В комментариях к статье Вредные заблуждения о нанометрах. Или почему наличие в России доступа только к 90нм – это катастрофа проявилась масса экспертов со свежей регистрацией и продемонстрированным отсутствием понимания работы индустрии в целом. В моей попытке раскрыть тему производства с самого начала 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). © @hippohood(кстати - автор в RO).
В первой части 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, там же диоды Шоттки, ШИМ –контроллеры, стабилитроны, тиристоры - вплоть до микроконтроллеров управления с своим микрокодом. Почитайте, кто забыл или не знал. Ситуация с российской электронной базой описывается словом ВЕЧНОСТЬ, только букв для сборки слова всего 4 – А, О, П, дальше знаете (очень богатая на комментарии и плюсы статья). Попытка поискать кошку в темной комнате была в 2020, 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.
Проблема на этом этапе – производителей полупроводниковых пластин (wafers) в мире .. пять штук. Как верно написано тут - 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 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 )
При этом Sumco объявила (2021, 2022) – 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
Все от денег – на плате большего диаметра умещается больше блоков (die, он же dice, они же dies – кубики). 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)
Полируют, разумеется, не пастой государственного оптического института номер 2. Точность полировки – я не искал, поищите кто хочет. Полученную пластину измеряют - 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
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)
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…
Литература
(2007) Photomask Making
(2010) От песка до процессора
Как на самом деле производят процессоры
(2010) Закон Мура против нанометров
(2018) Photomask – с массой видео как это делается
(2020) Intel Lakefield 3D Stacked CPU Gives a Glimpse of the Future
Что такое импульсный блок питания (ИБП) и как он работает
(2020) Где прячется Российская электроника
(2022) Микроэлектроника в России до и после 24.02.2022
(2022) Про импортозамещение
Wafer (electronics)
Does size matter? Understanding Wafer Size
From 20 mm to 450 mm: The Progress in Silicon Wafer Diameter Nodes
Kerf-Less Exfoliated Thin Silicon Wafer Prepared by Nickel Electrodeposition for Solar Cells
(2022) Полюса силы в мире чипов
(2021) Глобальный дефицит микросхем коснулся поставок мониторов
(2022) Ключевой поставщик пластин для чипов Sumco оказался загружен заказами до 2026 года
Market share of wafer producers worldwide from 2017 to 2020
Wafer Backgrinding and Semiconductor Thickness Measurements
P.S. 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.
Комментарии (32)
RigidStyle
13.11.2022 03:30Не понял на счет толщины. После полировки написано, что остается 0.1 и меньше. Но тот же кристалл на видеокарте явно больше 0.1мм, там 0.8-1.2 если мне память не изменяет. Просто вся печать на одной стороне тонким слоем, а остальное - просто для жесткости и теплораспределения адекватного. Или нет?
select26
13.11.2022 10:06Вы видите кристалл на подложке.
RigidStyle
14.11.2022 16:40Так подложка из того же кремния, разве нет? Или кристалл наклеивается на кремний, а потом всякая литография?
MechanicusJr Автор
14.11.2022 22:29там сложней, пройдите по ссылкам, там по моему даже 3д макет был как чего выжигают и напыляют.
MechanicusJr Автор
13.11.2022 11:14Просто вся печать на одной стороне тонким слоем, а остальное - просто для жесткости и теплораспределения адекватного. Или нет?
Многослойная печать и с 2020 года - склейка нескольких пластин. Плюс подложка.
YDR
13.11.2022 10:23А можно ли вместо пластины nine-9 кремния брать, например, 99.999, и доосаждать 10-20-30-... атомных слоев совсем чистого? (я слышал, что Si-on-sapphire примерно так делают, нужен особо чистый кремнистый газ, но в количестве меньше, чем для выращивания целого кристалла.)
Извините за глупый вопрос.
MechanicusJr Автор
13.11.2022 11:16+1А можно ли вместо пластины nine-9 кремния брать, например, 99.999, и доосаждать 10-20-30-... атомных слоев совсем чистого?
Можно. Но чтобы осаждать совсем чистый - его надо где-то брать, а если он есть, то его все равно сколько делать в пртии - тонну или пять.
Только - если вы внимательно читали - от пластины в 0.7 мм - остается 0.1 мм. , и все напыление будет сточено.
YDR
13.11.2022 11:24я про это и думал, чтобы стачивать грязный, а чистый оставался или осаждался.
Все же есть разница, или тонну очистить, или 5 тонн, ресурсы ограничены.
MechanicusJr Автор
13.11.2022 11:59+1я про это и думал, чтобы стачивать грязный, а чистый оставался или осаждался.
Оно и так работает путем осаждения чистого из газовой фазы или псевдо ожиженного слоя.
tbl
13.11.2022 21:39+2Если чистый кремний осаждать на пластину с дефектами кристаллической решетки, сделанную из грязного кремния, то чистый просто повторит эти дефекты следующими слоями.
JPEGEC
13.11.2022 15:33-2В моей попытке раскрыть тему производства с самого начала 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.
Если не секрет, каковое у вас в настоящем место проживания?
MechanicusJr Автор
13.11.2022 17:16+8Если не секрет, каковое у вас в настоящем место проживания?
Запросите у бро кукуратора, он запросит у хабра через СОРМ
eltardowut
13.11.2022 16:01+4Отдельный плюс за отсылку к Виктору Олеговичу, хотя похоже, что эту станцию уже проехали, в реальность уже начинает прорастать скорее сон Владимира Георгиевича.
Matshishkapeu
Все нижеследующее выглядит как попытка напугать читателя, который с объектами материальнее жаваскрипта не работал и даже в детстве в кружок органического синтеза не ходил. Одинадцать стадий подготовки полупроводниковой пластины пугают только тех, кто не знает, что сраная покраска полупропилена это минимум четыре.
Плазменная очистка это по факту неглубокий вакуум, немного магнитов, правильный газ, и немного микроволн, чтобы плазма пошла в пляс. Не любите микроволны можно обойтись вольфрамовыми электродами и постоянным током. Тащемта так же работает ионная имплантация методом плазменного погружения (Plasma immersion ion implantation) которой эти самые пластины легируют, или контроль заряда пластины методом плазменного затопления при глубокой ионной имплантации. Звучит все это плазменное дело красиво, ключевое оборудование реально сделать практически в гараже.
Пре и пост бейки это модно звучащее нагревание. Нанесение резиста и прочая мокрая химия это пластина в спин-коатере. Для непосвящённых - представьте себе DJ-скую вертушку (размер как раз примерно 300 мм пластины). Теперь представьте что DJ поднимает кружку и весело льет пиво на крутящийся винил. Это было краткое описание как работает спин коатер. Ничего пугающего.
Тащемта большинство технологий кроме собственно литографии - не особо сильное колдунство до сих пор держащееся на куче довольно средних и не особо высокотехнологичных фирмешек, вокруг вполне прилично всяких сервисов неавторизованного ремонта, вторичного рынка, перекупов б/у оборудования, которые его ремонтируют и перепродают ("не бит, не крашен, турбонасосы с новыми подшипниками"). Литография - более сильное колдунство, но если не гнаться за выходом годных и ценой, а за самой возможностью производства то там тоже не все так страшно, как пишут люди, пугающие публику спин-коатером.
DustCn
Чистая химия.
YDR
Оно все примерно такое: книги писать - просто буквы в нужном порядке расставляешь, и все. Самолеты делать - как детский конструктор, только крупнее, ракеты делать - даже Маск справился. Программирование - вообще просто, пишешь случайные английские слова разными цветами (дословно не воспроизведу, где-то на Хабре недавно было).
Все дело в деталях, в чистоте материалов и в одновременной работе всего комплекса без сбоев.
Matshishkapeu
Чистый кремний российской выплавки полученный бестигельной зонной плавкой (евпочя) я видел ещё лет 20 назад. Диаметр был не большой 75-100 мм но раз вопрос в чистоте а не в размере слитка, то как бы вопрос решаемый. Увеличение диаметра и переход с Чохральского на БЗП это разные вещи. Про работу всего комплекса без сбоев. Вы не поверите, но это важно и при выпечке булок и при строительстве автомобилей. Тащемта большие проблемы с этим бывают в странах только встающих на промышленный путь. В Шри-Ланке там или Киргизии. Если в стране умеют строить самолёты и АЭС то организовывать сложные цепочки умеют.
MechanicusJr Автор
Насколько чистый? То есть результаты анализа вы видели или только слиток? Какой уровень дефектов был внутри слитка?
MechanicusJr Автор
С бестигельной зонной плавкой есть проблема - скорость. технологии то скоро сто лет -
(итд)
Российские гражданские самолеты закончились на ту-214. Дальше см. авионика, двигатели, жидкости.
российские АЭС без сименса .. поживем увидим, как там работает ответственная автоматика.
Matshishkapeu
Ога нерешаемый вопрос с двигателями, правда 4 самолёта на ПД14 уже летают, ПД8 на замену рукожопого французского изделия для суперджета, которое ресурс не держит, уже испытывают, композиты для крыла МС 21 заместил Росатом, недостающие элементы авионики - допиливают.
Все эти заплачки про трудность и невозможность напоминают человека, который со следующего понедельника бросает курить и идёт в спортзал. Но всегда со следующего понедельника. А пока надо как в святые 90-е менять лицензии на добычу нефти на замороженные американские куриные окорочка. Потому что невозможно же производить окорочка, корма нужны, фарма, породистые куры.
MechanicusJr Автор
7 октября 2022 начались испытания второго не-серийного борта.
В названии ПД-14 - 14 это год когда изделие должно было пойти в серию. /s
это мягко говоря не так.
дадада. Так что не надо негатива. Надо просто засучить рукава и делать.
justPersonage
ПД 14. 14 — это цифры грузоподьемности. 14 тонн.
ermouth
Оно тяга называется, не грузоподъёмность, если что.
MechanicusJr Автор
не мешайте экспертам раскрываться!
MechanicusJr Автор
ЭКСПЕРТЫ ПРИБЫЛИ
Matshishkapeu
Акей, на ПД 14 два борта из шести, тот что изначально делался как МС 21-310 и ремоторизованный с PW. Это яркое свидетельство неработоспособности двигателя, конечно же.
Ога, а ПД8 создающийся на базе ПД14 должен был пойти в серию на 6 лет раньше своего прородителя? Или у него просто тяга в 8 тонн?
Таксист в Пятерочки рассказал? А то как-то Аэрокомпозит говорит что с шестого борта импортные материалы не используются. Врут? Надо верить анонимам в энторнетах?
Про засучить рукава и делать - какбы да. Все у кого что-то работает добились этого исключительно этим единственным способом, а не плаканием в энторнетах о том, как это невозможно. Делай правильно, а неправильно не делай.
MechanicusJr Автор
А куда летают то? ну там регулярные рейсы или хотя бы раз в неделю ?
И вы говорите.
Matshishkapeu
В отличие от анонимов из энторнетов у Аэрокомпозита есть пруфы вот их крыло тащат в Иркутск в 2021 году, 3 года спустя после введения против них санкций. Оно конечно сделано из композитов, которые главный инженер своровал на японском складе, засунув в трусы, потому что так написал аноним в энторнетах, которому про это таксист в Пятерочки рассказал.
Про то куда летают МСы. Ну вы же тут притворяетесь знатоком промышленной жизни, про серийный запуск ПД-14 в 14 году рассказывали. Вы так хорошо разбираетесь и в похудении, и в технологиях полупроводниковой промышленности. Неужели таксист в Пятерочке не рассказал, что смена двигателя предполагает расширение сертификата типа и программу испытаний на несколько сотен полетов?
MechanicusJr Автор
Так куда там летает МС-21 ? Вы же там заявили что "летает".
Так летает или нет?
Что же касается крыла - то оно только в марте 2022 прошло испытания. так что поздравляю опять соврамши
MechanicusJr Автор
да, только точность 0.0(подставить побольше)01 мм, а так все просто - в эту дырку в спин коатере льем очиститель, его правда тоже нет ..
MechanicusJr Автор
дада..
Там какой-то типа модуль с гпс и электронный ключ. Но мы его хакнем, это не может быть сложно. У меня вот была программа которая выдавала ключ для Windows в 2001 году ещё. И другая для Симсити. Могу даже поискать.
Саппорт разумеется не нужен, зачем - это же просто ящик с тремя дырками. Ну там может какой-то тумблер ещё есть: налево - сыпятся cpu, направо - карты памяти, это можно просто попробовать и понятно будет. Если перестанет работать, то надо просто открыть (гарантия всё равно тютю) и если что-то болтается - подтянуть, где скрипит - смазать, это вам любой инженер скажет. Иногда надо термопасту менять, конечно. Но я вот менял сам, ничего сложного.
Так что не надо негатива. Надо просто засучить рукава и делать.
https://habr.com/ru/company/selectel/blog/664260/comments/#comment_24332758
perfect_genius
Всё чаще вижу это слово. Это из украинского или белорусского?