), kun kyseessä on muotit, joilla on suuri kuvasuhde: 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}}}}
tai 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)}
tai 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}}
.
kiteisellä orientaatiolla
kiekkoja kasvatetaan kiderakenteeltaan säännöllisistä piistä, jonka timanttikuutiorakenne on 5,430710 Å (0,5430710 nm). Kiekoiksi leikattaessa pinta on kohdistettu yhteen useista suhteellisista suunnista, joita kutsutaan kristallisuunniksi. Suunta määritellään Millerin indeksillä, jossa (100) tai (111) tahkot ovat yleisimpiä Piille.Orientaatio on tärkeää, koska monet yksikiteen rakenteelliset ja elektroniset ominaisuudet ovat erittäin anisotrooppisia. Ioni-istutussyvyydet riippuvat kiekkojen kidesuunnasta, sillä jokainen suunta tarjoaa erilliset kulkureitit kuljetusta varten.
kiekkojen pilkkoutuminen tapahtuu tyypillisesti vain muutamissa tarkoin määritellyissä suunnissa. Pisteytys Kiekko pitkin pilkkominen tasot avulla se voidaan helposti kuutioida yksittäisten sirut (”kuolee”) niin, että miljardeja yksittäisiä piiri elementtejä keskimääräinen Kiekko voidaan erottaa monia yksittäisiä piirejä.
Kristallografinen orientaatio notchesEdit
halkaisijaltaan alle 200 mm: n kiekkojen yhdelle tai useammalle sivulle on leikattu tasoja, jotka osoittavat kiekkojen kristallografiset tasot (yleensä {110} pinta). Aikaisemman sukupolven kiekoissa eri kulmissa olevat kerrostumat välittivät lisäksi dopingtyypin (katso havainnekuva konventioista). Halkaisijaltaan vähintään 200 mm: n kiekoissa käytetään yhtä pientä lovea välittämään kiekkojen suuntaa, eikä niissä näy doping-tyyppiä.
epäpuhtaus dopingEdit
piikiekot eivät yleensä ole 100% puhdasta piitä, vaan niiden alkuperäinen epäpuhtaus dopingpitoisuus on 1013-1016 atomia per cm3 booria, fosforia, arseenia tai antimonia, joka lisätään sulaan ja määrittelee kiekkojen olevan joko irtotavarana n-tyyppiä tai p-tyyppiä. Verrattuna yksikiteisen piin atomitiheyteen, joka on 5×1022 atomia per cm3, tämä antaa kuitenkin puhtausasteen yli 99,9999%. Kiekoissa voi olla aluksi myös jonkin verran interstitiaalista happipitoisuutta. Hiili – ja metallikontaminaatio pidetään minimissä. Erityisesti siirtymämetallien pitoisuudet on pidettävä alle miljardiosan elektronisissa sovelluksissa.