ウェハってなんでまるいの？

20201106

ウェハについての学びです。
最近バンバン新しいチップが飛び交っているのでさすがに無視はできないなっと。

ウェハとは

その前にウェハってなんだってところからだと思うので、簡単に言うとコンピュータなどに使用されるチップ（トランジスタなどを積載）の回路の土台って言えばいいのかな…

前々から思ってたんです。
何で丸いの？って。なんで四角じゃないの？って本気で思っていました。

自身ありげに掲げるウェハ、丸いんですよ。ダイ（チップの元）は四角いのになんか効率悪いと思いませんか？

四角いウェハなら効率よくダイを切り出せると思うんですが、そこはちゃんとした理由があって、作ってる人も試行錯誤しててけっこーな高等技術なんです、実はあれ。

丸い理由

純度の高いシリコンから作られるシリコンの単結晶を作る都合上、円柱型になるそうです。この円柱をインゴットと言います。テストにでます。

作成方法にもよるみたいなことも書いてありましたが、作成時に回しながら引き上げることでこのような形になるそうです。

なぜ回すのかは感光剤を均一に塗ったり不純物がまばらにならないようにするためだそうです。

このインゴットをスライスしたものがウェハの元となり、この上に酸化シリコンだとかアルミニウムだとかで薄膜を作るそうです。

このあとにも結構たくさんの複雑な工程がいくつもあり、すべてクリーンルームじゃないとダメみたいです。それくらい大変なことなんですね。

ウェハにある四角い模様は？

回路パターンです。ダイのことですね。

とにかくウェハが無駄にならないように敷き詰めて転写します。
ウェハってお高いらしいですよw

今までは 200mmのウェハが主流だったみたいですが、Intelが 300mmのウェハを作ってからはそちらが使われているようです。
450mmも随分前からあるようです。

大きくなればそれだけ 1枚のウェハからたくさんのダイが作成できます。

10nmとか7nmとかとはどんな関係が？

微細化することでダイのサイズが小さくなるため、より多くのダイを作成することができるようになり生産コストも下がります。
このへん TSMCとかが、ちょー頑張ってチャレンジしてますが、成功すればそれだけの性能の向上が望めるわけですね。リターンも含め。

どのくらい難しいか

たとえ 3nmのダイができたとしても、リーク電流の問題だとかそういう、もう米粒に絵を描くよりも細かい処理を均一に行わなければならないので想像がつきません。

3nmになるとシリコン膜だと厚すぎてダメだとか聞きますし。
研究レベルでは 1nmまで成功したそうですが、電流を流したり実用性を考えずに行ったものなので「できないことはない、あとは頑張るだけだ」とのことでしょう。

この先は

材料の調達などもありますし、3nmが成功したとして次は 2nmと徐々に微細化していくわけですが、同じ材料で製造はできないのではないかと思います（想像）。
そうなると、もう何年かかるか、意外と簡単にできてしまうのか。

DRAM界隈でも気にしてるっぽいので、今後はどうなるでしょうね。

Intelが Hyper-Threadingをやめたように 3D積載化へ方向転換することも考えられますし。

ただ、別のものが足を引っ張らないことを祈ります（今までのハードディスクみたいに）。

まとめてきなもの

とりあえずウェハってどんなものかがわかるくらいの内容です。ウェハってなあに？に答えられるくらいの。
製造工程とか、回路パターンの転写とか興味のある方は自力で調べてください。