Infineon maakt siliciumwafer van 20 micrometer dik, 'verlaagt energiegebruik'

Infineon claimt de dunste siliciumwafer wereldwijd te hebben gemaakt, met een dikte van 20 micrometer. Nu zijn siliciumwafers van 40 tot 60 micrometer gebruikelijk, stelt het Duitse bedrijf. Dunnere siliciumwafers verlagen het energiegebruik.

De 20-micrometerwafers worden volgens Infineon al gebruikt voor de eerste klanten en zullen de komende jaren de 'dikkere' siliciumwafers vervangen, verwacht het bedrijf. Infineon meldt niet exact hoe de wafers dunner zijn gemaakt. Het bedrijf zegt wel dat het 20µm-productieproces geïntegreerd kan worden in bestaande siliciumwaferproductielijnen, zodat de dunnere wafers snel in grote volumes geproduceerd kunnen worden. De wafers hebben een diameter van 300mm.

Het halveren van de dikte van de wafer, betekent dat de weerstand van de wafersubstraat ook gehalveerd wordt, schrijft Infineon. Dit betekent dat het stroomverlies bij 'power systems met meer dan vijftien procent' wordt verkleind. Infineon zegt dat dit vooral van pas komt bij high-end-AI-serverchips en verwacht dan ook dat dit voor efficiëntere AI-chips zal zorgen. De dunnere wafers moeten ook van pas komen bij consumentenproducten en andere toepassingen, zegt het bedrijf.

Reacties (26)

[lenwar]

Even een semi-off-topic vraag. Waarom worden wafers rond gemaakt? Dat is toch ontzettend onpraktisch qua vorm?

[porky-nl]

Geloof dat die machines rond spinnen en dan is dat de natuurlijke vorm die je krijgt.

[3.141592653]

Siliciumwafers zijn rond omdat dit procestechnisch efficiënt is. De productie begint met een siliciumkristal dat in cilindervorm wordt gekweekt via het Czochralski-proces. Deze cilinders worden dan in dunne, ronde schijven gesneden. Het behouden van de ronde vorm voorkomt breuk tijdens productie, aangezien scherpe hoeken gevoeliger zijn voor scheuren en breken.

Ronde wafers draaien ook makkelijker tijdens lithografische processen, waarbij patronen op het oppervlak worden geëtst. Dit maakt het hele fabricageproces stabieler, efficiënter en minder vatbaar voor beschadigingen, wat resulteert in lagere productiekosten.

[mr32]

Daar wil ik aan toevoegen dat sommige productiestappen afhankelijk zijn van 'spincoating', wat betekent dat er een druppel vloeibaar materiaal op een snel draaiende wafer wordt gedropt. De draaiende beweging zorgt ervoor dat deze vloeistof gelijkmatig over de wafer wordt verspreid in een korte tijd. Photoresist is één van de materialen, maar het kunnen ook bijvoorbeeld polymeren zijn.
Je kunt je voorstellen dat dit niet zo lekker werkt op een vierkante wafer.

[Die_ene_gast]

Dat gelijkmatig is nog steeds gevoelig voor striation. Dat is verder bij chips geen issue omdat ze daarna nog schuren, maar bij camerasensors is dat zeker een dingetje (die jij normaal niet zal zien).

[mapa2011]

Ter info: https://waferpro.com/why-are-silicon-wafers-round/

Het antwoord: In feite kun je efficiënter chips snijden van een ronde wafer dan van een vierkante wafer. Er passen meer geïntegreerde circuits op een ronde wafer dan op welke andere vorm dan ook.

[Reactie gewijzigd door mapa2011 op 30 oktober 2024 18:10]

[Bux666]

Goeie vraag! Je zou uit een cirkelvormige wafer natuurlijk ook een vierkant kunnen zagen. Maar dan mis je weer materiaal. De uitleg, vertaald via Google Translate van https://www.escomponents.com/blog/2017/9/26/ever-wonder:

Processorwafels worden gemaakt van silicium, of preciezer gezegd gesmolten zand, dat volgens Intel een "hoog percentage silicium in de vorm van siliciumdioxide" heeft. Het zand wordt gesmolten in een groot vat en zodra het de vereiste temperatuur bereikt, wordt een zaadkristal in de smelt gedropt en begint de kristalgroei rond het zaad. Terwijl de groei doorgaat, wordt het zaad langzaam gedraaid, waardoor geleidelijk een solide, ronde staaf ontstaat.

Elke staaf weegt ongeveer 100 kg en heeft een "siliciumzuiverheid van 99,9999999%", aldus Intel. Die enorme siliciumstaven worden vervolgens in afzonderlijke wafers gesneden, elk slechts 1 mm dik.

De reden voor de ronde, cilindrische vorm is een bijproduct van het proces waarmee siliciumwafels worden gekweekt. De industrie gebruikt regelmatig een siliciumgroeimethode die "de Czochralski-groeimethode" wordt genoemd. Deze methode laat siliciumkristallen groeien door een kristalvloeistof te laten stollen tot een vaste stof.

Een siliciummolecuul of meer wordt aan een mechanisch apparaat bevestigd, dat vervolgens in een plas vloeibare siliciumkristal smelt wordt gedompeld. Om de groei te starten, draait het mechanische apparaat één kant op in de plas kristalvloeistof.

De vloeibare smelt wordt in de tegenovergestelde richting van het mechanische apparaat gedraaid. Beetje bij beetje begint het kristal te groeien vanuit dit kleinere stukje. Terwijl het kristal groeit, blijven de twee rotaties plaatsvinden, terwijl het mechanische apparaat heel langzaam uit de plas kristalvloeistof wordt getild.

Daarom zijn wafers cirkelvormig. Wanneer ze siliciumkristal laten groeien, begint het als een vloeistof en roteert het naar buiten terwijl het een vaste stof wordt.

[cazzie]

In een fab maakt een chipje op een wafer een lange reis langs meerdere machines, om gelijkmatig bv fotoresist aan te brengen is het wel van belang dat het secure gebeurt, idem met reinigings stappen.

[aikebah]

Allemaal wellicht ware statements, maar geen verklaring op waarom een wafer zonodig rond moet zijn. Ook vierkante wafers of driehoekige wafers kun je een reis laten maken langs meerdere machines en kun je ook gelijkmatig van fotoresist voorzien.

[Sten Vollebregt]

Fotolak wordt aangebracht met spinnen, bij een niet ronde wafer krijg je dan een niet uniforme laag in de hoeken. Daarnaast is een ronde vorm mechanisch stabieler. Ook bij de productie van een Si ingot is de vorm rond doordat deze langzaam wordt rondgedraaid. Tenslotte is het makkelijker om bij een ronde vorm een uniforme heater te maken voor de temperatuur, denk maar aan de vorm van pannen. En dan zijn er vast nog een paar argumenten die ik vergeten ben.

[ocf81]

-edit- verkeerd begrepen hoe het proces werkt.

[Reactie gewijzigd door ocf81 op 30 oktober 2024 18:43]

[Mitchelllll]

Zo, ik besef me ineens dat ik deze vraag ook al eens gesteld heb, maar dan aan mezelf in gedachte.

[nielsdc]

De belichting gebeurd in de vorm van een cirkel omdat lenzen (of spiegels in geval van euv) rond zijn. Dus als je een andere vorm als rond gebruikt verlies je oppervlakte en dus efficientie

[Bruin Poeper]

Ik zou meer willen weten over de zaag waarmee je zo'n dun plakje van zo'n hard en 300mm dik materiaal zaagt.
Hoe dik is die zaag, is hij net zo dun als het Siliciumplakje? Hoe werkt zo'n zaagmachine?

[jmmk]

Wikipedia helpt.
Volgens hen bijvoorbeeld met een diamantslijpschijfje van 75 micron dik...

[Bruin Poeper]

Wikipedia helpt.
Volgens hen bijvoorbeeld met een diamantslijpschijfje van 75 micron dik...

Slaat dat niet op het in stukjes snijden van de schijf?

Ik heb eerder wel eens gezocht en kwam toen op wire cutting. Ik dacht altijd dat dat een draad was waaorp diamantjes gekleefd zaten. Eeen soort kettingzaag. Het leek me onmogelijk om zoiets heel dun te maken én sterk.

Maar kijk hier, daar zeggen ze dat het een gladde draad is. En daar sproeien ze dan sliipmiddel ("abrasive slurry") op. Dat slijpmiddel moet natuurlijk tussen draad en silicium, en wel zo dat de draad heel blijft en het silicium niet.
Die snijdraad op zich moet wel iets bijzonders (sterk/slijtvast) zijn.
Ik denk dat in die draadzaagmachines nog wel het een en ander aan vernuft zit...

[Reactie gewijzigd door Bruin Poeper op 31 oktober 2024 01:28]

[laurxp]

Je hoeft geen 20 micrometer dik laagje te snijden. Sterker nog, dat is waarschijnlijk een héél slecht idee: dusdanig dunne wafers zijn extreem fragiel en zullen nooit intact door het productieproces komen!

De truc is om te beginnen met veel dikkere wafers, en aan het einde van het productieproces met een soort schuurmachine een stuk van de achterkant af te schuren. De wafers zijn tijdens het productieproces 0.75mm dik: alsnog dun, maar goed te doen. En dat is de dikte ná het schuren en polijsten aan het begin van het productieproces, de zaagdikte zal nog een stukje dikker zijn.

[Gronjos]

SEMI standard wafer dikte is ~775 um, en typisch wafers zijn altijd honderden um dik. Ik snap niet waarom hij heeft het over een standard dikte van 40-60um. Volgens mij staat dat fout bij dit artikel.

[Sten Vollebregt]

Voor vermogenselektronics worden dunnere silicium lagen, vastgemaakt aan een veel dikkere carrier wafer gebruikt. De carrier zal wel rond de 700 um zijn. De 40-60 um is blijkbaar de dikte van die laag voordat Infineon hem betrouwbaar dunner kon maken. Zonder carrier zal het silicium veel te veel buigen.

[grlk]

Waarom is de weerstand lager bij een dunnere wafer? Andere doping?

[Sten Vollebregt]

Dit gaat om verticale vermogenselektronica, de stroom loopt dan door de dikte van de wafer. Bij een dunnere wafer is de aan-weesyand lager en daarmee dus ook het verlies.

[grlk]

Right, ik zat aan horizontale stromen te denken.

[Vlizzjeffrey]

Hebben ze dan ook 50% minder grondstoffen nodig aangezien ze 50% dunner zijn ?

[ATIradeon8500]

Mogelijk hangt dat dan weer af van de dikte van de zaag?

[laurxp]

Nee. Ze gaan met een veel dikkere wafer door het hele productieproces heen, om helemaal aan het eind er een stuk vanaf te schuren.

[Bruin Poeper]

Dank voor de uitleg! Dat die wafer in het proces veel dikker is verklaart een hoop.

Als ik het goed begrijp wordt van die hele dikke Silicium ingot 95% weggeslepen...
Dat is toch behoorlijk hard materiaal, zal dus een hoop slijpmiddel (diamant?) kosten.