Hi.
mal zwei Fragen zu Wafern, welch ich im Netz leider nicht beantworten
kann:
- Weshalb macht man Waferscheiben 30cm Durchmesser? Würde man sie größer
machen hätte man A: Weniger Verschnitt und B: Müsste man die Aufwendigen
Prozesse nicht so oft durchführen
- Wie lang ist ein Siliziumstab? ca. 2 m? und wieso züchtet man diesen
nicht weiter sodass er z.B. 10 m hat? So würde man mehr Scheiben aus
einem Stab heraus bringen?
Merce schonmal und Gruß
Man hat sie früher sogar noch viel kleiner gemacht. Ich glaube, der
Anfang waren Scheiben von 1 Zoll Durchmesser. :-)
Sukzessive sind sie im Laufe der Jahre größer geworden (aber nicht für
alle Halbleitermaterialien gleichermaßen), sowie man in der Lage war,
die damit einhergehenden (sehr vielfältigen) technologischen Probleme in
den Griff zu bekommen. Nur mal ein Beispiel für solcherart Probleme: in
einem Diffusionsofen ist es nicht überall gleich heiß, was natürlich
einen Einfluss auf die Diffusionsvorgänge hat.
Auch bei der Länge des Kristalls hast du technologische Grenzen in dem,
was so eine Maschine handhaben kann. Dort ist außerdem der "Gewinn"
relativ noch geringer als bei den Scheibengrößen, wenn man den Stab nun
3 Meter statt 2 Meter lang baut, denn lediglich der "Verschnitt" an
Anfang und Ende wird dadurch relativ weniger.
Große Wafer haben nicht nur Vorteile. Große Scheiben rechnen sich nur
bei echten Massenprodukten. Anfangs hat man deshalb auf 300mm Wafern
z.B. nur DRAM hergestellt, weil eine Lithomaske sich erst ab einer
bestimmten Scheibenanzahl rechnet und eine größere Lithomaske kostet
halt auch mehr. Deshalb haben kleine FABs, die Nischenprodukte fertigen,
teils auch noch 150mm Scheiben.
Zweitens sind die Produktionsanlagen für die Chipherstellung für größere
Wafer zumindest am Anfang teurer. Man muß ja die Entwicklungskosten
wieder reinholen. Bei mehr Waferfläche wird es immer komplizierter, eine
gleichmäßige Uniformity über den ganzen Wafer zu erzielen. D.h. bei
allen chmischen und physikalischen Prozessen muß die Gaskontentration,
die Fließgeschwindigkeit von Gasen und die Energiedichte im Plasma an
allen Stellen gleich groß sein.
Du hast z.B. den Wafer mitten in der Prozesskammer liegen, die Ätzgase
kommen von oben - müssen aber auch irgendwo hin. Der Wafer legt wie auf
einer Insel, unten wird ringförmig abgesaugt. Wenn der Wafer größer
wird, werden am Rand Turbulenzen wahrscheinlicher, je größer der Wafer
wird.
Beim Belichten in der Litho werden Unschärfen und Verzeichnungen in den
Randbereichen bei steigender Größe wahrscheinlicher. Stelle dir den
optischen Strahlengang vor. In einer gewissen Höhe über dem Wafer ist
der Brennpunkt. Ein senkrecht drunterliegender Punkt hat die kürzeste
Strecke. Je weiter du nach außen kommst, desdo länger wird diese
Strecke, vom Brennpunkt aus, je größer der Waferdruchmesser wird.
Und es gibt noch weitere "Nebeneffekte" an die niemand im Vorfeld denkt.
es gibt Prozesse, die mit hohen Temperaturen der Wafer einhergehen (CVD,
Ofenprozesse) Durch bereits abgeschiedene Schichten krümmt sich der
Wafer bei Erhitzung, ähnlich wie bei Bimetall. Diese Krümmug ist von
Scheibe zu Scheiben aber zufällig, ob nach oben oder nach unten.
Die Shelfs in der Anlage, wo die Wafer wie in einem Regal liegen, haben
10mm Abstand. Wenn der Robbi zwischen die Wafer einfährt, um sie
anzuheben und abzulegen, wurde das schon bei 300mm grenzwertig, wenn
einer nach oben und einer nach unten verzogen ist.
450mm war bei Einführung von 300mm mal angedacht, wurde in den letzten
22 Jahren aber nie in Angriff genommen.
Gerald B. schrieb:> Anfangs hat man deshalb auf 300mm Wafern> z.B. nur DRAM hergestellt, weil eine Lithomaske sich erst ab einer> bestimmten Scheibenanzahl rechnet und eine größere Lithomaske kostet> halt auch mehr.
Die Maske bleibt in der Größe gleich, sie wird nur auf einer Scheibe
häufiger repliziert bei der Belichtung. Die Zeiten, wo man mit einer
Maske eine ganze Scheibe belichten konnte, sind schon lange vorbei.
> Deshalb haben kleine FABs, die Nischenprodukte fertigen,> teils auch noch 150mm Scheiben.> Zweitens sind die Produktionsanlagen für die Chipherstellung für größere> Wafer zumindest am Anfang teurer.
Das dürfte der wesentliche Grund sein, warum kleinere Fabs mit kleineren
Scheiben arbeiten. Die Investitionssummen für 300 mm sind nicht
unerheblich. Als Bosch hier in Dresden ihre 300-mm-Fab eingeweiht hat,
war die Rede von der größten Einzelinvestition des Unternehmens in
seiner Geschichte.
Jörg W. schrieb:> Das dürfte der wesentliche Grund sein, warum kleinere Fabs mit kleineren> Scheiben arbeiten. Die Investitionssummen für 300 mm sind nicht> unerheblich. Als Bosch hier in Dresden ihre 300-mm-Fab eingeweiht hat,> war die Rede von der größten Einzelinvestition des Unternehmens in> seiner Geschichte.
Das ist auch der Grund, warum die Chipkriese nicht von heute auf morgen
zu lösen ist.
Kleine Fabs kaufen viele Produktionsalangen Secondhand von den großen
Platzhirschen, wenn die sich für die neuesten Technologien neu
ausstatten. Der Markt an gebrauchten Anlagen gibt aber nicht mehr her,
wenn sich der Bedarf an ICs sprunghaft erhöht.
Viele ICs sind aber eher trivial aufgebaut, wie Displaytreiber u.ä.
Deren Margen und Stückzahlen geben es garnicht her, auf größeren Wafern
und moderneren Anlagen gefertigt zu werden. Davon abgesehen müßte dann
der Prozess nochmals neu enwickelt und abgestimmt werden
Mister L. schrieb:> welch ich im Netz leider nicht beantworten kann
Es gibt so vieles, für das man selber nachdenken müsste.
Wafer sind hocheben. Das wird um so schwieriger, je grösser sie werden,
zumal sie möglichst dünn sein sollen. Niemandem ist mit Wellblech
geholfen, zudem zerbrechen sie dann leichter. Und alle Maschinen müssten
grösser werden und damit teurer. Man behilft sich in der Realität halt
gerne mit Kompromissen.
Nicht mal Stahlträger werden gerne mit über 6m ausgelieifert, weil es
dann einfach zu unhandlich wird. Dein 10m x 50cm Rohling würde 5 Tonnen
wiegen.
Und man hat kaum Gewinn, die abgesägten Enden werden wieder
eingeschmolzen und kommen dann eben im nächsten Rohling unter die
Diamantbandsäge.
Hallo,
wie bereits geschrieben wurde sind größere Wafer a) schwieriger zu
produzieren und b) erfordern sie aufwändigere Anlagen zur Bearbeitung.
Die Si-Wafer müssen einkristallin sein und dürfen nur sehr sehr sehr
wenige Defekte und Verunreinigungen enthalten. Dafür müssen die
Bedingungen beim Wachstum sehr homogen sein und genau kontrolliert
werden. Ein 200 mm Wafer ist noch einigermaßen stabil, ein 300 mm Wafer
biegt sich schon deutlich durch und ein 450 mm Wafer zerbricht
wahrscheinlich sofort, wenn man ihn nur am Rand auflegt.
Mister L. schrieb:> welch ich im Netz leider nicht beantworten> kann:https://www.extremetech.com/computing/242699-450mm-silicon-wafers-arent-happening-time-soon-major-consortium-collapses
Alexander S. schrieb:> Ein 200 mm Wafer ist noch einigermaßen stabil, ein 300 mm Wafer> biegt sich schon deutlich durch und ein 450 mm Wafer zerbricht> wahrscheinlich sofort, wenn man ihn nur am Rand auflegt.
Ich habe früher 8" Wafer dünn geschliffen.
Eine 20cm Scheibe mit einer Dicke im Zehntelmillimeterbereich und der
Stabilität einer Glasscheibe ist nicht gerade einfach zu handeln. Da
gingen sicherlich auch ein paar Mio € zu Bruch.
Mit 300mm wäre das wohl noch schwerer gewesen.
Hin und wieder gabs dann mal eine 6" Scheibe aus einem anderen Werk, die
waren praktischer...
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