Le 16 mai, MIET (Zelenograd) a organisé un séminaire-réunion traditionnel avec des développeurs et fabricants japonais de lignes technologiques compactes, le soi-disant Minimal Fab.
Le grand séminaire précédent y avait eu lieu en 2017, et il y a presque un enregistrement de trois heures sur YouTube. Pendant longtemps j'ai voulu écrire une grosse note sur ce sujet, j'ai rassemblé beaucoup de matériel, et après cette rencontre j'ai finalement «mûri». Pourtant, une réunion en direct avec des questions et réponses est beaucoup plus efficace que d'étudier des articles. De plus, plusieurs articles ont récemment paru où cette ligne est illuminée unilatéralement, d'une manière admirative et pas tout à fait adéquate «d'admiration». Voyons ça ...
Concept de réduction
L'idéologue principal du projet Minimal Fab est le scientifique japonais Shiro Hara. Au milieu des années 2000, il a proposé une approche radicale pour réduire le coût de production des semi-conducteurs - pour emprunter la voie de la réduction des équipements et du diamètre des tranches d'origine.
En 2010, pour mettre en œuvre cette idée, un consortium a été créé avec le soutien du gouvernement du Japon et sous les auspices de l'Institut national des sciences et technologies industrielles
avancées (AIST). Ce consortium comprend plus d'une centaine d'entreprises japonaises impliquées dans le développement de matériaux, équipements et technologies.
En 2017, une organisation distincte a été attribuée pour promouvoir
Minimal Fab en tant que solution prête à l'emploi sur le marché des semi-conducteurs (Tokyo Boeki Group Ltd).
Cette idée de réduction va à l'encontre de la tendance mondiale actuelle. Si vous regardez l'évolution moderne de la fabrication de semi-conducteurs, alors avec une diminution de la taille minimale, une augmentation du diamètre des plaques et une augmentation de la productivité de l'équipement se produisent. Cela conduit au fait que plusieurs sociétés de premier plan, telles que TSMC, Intel, Samsung, peuvent tirer la création de la production de masse moderne aujourd'hui. Ce sont les propriétaires des soi-disant MegaFabs, en termes de concept.
Ils «détiennent» plus de la moitié du marché total et possèdent des capacités de production importantes pour la production de PI de masse. Les petits producteurs sont «délavés» du marché, incapables de rivaliser en prix avec les géants du secteur de la consommation. Ou allez dans des niches spécifiques de produits uniques, avec une grande marge, mais avec de petits volumes. Dans le même temps, les petites entreprises sont dans une position instable, car elles sont obligées de suivre la tendance mondiale de la «gigantomanie» et d'investir massivement dans les infrastructures et les équipements. Conditionnellement, si aujourd'hui je veux construire une ligne pour un petit volume, et l'ancien niveau de technologie (~ 3 μm), alors je devrai dépenser plus qu'il y a trente ans à prix équivalent. Tel est le paradoxe.
Que faire pour ceux qui veulent acheter une petite série d'IP? Vous pouvez vous rendre dans les mêmes entreprises géantes et leur commander une navette, dans le cadre du MWP. Il ne sera pas très bon marché et pas trop rapide (cycle de fabrication 1-2 mois en technologie CMOS 28nm). Mais si vous avez besoin de quelque chose de spécifique en termes de technologie, il y aura un problème. Le développement de la technologie coûte très cher, et personne ne le fera pour compléter une commande, par exemple, pour dix plaques. Ce serait bien d'avoir votre propre règle, mais pas cher.)
L'auteur du concept Minimal Fab a proposé de réduire considérablement le coût du «ticket d'entrée» pour la production de semi-conducteurs. Ceci est réalisé par les solutions suivantes:
- réduire le diamètre des plaques de la norme moderne 300 mm (surface de la plaque ~ 70650 mm2) à un diamètre de 12,5 mm (surface de la plaque ~ 122 mm2). Cette zone est suffisante pour accueillir un grand schéma ou plusieurs petits. Les plaques sont réalisées par «clipping» à partir de grandes plaques, avec un traitement supplémentaire (photo de la plaque placée dans la cassette):
- la plaque est située dans une capsule isolée de l'environnement extérieur (un certain analogue de SMIF), qui ne s'ouvre qu'à l'intérieur de l'unité. Une seule plaque est traitée en un seul processus.
(un conteneur avec une plaque à l'intérieur est chargé dans l'unité)
- tous les équipements sont réalisés dans un format unifié (dimensions 1440x300x450mm), sans procédure de démarrage et de connexion compliquée. Chaque unité effectue un type de processus (traitement chimique, gravure, etc.).
L'interface et le contrôle des installations sont standardisés.
Aucune infrastructure n'est requise au format MegaFactory habituel. Les gaz et les réactifs sont situés à l'intérieur des unités dans des cartouches compactes (conteneurs), les gaz dans des bouteilles. Une hotte est nécessaire pour éliminer les produits de réaction gazeuse et le dissipateur thermique:
- il est déclaré que cela ne nécessite pas de salle blanche dans la pièce, car la zone de traitement de la plaque est isolée de l'environnement. À l'intérieur de la zone de traitement des plaques en raison de l'étanchéité, une classe de propreté ISO 4 est atteinte (avec une classe de propreté externe dans la salle ISO 9, un bureau normal).
- méthode sans masque (sans masque photographique) pour former un motif sur une plaque. L'image est formée par projection directe sur une résine photosensible (application et développement classiques). La longueur d'onde est de 365 nm, la résolution estimée du système est de 0,5 µm. La zone de bord est d'environ 0,5 mm (le diamètre de travail de la plaque sera d'environ 11 mm).
Avantages évidents de ce concept:
- réduction des coûts initiaux pour l'organisation de la production par dizaines ou centaines de fois
- pas besoin de construire un bâtiment avec des infrastructures de soutien
- réduire le coût de maintien de l'exploitation d'une telle ligne par des dizaines ou des centaines de fois par rapport à une ligne conventionnelle (en réduisant la consommation d'électricité, de matériaux, de personnel en standardisant les équipements)
- Temps de production des échantillons considérablement plus rapides (de quelques semaines à quelques jours)
- une option hybride est possible, lorsque certaines opérations, sujettes à adaptation, peuvent être effectuées sur des équipements "grands" standard (IL, f \ l).
- la production de masques photo n'est pas requise, une correction d'image est possible si nécessaire
Les auteurs du concept donnent même l'évaluation suivante, en comparant MegaFab et Minimal Fab:
Comparaison très efficace. C'est surtout au
goût de ceux qui insistent pour que Minimal Fab remplace une usine à part entière, et c'est le meilleur et le seul moyen. Eh bien, ici, il y a des milliards et ici des millions.
Mais c'est là que le choc du concept avec la réalité commence.
La réalité
À ce jour, le niveau de puces CMOS implémentées sur la ligne Minimal Fab n'est pas trop étonnant. Réalisation d'échantillons très simples tels que des cellules NAND et des générateurs d'anneaux, composés de 400 transistors. La taille de l'obturateur est de quelques microns, la technologie est assez primitive (niveau de la fin des années 70, début des années 80). Sur la photo, des échantillons présentés en 2018 au SEMI Japon.
Et aussi une diapositive de la présentation, qui montre un itinéraire schématique pour faire des échantillons en 2013. Un itinéraire de 39 opérations, jonctions pn à partir d'une source de diffusion, une couche de câblage ...
Les processus de dopage ionique ne sont pas actuellement mis en œuvre dans le facteur de forme Miimal-Fab, bien que des travaux soient en cours. Jusqu'à présent, l'énergie a été promise jusqu'à 60 keV, et deux types d'éléments, B et P. On ne sait pas comment atteindre des énergies élevées dans une taille limitée d'installations. En option - une mise en œuvre hybride (faire des processus sur des équipements conventionnels, en raison de supports spéciaux).
La mise en œuvre d'au moins un câblage à deux couches, pour parler du niveau de 1-0,8 microns, n'est pas encore visible non plus. Tous les processus du PCT n'ont pas été mis en œuvre.
Le niveau de photolithographie atteint aujourd'hui par les développeurs est nommé jusqu'à 0,5 microns. On dit que cela semble être une étape, mais certains documents ne sont pas présentés. Plus loin dans les plans est la transition vers la lithographie par faisceau d'électrons, mais c'est dans le futur.
Voici à quoi ressemble la feuille de route:
Jusqu'à présent, comparer une usine à part entière d'une valeur de cinq milliards de dollars et la gamme actuelle Minimal Fab semble quelque peu trompeur. Et ceux qui en font appel le font soit par ignorance, soit vice versa, à cause de trop de connaissances.
Le développeur du concept lui-même ne s'oppose pas à TSMC, par exemple.
On voit une niche pour les auteurs du Miniaml Fab. La figure présente une analyse des fabricants américains de semi-conducteurs (diapositive de la présentation de 2017).
Aux États-Unis, environ 98 usines fabriquent des semi-conducteurs dans la gamme de processus de 0,5 microns ou plus, des diamètres de plaquette de 100 et moins. Ce sont des producteurs de volumes moyens et petits, le plus souvent. Ce sont tous des types (CMOS, MEMS, discrets). Au niveau de la technologie, cela correspond déjà à peu près aux capacités de la ligne Minimal Fab, avec le niveau actuel de ph \ l (même sans faisceau d'électrons). Il y a un problème matériel pour ces usines. De nouveaux équipements pour ce diamètre ne sont pas disponibles, et ici le format Minimal Fab est très approprié. Selon les développeurs, pour remplacer ces capacités, des milliers de lignes de Minimal Fab sont nécessaires.
En principe, une situation similaire, mais à plus petite échelle, existe dans notre pays. Nous avons également suffisamment de règles anciennes qui font de petits volumes en utilisant la technologie de King Peas (différentes séries hirsutes de dix transistors selon les normes du cheval, etc.).
Le deuxième créneau intéressant et vraiment pertinent est celui des technologies spécifiques.
SOI, MEMS, capteurs, circuits hybrides (capteur CMOS +, comme les bolomètres) discrets, micro-ondes, opérations back-end comme le bump, connexions A3B5 ... Tout cela se fait sur un petit diamètre, généralement avec de petits volumes. Et ici, Minimal Fab l'emporte sur l'implémentation traditionnelle (sur la photo un exemple d'implémentation de la structure MEMS).
À ce jour, il a été annoncé que déjà 5-6 lignes de Minimal Fab fonctionnent comme entièrement fonctionnelles pour les clients. Un représentant de l'une des sociétés a pris la parole lors du séminaire et a parlé de son expérience d'application.
En règle générale, ils utilisent l'équipement Minimal Fab dans un format hybride. Autrement dit, ils ont une salle blanche traditionnelle avec des équipements pour le processus Backend (quelque chose comme un interposeur pour le bump). Et plusieurs unités de Minimal Fab implémentent les processus f \ l et le traitement chimique.
Promotion avec nous
Nous avons l'idée de promouvoir successivement
MinimalFab MIET. Organise des séminaires et des réunions avec les développeurs de technologies (dans le cadre de la réunion, après la conférence, un accord a été signé entre NRU MIET, Tokyo Boeki (RUS) LLC (avec un capital 100% japonais) et l'Association des universités qui forment le personnel dans le domaine de l'industrie électronique).
Il existe un
site Web en langue russe de Tokyo BOEKI Rus.
Il y a quelques années, ADGEX très pathétique a annoncé le
"début d'une nouvelle ère dans le monde de la microélectronique" et a menacé de commencer à fournir des "appareils" fabriqués au Minimal Fab en 2018, mais quelque chose s'est mal passé.
Résumant le résultat personnel
- Le format Minimal Fab n'est pas seulement un simulateur pour l'apprentissage des élèves (bien que, je l'admets, il y a quelques années, je pensais que c'était plus comme ça)
- Idéal pour MEMS, capteurs, capteurs, bolomètres, etc.
- adapté aux appareils discrets, micro-ondes, électronique de puissance et matériaux spécifiques, tels que SOI, A3B5. (éventuellement dans une mise en œuvre hybride)
- une option très réaliste pour la fabrication de circuits bipolaires ou CMOS de niveau 3 μm et plus, avec un faible degré d'intégration (par exemple, de nombreuses séries
militaires , de dix transistors et trois résistances de taille cheval, encore forgées) - prometteuse pour remplacer les règles obsolètes des plaques de petit diamètre et pour une petite série (un problème de vieux équipement que personne ne fait physiquement)
- extrêmement intéressant est l'implémentation du packaging \ bumping \ interposers et ainsi de suite (dans le cas d'une petite série)
- Le niveau CMOS de 0,5 microns à 0,25 microns - éventuellement dans le futur, dépend des investissements technologiques.
En option en mode hybride (Minimal Fab dans une usine classique).
- pour un CMOS à part entière et un grand degré d'intégration (inférieur à 0,25 μm), il y a peu de prérequis, même s'il y a un faisceau d'électrons f \ l. Pourtant, la taille à nu est loin de tout. En dessous de 0,25 microns, le processus technique est beaucoup plus compliqué, et surtout, le composant de conception.
- en dessous de 0,18 km - les développeurs ne voient même pas de plans dans un avenir proche
- les grandes usines avec des nœuds de 28 nm et moins peuvent dormir paisiblement, Minimal Fab ne leur sera pas concurrent dans un avenir prévisible.
Matériaux et ressources minimes de Fab
- Enregistrement d'un grand séminaire au MIET, 2017.
- La vidéo sur le processus de fabrication est très claire.
- Présentation de SEMI EXPO Moscou 2017