standardowe rozmiary wafelówedit

SiliconEdit

wafle krzemowe są dostępne w różnych średnicach od 25,4 mm (1 cal) do 300 mm (11,8 cala). Zakłady produkcji półprzewodników, potocznie znane jako fabs, są zdefiniowane przez średnicę płytek, które są obrabiane do produkcji. Średnica stopniowo zwiększała się, aby poprawić wydajność i obniżyć koszty dzięki zastosowaniu najnowocześniejszego fab 300 mm, z propozycją przyjęcia 450 mm. Intel, TSMC i Samsung oddzielnie prowadziły badania do pojawienia się 450 mm „prototypu” (badania) fabs, choć poważne przeszkody pozostają.

płytki 2-calowe (51 mm), 4-calowe (100 mm), 6-calowe (150 mm) i 8-calowe (200 mm)

Wafle uprawiane przy użyciu materiałów innych niż krzem będą miały inną grubość niż wafle krzemowe o tej samej średnicy. Grubość płytek zależy od wytrzymałości mechanicznej użytego materiału; wafel musi być wystarczająco gruby, aby utrzymać swój ciężar bez pękania podczas przenoszenia. Tabelaryczne grubości odnoszą się do czasu wprowadzenia tego procesu i nie są obecnie poprawne, na przykład proces IBM BiCMOS7WL jest na 8 w płytkach, ale mają tylko 200um grubości. Waga wafla rośnie wraz z jego grubością i średnicą.

historyczny wzrost wielkości wafelówedit

etap produkcji płytek jednostkowych, taki jak etap wytrawiania, może wytworzyć więcej wiórów proporcjonalnie do wzrostu powierzchni płytek, podczas gdy koszt etapu produkcji jednostkowej rośnie wolniej niż powierzchnia płytek. Była to podstawa kosztowa dla zwiększenia rozmiaru płytek. Konwersja na płytki 300 mm z płytek 200 mm rozpoczęła się na dobre w 2000 roku i obniżyła cenę za matrycę o 30-40%. Wafle o większej średnicy pozwalają na więcej matrycy na wafel.

PhotovoltaicEdit

rozmiar wafla M1 (156,75 mm) jest w trakcie wycofywania w Chinach od 2020 roku. Powstało wiele niestandardowych rozmiarów, więc starania o wyprodukowanie standardu M10 (182 mm) są ciągłym wysiłkiem. Podobnie jak w przypadku półprzewodników, obniżenie kosztów jest głównym czynnikiem napędowym, mimo że wymagania dotyczące czystości są zupełnie inne.

proponowane przejście 450 mmedytuj

pomimo możliwej poprawy wydajności, ze względu na obawy o niewystarczający zwrot z inwestycji, istnieje znaczna odporność na przejście 450 mm. Istnieją również problemy związane ze zwiększoną zmiennością płytek między matrycami / krawędziami i dodatkowymi wadami krawędzi. Oczekuje się, że płytki 450 mm będą kosztować 4 razy więcej niż płytki 300 mm, a koszty sprzętu wzrosną o 20 do 50%. Wyższy koszt produkcji półprzewodników sprzęt do większych płytek zwiększa koszt 450 mm fabs (zakładów produkcji półprzewodników lub fabryk). Litograf Chris Mack stwierdził w 2012 r., że całkowita cena matrycy za płytki 450 mm zostanie obniżona tylko o 10-20% w porównaniu do płytek 300 mm, ponieważ ponad 50% całkowitych kosztów przetwarzania płytek jest związanych z litografią. Konwersja na większe płytki 450 mm obniżyłaby cenę za matrycę tylko w przypadku operacji procesowych, takich jak wytrawianie, w których koszt jest związany z liczbą płytek, a nie powierzchnią płytek. Koszt procesów takich jak litografia jest proporcjonalny do powierzchni płytek, a większe płytki nie zmniejszyłyby udziału litografii w kosztach matrycy. Firma Nikon planowała dostarczyć sprzęt litograficzny 450 mm w 2015 r., a produkcja seryjna w 2017 r. W listopadzie 2013 r. ASML wstrzymało prace nad sprzętem do litografii 450 mm, powołując się na niepewny czas zapotrzebowania na chipmaker.

oś czasu dla 450 mm nie została ustalona. W 2012 roku spodziewano się, że produkcja 450 mm rozpocznie się w 2017 roku, co nigdy nie zostało zrealizowane. Mark Durcan, ówczesny dyrektor generalny Micron Technology, powiedział w lutym 2014, że spodziewa się, że przyjęcie 450 mm zostanie opóźnione w nieskończoność lub przerwane. „Nie jestem przekonany, czy 450 mm kiedykolwiek się wydarzy, ale w takim stopniu, w jakim się wydarzy, jest to długa droga w przyszłości. Nie ma potrzeby, aby Micron, przynajmniej w ciągu najbliższych pięciu lat, wydawał dużo pieniędzy na 450 mm. jest wiele inwestycji, które muszą przejść w społeczności sprzętu, aby tak się stało. A wartość na koniec dnia – aby klienci kupowali ten sprzęt-myślę, że jest wątpliwa.”Według stanu na Marzec 2014 r.Intel Corporation spodziewał się wdrożenia 450 mm do 2020 r. (do końca tej dekady). Mark LaPedus z semiengineering.com poinformował w połowie 2014 r., że producenci chipów opóźnili przyjęcie 450 mm ” w dającej się przewidzieć przyszłości.”Według tego raportu niektórzy obserwatorzy spodziewali się 2018-2020, podczas gdy G. Dan Hutcheson, dyrektor generalny VLSI Research, nie widział, aby fabs 450 mm weszły do produkcji aż do 2020-2025.

krok do 300 mm wymagał poważnych zmian, w pełni zautomatyzowanych fabrykach stosujących wafle 300 mm w porównaniu z ledwo zautomatyzowanymi fabrykami wafli 200 mm, częściowo dlatego, że FOUP dla wafli 300 mm waży około 7,5 kilograma po załadowaniu 25 wafli 300 mm, gdzie SMIF waży około 4.8 kg przy załadowaniu 25 200 mm płytek, co wymaga dwukrotnej siły fizycznej od pracowników fabryki i zwiększa zmęczenie. Foupy 300 mm mają uchwyty, dzięki czemu można je nadal przesuwać ręcznie. Foupy 450 mm ważą 45 kg przy załadowaniu 25 płytek 450 mm, dlatego do ręcznego przenoszenia Foupów niezbędne są dźwigi, a uchwyty nie występują już w FOUPIE. Foupy są przemieszczane za pomocą systemów przenoszenia materiałów z Muratec lub Daifuku. Te duże inwestycje zostały podjęte w wyniku spowolnienia gospodarczego po bańce dot-com, co spowodowało ogromny opór przed modernizacją do 450 mm w pierwotnym terminie. Na rampie-do 450 mm, wlewki kryształów będą 3 razy cięższe (całkowita waga na tonę metryczną) i trwać 2-4 razy dłużej, a czas procesu będzie podwójny. Ogólnie rzecz biorąc, opracowanie płytek 450 mm wymaga znaczącej inżynierii, czasu i kosztów do pokonania.

analityczne szacowanie liczby matrycedytuj

w celu zminimalizowania kosztów na matrycę, producenci chcą zmaksymalizować liczbę matryc, które mogą być wykonane z jednego wafla; matryce zawsze mają kształt Kwadratowy lub prostokątny ze względu na ograniczenie kostkowania wafla. Ogólnie rzecz biorąc, jest to złożony obliczeniowo problem bez rozwiązania analitycznego, zależny zarówno od powierzchni matryc, jak i ich współczynnika kształtu (kwadratowego lub prostokątnego) i innych czynników, takich jak szerokość linii zapisu lub pasa piły oraz dodatkowej przestrzeni zajmowanej przez wyrównanie i struktury testowe. Należy pamiętać, że formuły brutto DPW stanowią tylko dla obszaru wafla, który jest utracony, ponieważ nie można go wykorzystać do fizycznie kompletnych matryc; obliczenia brutto DPW nie uwzględniają utraty wydajności z powodu wad lub problemów parametrycznych.

Wafermap pokazuje w pełni wzorzyste Matryce i częściowo wzorzyste matryce, które nie w pełni leżą wewnątrz płytki.

jednak liczbę brutto matrycy na wafel (DPW) można oszacować, zaczynając od przybliżenia pierwszego rzędu lub stosunku powierzchni płytki do matrycy,

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

,

gdzie d {\displaystyle d}

to średnica wafla (zazwyczaj w mm) i s {\displaystyle S}

rozmiar każdej matrycy (mm2), w tym Szerokość scribeline (lub w przypadku pasa piły, szczelina plus tolerancja). Ten wzór po prostu stwierdza, że liczba matryc, które mogą zmieścić się na waflu, nie może przekraczać obszaru wafla podzielonego przez obszar każdej pojedynczej matrycy. Zawsze będzie przeceniać prawdziwy najlepszy przypadek brutto DPW, ponieważ obejmuje obszar częściowo wzorzystych matryc, które nie w pełni leżą na powierzchni wafla (patrz rysunek). Te częściowo wzorzyste matryce nie reprezentują kompletnych układów scalonych, więc nie mogą być sprzedawane jako części funkcjonalne.

udoskonalenia tego prostego wzoru zazwyczaj dodają korektę krawędzi, aby uwzględnić częściowe matryce na krawędzi, co na ogół będzie bardziej znaczące, gdy obszar matrycy jest duży w porównaniu do całkowitej powierzchni płytki. W drugim przypadku ograniczającym (nieskończenie małe matryce lub nieskończenie duże płytki) korekcja krawędzi jest znikoma.

współczynnik korekcyjny lub termin korekcyjny przyjmuje zazwyczaj jedną z form przytoczonych przez 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 {2s}}}}

(współczynnik powierzchni – obwód/(długość przekątnej)) lub 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)}

(współczynnik powierzchni skalowany przez współczynnik wykładniczy) lub 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}}

(współczynnik powierzchni skalowany przez wielomian).

badania porównujące te formuły analityczne z wynikami obliczeń brute-force pokazują, że formuły mogą być dokładniejsze, w praktycznych zakresach rozmiarów matryc i proporcji, poprzez dostosowanie współczynników korekcji do wartości powyżej lub poniżej jedności oraz poprzez zastąpienie liniowego wymiaru matrycy S {\displaystyle {\sqrt {s}}}

za pomocą ( H + W ) / 2 {\displaystyle {\sqrt {s}} displaystyle (h+W)/2}

(średnia długość boku) w przypadku matryc o dużych proporcjach: D P w = π D 2 4 S − 0.58 π π D s {\displaystyle DPW={\frac {\displaystyle \pi d^{2}}{4S}}-0,58^{*}{\frac {\displaystyle \pi d}{\sqrt {S}}}}

lub 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)}

lub 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}}

.

krystaliczna orientacjaedit

diamentowa sześcienna struktura krystaliczna Krzemowej komórki jednostkowej

Czerwony oznacza materiał, który został usunięty.

płytki są wyhodowane z kryształu o regularnej strukturze krystalicznej, z krzemem o strukturze diamentowo-sześciennej z rozstawem siatki 5,430710 Å (0,5430710 nm). Po cięciu na płytki powierzchnia jest wyrównana w jednym z kilku względnych kierunków znanych jako orientacje kryształów. Orientacja jest zdefiniowana przez indeks Millera z (100) lub (111) twarzami będącymi najczęstszymi dla krzemu.Orientacja jest ważna, ponieważ wiele właściwości strukturalnych i elektronicznych pojedynczego kryształu jest wysoce anizotropowych. Głębokość implantacji jonów zależy od orientacji kryształu płytki, ponieważ każdy kierunek oferuje różne ścieżki transportu.

rozszczepienie płytki występuje zwykle tylko w kilku dobrze zdefiniowanych kierunkach. Punktowanie wafla wzdłuż płaszczyzn cięcia pozwala na łatwe pokrojenie go w pojedyncze chipy („matryce”), dzięki czemu miliardy pojedynczych elementów obwodu na przeciętnym waflu można podzielić na wiele indywidualnych obwodów.

wskazówki dotyczące orientacji Krystalograficznejedytuj

Wafle o średnicy poniżej 200 mm mają płaskowniki pocięte na jeden lub więcej boków wskazujących płaszczyzny krystalograficzne wafla (Zwykle twarz {110}). W płytkach wczesnej generacji para mieszkań pod różnymi kątami dodatkowo przenosiła Typ dopingu (patrz ilustracja dla konwencji). Wafle o średnicy 200 mm i większej wykorzystują pojedyncze małe wycięcie do przenoszenia orientacji wafli, bez wizualnego wskazania typu dopingu.

doping do Zanieczyszczeniaedit

wafle krzemowe na ogół nie są w 100% czystym krzemem, ale zamiast tego powstają przy początkowym stężeniu domieszkowania zanieczyszczeń między 1013 a 1016 atomami na cm3 boru, fosforu, arsenu lub antymonu, który jest dodawany do stopu i definiuje wafel jako luzem typu N lub typu P. Jednak w porównaniu z monokrystaliczną gęstością atomową krzemu wynoszącą 5 × 1022 atomów na cm3, nadal daje to czystość większą niż 99,9999%. Wafle mogą być również początkowo zaopatrzone w pewne śródmiąższowe stężenie tlenu. Zanieczyszczenia węglowe i metaliczne są ograniczone do minimum. W szczególności metale przejściowe muszą być utrzymywane poniżej stężenia części na miliard dla zastosowań elektronicznych.