El 16 de mayo, MIET (Zelenograd) organizó un seminario-reunión tradicional con desarrolladores y fabricantes japoneses de líneas tecnológicas compactas, el llamado Minimal Fab.
El gran seminario anterior tuvo lugar allí en 2017, y hay una grabación de casi tres horas en YouTube. Durante mucho tiempo quise escribir una gran nota sobre este tema, recolecté mucho material, y después de esta reunión finalmente "maduré". Aún así, una reunión en vivo con preguntas y respuestas es mucho más efectiva que estudiar artículos. Además, recientemente aparecieron varios artículos en los que esta línea se ilumina de forma unilateral, en una especie de forma de admiración admirada y no del todo adecuada. Vamos a resolverlo ...
Concepto de reducción
El principal ideólogo del proyecto Minimal Fab es el científico japonés Shiro Hara. A mediados de la década de 2000, propuso un enfoque radical para reducir el costo de fabricación de semiconductores: tomar el camino de reducir el equipo y el diámetro de las obleas originales.
En 2010, para implementar esta idea, se creó un consorcio con el apoyo del Gobierno de Japón y bajo los auspicios del Instituto Nacional de Ciencias y Tecnologías Industriales Avanzadas
(AIST). Este consorcio incluye más de cien empresas japonesas involucradas en el desarrollo de materiales, equipos y tecnologías.
En 2017, se creó una organización separada para promover
Minimal Fab como una solución preparada para el mercado de semiconductores (Tokyo Boeki Group Ltd).
Esta idea de reducción va en contra de la tendencia global actual. Si observa la evolución moderna de la producción de semiconductores, junto con una disminución en el tamaño mínimo, se produce un aumento en el diámetro de las placas y un aumento en la productividad del equipo. Esto lleva al hecho de que varias compañías líderes, como TSMC, Intel, Samsung, pueden impulsar la creación de la producción en masa moderna en la actualidad. Estos son los propietarios de los llamados MegaFabs, en términos del concepto.
Ellos "poseen" más de la mitad del mercado total y poseen capacidades de producción significativas para la producción de IP en masa. Los pequeños productores están siendo "arrasados" del mercado, incapaces de competir en precio con los gigantes en el sector de consumo. O vaya a nichos específicos de productos únicos, con un gran margen, pero con pequeños volúmenes. Al mismo tiempo, las pequeñas empresas se encuentran en una posición inestable, ya que se ven obligadas a seguir la tendencia mundial de la "gigantomanía" e invertir fuertemente en infraestructura y equipos. Condicionalmente, si hoy quiero construir una línea para un volumen pequeño y el antiguo nivel de tecnología (~ 3 μm), tendré que gastar más de lo que era hace treinta años a precios equivalentes. Tal es la paradoja.
¿Qué hacer para aquellos que desean comprar una pequeña serie de IP? Puede ir a las mismas compañías gigantes y solicitarles un servicio de transporte, como parte del MWP. No será muy barato ni demasiado rápido (ciclo de fabricación de 1-2 meses en tecnología CMOS de 28 nm). Pero si necesita algo específico en términos de tecnología, entonces habrá un problema. El desarrollo de la tecnología es muy costoso, y nadie lo hará para completar un pedido, por ejemplo, para diez placas. Sería bueno tener su propia regla, pero no es costosa).
El autor del concepto Minimal Fab propuso reducir significativamente el costo del "boleto de entrada" a la producción de semiconductores. Esto se logra mediante las siguientes soluciones:
- reducir el diámetro de las placas del estándar moderno de 300 mm (área de placa ~ 70650 mm2) a un diámetro de 12,5 mm (área de placa ~ 122 mm2). Esta área es suficiente para acomodar un esquema grande o varios pequeños. Las placas están hechas por "recorte" de placas grandes, con procesamiento adicional (foto de la placa colocada en el cassette):
- la placa está ubicada en una cápsula aislada del entorno externo (un cierto análogo de SMIF), que se abre solo dentro de la unidad. Solo se procesa una placa en un proceso.
(un contenedor con una placa adentro se carga en la unidad)
- todo el equipo se realiza en un factor de forma unificado (dimensiones 1440x300x450 mm), sin un complicado procedimiento de arranque y conexión. Cada unidad realiza un tipo de proceso (tratamiento químico, grabado, etc.).
La interfaz y el control de las instalaciones están estandarizados.
No se requiere infraestructura en el formato habitual de MegaFactory. Los gases y reactivos se encuentran dentro de las unidades en cartuchos compactos (contenedores), gases en cilindros. Se requiere una campana para eliminar los productos de reacción gaseosos y el disipador de calor:
- se declara que esto no requiere una habitación limpia en la habitación, ya que la zona de procesamiento de la placa está aislada del medio ambiente. Dentro del área de procesamiento de placas debido a la estanqueidad, se logra una clase de limpieza de ISO 4 (con una clase de limpieza externa en la sala de ISO 9, una oficina normal).
- método sin máscara (sin una fotomáscara) para formar un patrón en una placa. La imagen se forma debido a la proyección directa sobre una fotorresistencia (aplicación y desarrollo clásicos). La longitud de onda es de 365 nm, la resolución estimada del sistema es de 0.5 μm. La zona del borde es de aproximadamente 0,5 mm (el diámetro de trabajo de la placa será de aproximadamente 11 mm).
Ventajas obvias de este concepto:
- Reducción de los costos iniciales para la organización de la producción en decenas o cientos de veces.
- no es necesario construir un edificio capital con infraestructura de soporte
- Reducir el costo de mantener el funcionamiento de una línea de este tipo en decenas o cientos de veces en relación con una línea convencional (al reducir el consumo de electricidad, materiales, reducir el personal mediante la estandarización de equipos)
- Tiempos de producción de muestra significativamente más rápidos (desde unas pocas semanas hasta días)
- es posible una opción híbrida, cuando algunas operaciones, sujetas a adaptación, se pueden realizar en equipos estándar "grandes" (IL, f \ l).
- no se requiere la producción de máscaras fotográficas, la corrección de imagen es posible si es necesario
Los autores del concepto incluso dan la siguiente evaluación, comparando MegaFab y Minimal Fab:
Comparación muy efectiva. Es especialmente del
agrado de quienes insisten en que el Minimal Fab reemplazará a una fábrica de pleno derecho, y esta es la mejor y la única forma. Bueno, aquí hay miles de millones y aquí millones.
Pero aquí es donde comienza el choque del concepto con la realidad.
Realidad
Hasta la fecha, el nivel de chips CMOS implementados en la línea Minimal Fab no es demasiado sorprendente. Realizó muestras muy simples como células NAND y generadores de anillo, que consta de 400 transistores. El tamaño del obturador es de unas pocas micras, la tecnología es bastante primitiva (nivel de finales de los 70, principios de los 80). En la foto, muestras presentadas en 2018 en SEMI Japón.
Y también una diapositiva de la presentación, que muestra una ruta esquemática para hacer muestras en 2013. Una ruta de 39 operaciones, uniones pn desde una fuente de difusión, una capa de cableado ...
Los procesos de dopaje iónico no se implementan actualmente en el factor de forma Miimal-Fab, aunque el trabajo está en curso. Hasta ahora, se ha prometido energía hasta 60 keV, y dos tipos de elementos, B y P. No está claro cómo lograr altas energías en un tamaño limitado de instalaciones. Como opción, una implementación híbrida (realice procesos en equipos convencionales, debido a los titulares especiales).
La implementación de al menos un cableado de dos capas, para hablar sobre el nivel de 1-0.8 micras, tampoco es aún visible. No todos los procesos PCT se han implementado.
El nivel de fotolitografía alcanzado hoy por los desarrolladores se denomina hasta 0,5 micras. Se dice que esto parece ser un paso, pero algunos materiales no se muestran. Más adelante en los planes está la transición a la litografía con haz de electrones, pero esto es en el futuro.
Así es como se ve la hoja de ruta:
Hasta ahora, la comparación de una fábrica en toda regla por valor de cinco mil millones y la línea actual de Minimal Fab parece algo engañosa. Y aquellos que apelan a esto lo hacen por ignorancia o viceversa, debido a demasiado conocimiento.
El desarrollador del concepto no se contrasta con TSMC, por ejemplo.
Se ve un nicho para los autores del Miniaml Fab. La figura muestra un análisis de los fabricantes estadounidenses de semiconductores (diapositiva de la presentación de 2017).
Aproximadamente 98 fábricas en los Estados Unidos están fabricando semiconductores en el rango de proceso de 0.5 micrones o más, diámetros de obleas de 100 y menos. Estos son productores de volúmenes medianos y pequeños, con mayor frecuencia. Estos son todos los tipos (CMOS, MEMS, discretos). Por el nivel de tecnología, esto ya corresponde aproximadamente a las capacidades de la línea Fab mínima, con el nivel actual de ph \ l (incluso sin un haz de electrones). Hay un problema de hardware para estas fábricas. El nuevo equipo para este diámetro no está disponible, y aquí el formato Minimal Fab es muy adecuado. Según los desarrolladores, para reemplazar estas capacidades, se requieren miles de líneas de Minimal Fab.
En principio, existe una situación similar, pero a menor escala, en nuestro país. También tenemos suficientes reglas antiguas que hacen pequeños volúmenes utilizando la tecnología de King Peas (diferentes series de diez transistores lanudos de acuerdo con los estándares de caballos, etc.).
El segundo nicho interesante y realmente relevante son las tecnologías específicas.
SOI, MEMS, sensores, circuitos híbridos (sensor CMOS +, como bolómetros), operaciones discretas, de microondas, backend como golpes, conexiones A3B5 ... Todo esto se hace en un diámetro pequeño, generalmente con volúmenes pequeños. Y aquí, Minimal Fab gana a la implementación tradicional (en la foto, un ejemplo de la implementación de la estructura MEMS).
Hasta la fecha, se ha anunciado que ya 5-6 líneas de Minimal Fab funcionan como clientes totalmente funcionales. Un representante de una de las compañías habló en el seminario y habló sobre su experiencia en la aplicación.
Por lo general, usan el equipo Minimal Fab en un formato híbrido. Es decir, tienen una sala limpia tradicional con equipo para el proceso de backend (algo así como un intercalador para topar). Y varias unidades de Minimal Fab implementan procesos f \ ly procesamiento químico.
Promocion con nosotros
Tenemos la idea de que MinimalFab
promocione sucesivamente
MIET. Celebra seminarios y reuniones con desarrolladores de tecnología (en el marco de la reunión, después de la conferencia, se firmó un acuerdo entre NRU MIET, LLC Tokyo Boeki (RUS) (con capital 100% japonés) y la Asociación de Universidades que capacita al personal en el campo de la industria electrónica).
Hay un
sitio web en ruso de Tokyo BOEKI Rus.
Hace un par de años, ADGEX muy patético anunció el
"comienzo de una nueva era en el mundo de la microelectrónica" , y amenazó con comenzar a suministrar "dispositivos" fabricados en el Minimal Fab en 2018, pero algo salió mal.
Resumiendo el resultado personal
- El formato Minimal Fab no es solo un simulador para el aprendizaje de los estudiantes (aunque, lo admito, hace un par de años pensé que era más así)
- Ideal para MEMS, sensores, sensores, bolómetros, etc.
- Adecuado para dispositivos discretos, microondas, electrónica de potencia y materiales específicos, como SOI, A3B5. (posiblemente en una implementación híbrida)
- Una opción muy realista para la fabricación de circuitos bipolares o CMOS del nivel de 3 μm y superior, con un pequeño grado de integración (por ejemplo, numerosas series
militares , de diez transistores y tres resistencias con tamaños de caballos, que todavía están forjados) - prometedor para reemplazar reglas obsoletas de placas de diámetro pequeño y para una serie pequeña (un problema de equipo viejo que nadie hace físicamente)
- extremadamente interesante es la implementación de packaging \ bumping \ interposers y demás (en el caso de una serie pequeña)
- El nivel de CMOS de 0,5 micras a 0,25 micras, posiblemente en el futuro, depende de las inversiones en tecnología.
Como opción en un modo híbrido (Minimal Fab en una fábrica clásica).
- para un CMOS completo y un alto grado de integración (por debajo de 0.25 μm), hay pocos requisitos previos, incluso si hay haz de electrones f \ l. Aún así, el tamaño en forma desnuda está lejos de todo. Por debajo de 0,25 micras, el proceso técnico es mucho más complicado, y lo más importante, el componente de diseño.
- debajo de 0.18mkm - los desarrolladores ni siquiera ven planes en el futuro cercano
- Las grandes fábricas con nodos de 28nm y menos pueden dormir tranquilas, Minimal Fab no es un competidor para ellos en el futuro previsible.
Materiales y recursos fabulosos mínimos
- Grabación de un gran seminario en MIET, 2017.
- El video sobre el proceso de fabricación es muy claro.
- Presentación de SEMI EXPO Moscú 2017