standard wafer sizesEdit

SiliconEdit

kiselskivor finns i olika diametrar från 25,4 mm (1 tum) till 300 mm (11,8 tum). Halvledartillverkningsanläggningar, allmänt kända som fabs, definieras av diametern på skivor som de är bearbetade för att producera. Diametern har gradvis ökat för att förbättra genomströmningen och minska kostnaderna med den nuvarande toppmoderna fab med 300 mm, med ett förslag om att anta 450 mm. Intel, TSMC och Samsung genomförde separat forskning till tillkomsten av 450 mm ”prototyp” (forskning) fabs, även om allvarliga hinder kvarstår.

2-tums (51 mm), 4-tums (100 mm), 6-tums (150 mm) och 8-tums (200 mm) skivor

skivor som odlas med andra material än kisel kommer att ha olika tjocklekar än en kiselskiva med samma diameter. Wafertjockleken bestäms av den mekaniska hållfastheten hos det använda materialet; skivan måste vara tillräckligt tjock för att stödja sin egen vikt utan att spricka under hanteringen. De tabulerade tjocklekarna relaterar till när den processen introducerades och är inte nödvändigtvis korrekta för närvarande, till exempel IBM BiCMOS7WL-processen är på 8 i skivor, men dessa är bara 200um tjocka. Skivans vikt går upp tillsammans med dess tjocklek och diameter.

Historiska ökningar av wafer sizeEdit

en enhet wafer tillverkningssteg, såsom ett etsningssteg, kan producera fler chips proportionella mot ökningen av waferområdet, medan kostnaden för enhetstillverkningssteget går upp långsammare än waferområdet. Detta var kostnadsbasen för att öka skivstorleken. Konvertering till 300 mm wafers från 200 mm wafers började på allvar i 2000, och sänkte priset per dö om 30-40%. Större diameter wafers möjliggör mer dö per wafer.

Fotovoltaicedit

M1 skivstorlek (156,75 mm) håller på att fasas ut i Kina från och med 2020. Ett antal icke-standardstorlekar har uppstått, så ansträngningar att producera M10-standard (182 mm) är en pågående insats. Liksom halvledarkusin är det främsta drivkraften att köra ner kostnaderna trots att renhetskraven är helt olika.

föreslagen övergång på 450 mm

det finns ett stort motstånd mot övergången på 450 mm trots den möjliga produktivitetsförbättringen, på grund av oro för otillräcklig avkastning på investeringen. Det finns också frågor relaterade till ökad inter-die / kant-till-kant wafer variation och ytterligare kantdefekter. 450mm wafers förväntas kosta 4 gånger så mycket som 300mm wafers, och utrustningskostnaderna förväntas stiga med 20 till 50%. Högre kostnad halvledartillverkningsutrustning för större skivor ökar kostnaden för 450 mm fabriker (halvledartillverkningsanläggningar eller fabriker). Litograf Chris Mack hävdade 2012 att det totala priset per dö för 450 mm skivor skulle minskas med endast 10-20% jämfört med 300 mm skivor, eftersom över 50% av de totala skivbehandlingskostnaderna är litografirelaterade. Konvertering till större 450 mm skivor skulle minska priset per dö endast för processoperationer som etsning där kostnaden är relaterad till wafer count, inte wafer area. Kostnaden för processer som litografi är proportionell mot waferområdet, och större wafers skulle inte minska litografibidraget till die-kostnaden. Nikon planerade att leverera 450 mm litografiutrustning 2015, med volymproduktion 2017. I November 2013 pausade ASML utvecklingen av 450 mm litografiutrustning, med hänvisning till osäker tidpunkt för chipmaker efterfrågan.

tidslinjen för 450 mm har inte fastställts. Under 2012 förväntades att 450 mm produktion skulle starta 2017, vilket aldrig insåg. Mark Durcan, då VD för Micron Technology, sa i februari 2014 att han förväntar sig att 450 mm adoption ska försenas på obestämd tid eller avbrytas. ”Jag är inte övertygad om att 450mm någonsin kommer att hända, men i den utsträckning det gör det är det långt ut i framtiden. Det finns inte mycket nödvändighet för Micron, åtminstone under de kommande fem åren, att spendera mycket pengar på 450mm. det finns mycket investeringar som måste fortsätta i utrustningsgemenskapen för att få det att hända. Och värdet i slutet av dagen – så att kunderna skulle köpa den utrustningen – tycker jag är tveksamt.”Från och med mars 2014 förväntade Intel Corporation 450 mm distribution senast 2020 (i slutet av detta decennium). Markera LaPedus av semiengineering.com rapporterade i mitten av 2014 att chipmakare hade försenat antagandet av 450 mm ”under överskådlig framtid.”Enligt denna rapport förväntade vissa observatörer 2018 till 2020, medan G. Dan Hutcheson, VD för VLSI Research, inte såg 450mm fabs flytta till produktion fram till 2020 till 2025.

steget upp till 300 mm krävde stora förändringar, med helautomatiska fabriker med 300 mm skivor jämfört med knappt automatiserade fabriker för 200 mm skivor, delvis för att en FOUP för 300 mm skivor väger ca 7.5 kg när den laddas med 25 300 mm skivor där en SMIF väger ca 4.8 kg när den laddas med 25 200 mm skivor, vilket kräver dubbelt så mycket fysisk styrka från fabriksarbetare och ökad trötthet. 300mm FOUPs har handtag så att de fortfarande kan flyttas för hand. 450mm FOUPs väger 45 kg när de laddas med 25 450 mm wafers, så kranar är nödvändiga för att manuellt hantera FOUPs och handtag finns inte längre i FOUP. FOUPs flyttas runt med hjälp av materialhanteringssystem från Muratec eller Daifuku. Dessa stora investeringar gjordes i den ekonomiska nedgången efter dot-com-bubblan, vilket resulterade i stort motstånd mot uppgradering till 450 mm enligt den ursprungliga tidsramen. På rampen-upp till 450 mm kommer kristalltackorna att vara 3 gånger tyngre (totalvikt ett metriskt ton) och ta 2-4 gånger längre tid att svalna, och processtiden blir dubbel. Allt sagt, utvecklingen av 450 mm skivor kräver betydande teknik, tid och kostnad att övervinna.

analytisk die count estimationEdit

för att minimera kostnaden per dö, tillverkare vill maximera antalet dör som kan göras från en enda skiva; dör har alltid en kvadratisk eller rektangulär form på grund av begränsningen av wafer dicing. I allmänhet är detta ett beräkningsmässigt komplext problem utan analytisk lösning, beroende på både matrisområdet och deras bildförhållande (kvadratisk eller rektangulär) och andra överväganden såsom bredden på skribenten eller sågfältet och ytterligare utrymme upptaget av inriktnings-och teststrukturer. Observera att brutto DPW-formler endast står för waferområde som går förlorat eftersom det inte kan användas för att göra fysiskt fullständiga dör; brutto DPW-beräkningar tar inte hänsyn till avkastningsförlust på grund av defekter eller parametriska problem.

Wafermap visar helt mönstrade dör och delvis mönstrade dör som inte helt ligger inom skivan.

Icke desto mindre kan antalet brutto dö per skiva (DPW) uppskattas med början med första ordningens approximation eller wafer-till-die-områdesförhållande,

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

,

där d {\displaystyle d}

är skivdiametern (typiskt i mm) och s {\displaystyle s}

storleken på varje munstycke (mm2) inklusive bredden på scribeline ( eller i fallet med en sågfält, spåret plus en tolerans). Denna formel anger helt enkelt att antalet dör som kan passa på skivan inte kan överstiga skivans yta dividerat med området för varje enskild dö. Det kommer alltid att överskatta det sanna bästa fallet brutto DPW, eftersom det inkluderar området med delvis mönstrade dör som inte helt ligger på skivans yta (se figur). Dessa delvis mönstrade dör representerar inte kompletta ICs, så de kan inte säljas som funktionella delar. förfiningar av denna enkla formel lägger vanligtvis till en kantkorrigering för att redogöra för partiella dör på kanten, vilket i allmänhet kommer att vara mer signifikant när ytan på munstycket är stort jämfört med skivans totala yta. I det andra begränsande fallet (oändligt små dör eller oändligt stora skivor) är kantkorrigeringen försumbar.

korrigeringsfaktorn eller korrigeringstermen tar i allmänhet en av de former som Citeras av De Vries:

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

(area ratio – circumference/(die diagonal längd)) eller d p w = ( ci d 2 4 s ) exp ci ( − 2 S / D ) {\displaystyle DPW=\Left({\frac {\displaystyle \pi d^{2}}{4s}}\right)\EXP(-2{\sqrt {s}}/d)}

(arealförhållande skalat med en d 2 4 S ( 1 − 2 S d) 2 {\displaystyle DPW = {\frac {\displaystyle \pi d^{2}}{4S}}\vänster(1-{\frac {\displaystyle 2{\sqrt {s}}}{d}}\höger)^{2}}

(områdesförhållande skalat med en polynomfaktor).

studier som jämför dessa analytiska formler med brute-force beräkningsresultat visar att formlerna kan göras mer exakta, över praktiska intervall av formstorlekar och bildförhållanden, genom att justera koefficienterna för korrigeringarna till värden över eller under Enhet, och genom att ersätta den linjära die dimension S {\displaystyle {\sqrt {s}}}

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

(Genomsnittlig sidolängd) när det gäller dör med stort bildförhållande: D P W = kg d 2 4 s − 0.58 oc d S {\displaystyle DPW = {\frac {\displaystyle \pi d ^ {2}} {4s}} -0,58 ^ {*} {\frac {\displaystyle \ pi d} {\sqrt {S}}}}

eller D P W = ( 2,32 xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx div>eller D P W = C 2 4 S ( 1 − 1.16 s d ) 2 {\displaystyle DPW={\frac {\displaystyle \pi d^{2}}{4S}}\vänster(1-{\frac {\displaystyle 1.16^{*}{\sqrt {s}}}{d}}\höger)^{2}}

.

kristallin orienteringedit

diamant kubisk kristallstruktur av en kiselenhetscell

lägenheter kan användas för att beteckna dopning och kristallografisk orientering. Rött representerar material som har tagits bort.

Wafers odlas från kristall med en vanlig kristallstruktur, med kisel som har en diamantkubisk struktur med ett gitteravstånd på 5,430710 kg (0,5430710 nm). När den skärs i skivor är ytan inriktad i en av flera relativa riktningar som kallas kristallorienteringar. Orientering definieras av Miller index med (100) eller (111) ansikten är de vanligaste för kisel.Orientering är viktigt eftersom många av en enda Kristalls strukturella och elektroniska egenskaper är mycket anisotropa. Jonimplantationsdjup beror på skivans kristallorientering, eftersom varje riktning erbjuder olika vägar för transport.

Skivklyvning förekommer vanligtvis endast i några väldefinierade riktningar. Poängsättning av skivan längs klyvningsplanen gör att den lätt kan tärnas i enskilda chips (”dör”) så att miljarder enskilda kretselement på en genomsnittlig skiva kan separeras i många enskilda kretsar.

kristallografisk orientering notchesEdit

skivor under 200 mm diameter har lägenheter skurna i en eller flera sidor som indikerar skivans kristallografiska plan (vanligtvis ett {110} ansikte). I tidigare generationens skivor förmedlade ett par lägenheter i olika vinklar dessutom dopingtypen (se illustration för konventioner). Wafers med 200 mm diameter och högre använder ett enda litet hack för att förmedla waferorientering, utan visuell indikation på dopningstyp.

föroreningar dopingEdit

kiselskivor är i allmänhet inte 100% rent kisel, men bildas istället med en initial föroreningsdopningskoncentration mellan 1013 och 1016 atomer per cm3 bor, fosfor, arsenik eller antimon som tillsätts till smältan och definierar skivan som antingen bulk n-typ eller p-typ. Men jämfört med enkelkristallkiselens atomdensitet på 5 ml 1022 atomer per cm3 ger detta fortfarande en renhet större än 99,9999%. Skivorna kan också initialt förses med viss interstitiell syrekoncentration. Kol-och metallföroreningar hålls till ett minimum. Övergångsmetaller måste i synnerhet hållas under delar per miljard koncentrationer för elektroniska tillämpningar.