- PVSM.RU - https://www.pvsm.ru -
В комментариях к статье Вредные заблуждения о нанометрах. Или почему наличие в России доступа только к 90нм – это катастрофа [1] проявилась масса экспертов со свежей регистрацией и продемонстрированным отсутствием понимания работы индустрии в целом. В моей попытке раскрыть тему производства с самого начала [2] экспертов было меньше, возможно в методичке не было нужной главы или, как там у последнего Пелевина – проекционно-идеологический ресурс, усиленный тремя медиа-валькириями, перебросили на азиатское направление. Но тут уже стало интересно мне, а чего там сложного.
Напомню: Оборудование можно сделать и самим, но пока можно и просто привезти серым импортом. Оборудование выглядит примерно как большой ящик с дырками, включённый в розетку; в одну дырку складываешь кремний, в другую заливаешь фоторезистор. Под третью дырку надо подставить ведро — в него будут ссыпаться чипы. Вёдра мы делать умеем (хотя и импортируем сейчас, но чертежи-то остались), фоторезистор научатся намешивать в Зелинограде; с кремнием разберемся, не всё сразу. Надо ещё заранее заказать в Китае переходник с европейской розетки на нормальную — лучше сразу 3 или 4, они постоянно горят. Вроде все ясно. И надо ещё 3 или 4 росгвардейца, чтобы ведро не (стащили). © [3] @hippohood [4](кстати - автор в RO).
В первой части [2] я остановился на том, что полученный монокристалл распиливают на будущие ядра. Или будущие модули памяти. Или FPGA. Или SSD – разных классов чипов в готовом ПК довольно много, начиная от диодов в блоке питания [5], там же диоды Шоттки, ШИМ –контроллеры, стабилитроны, тиристоры - вплоть до микроконтроллеров управления с своим микрокодом. Почитайте, кто забыл или не знал [5]. Ситуация с российской электронной базой описывается словом ВЕЧНОСТЬ, только букв для сборки слова всего 4 – А, О, П, дальше знаете [6] (очень богатая на комментарии и плюсы статья). Попытка поискать кошку в темной комнате была в 2020 [7], сейчас, похоже, ситуация изменилась (неужели все же что то случилось?)
Начав в 1960 году с 1-дюймовых (в диаметре) полупроводниковых пластин, индустрия пришла к стандартным размерам полуфабрикатов – 1976 – 100мм диаметра и 0.525 мм толщиной, 1981 – 125 мм / 0.625 мм, 1983-150/0.675, 1992 – 200/0.725 (запомним год), 2002 – 300/0.775 – довольно тонкие пластины. (Примечание – 200 мм пластины при фактическом диаметре маркируются как 8-дюймовые, 300мм – 11.8 фактически, 12 дюймов по маркировке). 450 –мм пластины находятся «в разработке». Причины таких ограничений – растить монокристалл сложно, в какой-то момент монокристалл начинает расти «не как надо». К тому же еще и кристалл растет как не всегда надо – или даже совсем как не надо. [8]
Проблема на этом этапе – производителей полупроводниковых пластин (wafers) в мире .. пять штук. Как верно написано тут [9]- В отличие от AMD, Apple и TSMC имена производителей этих материалов известных лишь среди специалистов: Air Liquide, Cabot, Linde, JSR, Sumco, GlobalWafer и другие.
2020 год, доли рынка:
Shin Etsu - 32% (Япония),
Sumco - 25% (Япония, итог слияния трех подразделений - The company was formed in 2002 as Sumitomo Mitsubishi Silicon Corp. in a merger between Mitsubishi Materials Silicon Corp. and the Sitix Division of Sumitomo Metal Industries, Ltd. The company changed its name to SUMCO [10]in 2005, and acquired Komatsu Electronic Metals Co., Ltd. the following year.),
GlobalWafers- 17% (Тайвань),
Siltronic- 13% (Заводы: Германия, США, Сингапур – совместно с Samsung Electronic of South Korea),
SK Siltron- 13% (Южная Корея, но производство только 150 и 200 мм) (источник [11])
При этом Sumco объявила (2021, [12]2022 [13]) – что расширять производство не будет, потому что расширение не окупится.
Вы, конечно, спросите, зачем вообще растить толстые кристаллы? Давайте растить тонкие, 100-мм вырастить проще, и дефектов меньше. Все так, тонкие (меньшего диаметра) растить проще, но давайте говорить за деньги
Источник [10]
Все от денег – на плате большего диаметра умещается больше блоков (die, он же dice, они же dies – кубики [14]). Процесс нарезки называется dicing.
Конечно, можно делать и на 100, и на 125 мм пластине. Но на 300-мм дешевле.
Заграница нам поможет: поможет, да. В 2020 году в Китае делали пластины в 156.75 мм под солнечные батареи и переходили на 182 мм.
Дальше пластину начинают полировать. От блока толщиной в 0.775 мм (775 µm – микрометров или микрон, или 775000 нанометров) остается несколько меньше – от 0.1 мм для логических ворот, они же вентили (logic gates) до 0.05 мм для DRAM и 0.03 для микроэлектромеханики (MEMS [15])
Полируют, разумеется, не пастой государственного оптического института номер 2. Точность полировки – я не искал, поищите кто хочет. Полученную пластину измеряют [15]- и затем начинается процесс поиска масок.
С масками все очень просто, там было всего 11 стадий подготовки:
Step 1: Plasma Cleaning
Step 2: HMDS Application
Step 3: Resist Application
Step 4: Pre-Bake
Step 5: Lithographic Patterning
Step 6: Post Bake
Step 7: Develop
Step 8: Plasma De-scum
Step 9: Cr Etch
Step 10: Resist Removal and Mask Clean
Step 11: Final Inspection
Источник [16]
Чуть не забыл: маску сначала надо спроектировать так, чтобы:
К основным методам вычислительной литографии относятся фазосдвигающие маски (PSM) и оптическая коррекция близости (OPC). Используемая с 90-нанометрового процесса (2006 г.) технология PSM — это коррекция толщины отдельных «пикселей» маски для изменения их прозрачности, что меняет фазу проходящего сквозь них света. Учитывая волновые свойства, это позволит (не считаясь с длиной волны) экспонировать на фоторезисте рисунок, отдельные элементы которого либо усилены синфазным наложением волновых пиков, либо удалены противофазным — это увеличивает разрешение, приближая тот самый параметр k1 к идеалу. Более современная OPC искажает рисунок маски для компенсации ошибок получаемого изображения из-за дифракции падающих волн. OPC нужна уже не для увеличения разрешения, а для исправления искажений одиночных структур, форма которых при таких размерах получается куда хуже, чем если бы элементы были регулярными. (Источник [17])
И затем, когда в одном помещении удалось собрать подложки, маски, фоторезист, степперы и откачать из помещения всю пыль, и заодно обеспечить передачу пластин с одного этапа (например, химической полировки) в степпер без загрязнения пластины пылью – можно уже начинать само производство – согласно статье Закон Мура против нанометров: Всё, что вы хотели знать о микроэлектронике, но почему-то не узнали [17]…
Литература
(2007) Photomask Making [16]
(2010) От песка до процессора [18]
Как на самом деле производят процессоры [19]
(2010) Закон Мура против нанометров [20]
(2018) Photomask – с массой видео как это делается [21]
(2020) Intel Lakefield 3D Stacked CPU Gives a Glimpse of the Future [22]
Что такое импульсный блок питания (ИБП) и как он работает [5]
(2020) Где прячется Российская электроника [23]
(2022) Микроэлектроника в России до и после 24.02.2022 [24]
(2022) Про импортозамещение [6]
Wafer (electronics [25])
Does size matter? Understanding Wafer Size [26]
From 20 mm to 450 mm: The Progress in Silicon Wafer Diameter Nodes [27]
Kerf-Less Exfoliated Thin Silicon Wafer Prepared by Nickel Electrodeposition for Solar Cells [28]
(2022) Полюса силы в мире чипов [9]
(2021) Глобальный дефицит микросхем коснулся поставок мониторов [12]
(2022) Ключевой поставщик пластин для чипов Sumco оказался загружен заказами до 2026 года [13]
Market share of wafer producers worldwide from 2017 to 2020 [11]
Wafer Backgrinding and Semiconductor Thickness Measurements [15]
PS. Я думаю, что имеет какой-то практический смысл написать еще две статьи. Первую про платы как таковые, про число слоев и сложности проектирования и производства, и вторую - про то, что ввоз чемодана процессоров 2010 года мало значим. Или нет, про ожирение статьи нужнее и популярнее.
Автор: MechanicusJr
Источник [29]
Сайт-источник PVSM.RU: https://www.pvsm.ru
Путь до страницы источника: https://www.pvsm.ru/chital-ny-j-zal/380494
Ссылки в тексте:
[1] Вредные заблуждения о нанометрах. Или почему наличие в России доступа только к 90нм – это катастрофа: https://habr.com/ru/post/698176/
[2] тему производства с самого начала: https://habr.com/ru/post/698706/
[3] ©: https://habr.com/ru/company/selectel/blog/664260/comments/#comment_24332758
[4] @hippohood: https://habr.com/users/hippohood
[5] начиная от диодов в блоке питания: https://elektroznatok.ru/info/elektronika/impulsnyj-blok-pitaniya
[6] А, О, П, дальше знаете: https://habr.com/ru/post/599671/
[7] 2020: https://habr.com/ru/company/lamptest/blog/512812
[8] или даже совсем как не надо.: https://www.universitywafer.com/silicon-wafer-thickness-range.html
[9] тут : https://habr.com/ru/company/first/blog/697452/
[10] SUMCO : https://www.tel.com/museum/magazine/material/150430_report04_03/02.html
[11] источник : https://www.statista.com/statistics/895360/global-wafer-producers-market-share/
[12] 2021, : https://habr.com/ru/news/t/551186/
[13] 2022: https://habr.com/ru/news/t/650717/
[14] они же dies – кубики: https://www.merriam-webster.com/dictionary/die
[15] MEMS: https://mtiinstruments.com/wafer-backgrinding-semiconductor-thickness/
[16] Источник: https://cleanroom.utdallas.edu/manuals/photomask-making/
[17] Источник: https://www.ixbt.com/cpu/microelectronics.shtml
[18] От песка до процессора: https://habr.com/ru/company/intel/blog/110234/
[19] Как на самом деле производят процессоры: https://thecode.media/intel_inside/
[20] Закон Мура против нанометров: https://www.ixbt.com/cpu/microelectronics-1.shtml
[21] Photomask – с массой видео как это делается: https://semiengineering.com/knowledge_centers/manufacturing/lithography/photomask/
[22] Intel Lakefield 3D Stacked CPU Gives a Glimpse of the Future: https://play3r.net/news/press-release/intel-lakefield-3d-stacked-cpu-gives-a-glimpse-of-the-future/
[23] Где прячется Российская электроника: https://habr.com/ru/company/lamptest/blog/512812/
[24] Микроэлектроника в России до и после 24.02.2022: https://habr.com/ru/post/656677/
[25] electronics: https://en.wikipedia.org/wiki/Wafer_(electronics)#Historical_increases_of_wafer_size
[26] Does size matter? Understanding Wafer Size: https://anysilicon.com/does-size-matter-understanding-wafer-size/
[27] From 20 mm to 450 mm: The Progress in Silicon Wafer Diameter Nodes: https://www.tel.com/museum/magazine/material/150430_report04_03/
[28] Kerf-Less Exfoliated Thin Silicon Wafer Prepared by Nickel Electrodeposition for Solar Cells: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6339913/
[29] Источник: https://habr.com/ru/post/698996/?utm_source=habrahabr&utm_medium=rss&utm_campaign=698996
Нажмите здесь для печати.