Komplex und mehr Wertschöpfungsnetz als -kette. Die Produktion von Mikrochips ist anspruchsvoll und von zahlreichen Abhängigkeiten geprägt. Unsere Übersicht zeigt die Verflechtungen sowie die Arbeitsschritte und ausgewählte Top-Player.
Kategorien
Mikroelektronik
Die Mikroelektronik Wertschöpfungskette
Diesen Beitrag teilen
Grafik: Ostsüdost / SiliconSaxony
Schlagworte
In unserer Grafik geben wir einen Überblick über die Wertschöpfung in der Mikroelektronik, die aufgrund zahlreicher Abhängigkeiten sowie einzelner Player, die an verschiedenen Stellen der Wertschöpfung beteiligt sind, vielmehr „Netz“ als „Kette“ ist. Insgesamt elf wichtige Bereiche haben wir hierbei definiert. Doch wofür genau stehen sie? Das erklären wir im Folgenden.
(Chip) Design
Definition: Design oder Entwurf umfasst das Auslegen der elektronischen Schaltungen (Schaltkreise) die später in der Fertigung in über hunderten Prozessschritten und mit verschiedensten Materialien auf den Wafern realisiert werden. Anordnung und Auslegung sind jeweils abhängig von der zukünftigen Aufgabe und Funktionalität der Chips. Allerdings umfasst diese Kategorie nicht nur das Chip-Level sondern ebenso auch das Wafer-Level (u.a. optimale Ausnutzung der Fläche und Ermöglichen von späteren Test- und Qualitätssicherungsmaßnahmen) und kann sogar bis auf System-Level ausgeweitet werden. Weiterhin fassen wir darunter auch die Werkzeuge (Software) für EDA und Simulation (übergreifend) zusammen. Beim (Chip) Design erstellen Ingenieure und Designer elektronische Schaltungen für Computerchips. Dieser Schritt legt fest, wie der Chip funktioniert und welche Aufgaben er erfüllt.
Was dazu gehört: IP, Tools (Software) for IC-Design, Fabless and Design Houses
Bekannte Player des Bereiches: arm, Cadence, Synopsis, Nvidia, Racyics
_ _ _ _ _
Wafer Manufacturing
Definition: Die Wafer-Herstellung beinhaltet die Erzeugung der runden Substratscheiben (Wafer), die als Basis für die Herstellung von Computerchips dienen. In den häufigsten Fällen ist das Material nach wie vor Silizium in bis zu 300mm im Durchmesser als Einkristall (der in <1 mm Scheiben zerteilt und geschliffen sowie poliert wird) produziert. Aber auch exotischere halb-leitende Materialien wie Siliziumkarbid (SiC), Galliumarsenid (GaAs) oder SiliziumGermanium (SiGe) u.a. haben ihre Verwendung für verschiedenste Anwendungen gefunden.
Was dazu gehört: Hersteller von Substratmaterial für die Mikroelektronik, Si-Wafern und anderen Halbleiter-Substraten (GaAs, SiC, SiGe usw.)
Bekannte Player des Bereiches: Shin-etsu, GlobalWafers, Siltronic, SUMCO
_ _ _ _ _
Mask Manufacturing
Definition: Um die Schaltkreisentwürfe (siehe Design) auf die Substrate über verschiedene Herstellungsverfahren (siehe Frontend Manufacturing) zu übertragen bzw. diese zu fertigen, werden Schablonen/Masken benötigt. Diese bestehen aus hochreinen Glasscheiben, die anders als die Chip-Substrate (Wafer) quadratisch sind und mehrere Millimeter dick. Das darauf enthaltene Abbild dieser Schaltkreise wird in einem Belichtungsprozess auf der Substrat/Wafer-Oberfläche abgebildet – vergleichbar mit Schablonendruck (simplifiziert). Clou an diesem Verfahren ist, dass über ausgeklügelte Optiken das verhältnismäßig große Abbild der Schaltungen auf die notwenige Kleinheit (mm –> nm) verringert wird.
Was dazu gehört: Maskenhäuser, Hersteller von Fotolotografiemasken (Reticles)
Bekannte Player des Bereiches: TOPPAN PHOTOMASK, Dai Nippon Printing, Photronics Inc.
_ _ _ _ _
Frontend Manufacturing
Definition: Die Frontend-Fertigung ist der Prozess, bei dem die tatsächlichen Mikrochips auf den Wafern erzeugt werden. Dies erfolgt über hunderte von verschiedenen Prozessschritten an komplexen Anlagen, die unterschiedlichste Materialien in einzelnen Schichten auf das Substrat, den Wafer nacheinander aufbringen, diese bearbeiten (polieren, strukturieren, teilweise entfernen) und so nach und nach die Schaltkreise und Transistoren etc. auf dem Wafer formen.
Was dazu gehört: Auftragsfertiger (Foundries) und Halbleiter-Fabs, die eigene Produkte herstellen
Bekannte Player des Bereiches: TSMC, Infineon, GlobalFoundries, SAMSUNG Electronics
_ _ _ _ _
Backend Manufacturing
Definition: Die Backend-Fertigung umfasst das Trennen (Separieren) der Wafer in die einzelnen Chips (bis zu mehreren 100 pro Wafer) die Montage und Verdrahtung der Mikrochips sowie die Herstellung von Gehäusen und Anschlüssen, um die Chips für die weitere Integration in Systeme handhabbar und widerstandsfähig sowie funktionsfähig zu machen.
Was dazu gehört: Chip-Montage, Trennung von Dys (der eigentliche Microchip also der Bereich auf dem Wafer der jeweils zusammengehört), Einbettung in ein Gehäuse, Verpackung (Kleben, Verdrahtung und Verkapselung) und Prüfung
Bekannte Player des Bereiches: ASE, AMKOR, JCET, ADVANTEST, SAMSUNG Electronics, Infineon
_ _ _ _ _
Inspection & Metrology
Definition: Inspektion und Messtechnik beziehen sich auf die Prüfung und Messung während des Fertigungsprozesses von Chips und Wafern, um frühzeitig Prozessfehler zu identifizieren und die hohen Qualitätsstandards sicherzustellen. Dies umfasst sämtliche Messungen in den einzelnen Prozessschritten. Dazu gehört die Messung von Schichtdicken, Strukturgrößen und die Überprüfung der gewünschten Materialkenngrößen wie Leitfähigkeiten (z.B. Ladungsträgerkonzentration) in den funktionellen Bereichen/Schichten eines Mikrochips auf den Wafern. Auch die Prozessüberwachung gehört hier dazu.
Die Messungen erfolgen sowohl in-line also im Prozess oder aber durch Probennahme und zerstörende Messungen (z.B. Elektronenmikroskopie und chemische Analysen), um im nm-Bereich zu prüfen, ob die gewünschten elektronischen Strukturen erfolgreich realisiert wurden. Auch dient dies dazu, Ursachen für Fehler zu identifizieren und Rückschlüsse auf Optimierungspotential ziehen zu können.
Was dazu gehört: Inspektion der Chipoberflächen, Messung von Größe und Lage der bearbeiteten Strukturen sowie Lokalisierung und Identifizierung von Defekten/Fehlern.
Bekannte Player des Bereiches: Applied Materials Inc., Nikon Metrology NV, KLA Corporation, Hitachi
_ _ _ _ _
Equipment (Machinery)
Definition: Sind alle Anlagen und Maschinen, die in den einzelnen Fertigungsschritten im Front- und Backend benötigt werden. Grob sind es Anlagen für die Logistik in der Fab (Roboter, Transportsysteme), Maschinen für die Beschichtung und das Entfernen von Material von der Waferoberfläche, die Änderung der Materialeigenschaften (chemisch oder elektrisch) durch Temperatur oder Beschuss mit Ionen und das Einbringen der gewünschten Strukturen aus den Vorgaben des (Chip)Designs über fotolithografische Prozesse.
Was dazu gehört: Maschinen, beispielsweise zur Belichtung von Wafern (Lithographiebelichtungsmaschinen), zur Ätzung von Schaltungen bis hin zum Transport durch die Fertigung
Bekannte Player des Bereiches: ASML, Applied Materials, LAM, TEL
_ _ _ _ _
APC – Advanced Process Control
Definition: Fortschrittliche Prozesskontrolle (APC) bezieht sich auf Technologien und Strategien, die zur Überwachung und Optimierung der Produktionsprozesse in der Mikroelektronik eingesetzt werden, um die Effizienz zu steigern und die Qualität sicherzustellen. Besondere Beachtung finden hier alle Angelegenheiten, die über die einzelnen Prozessschritte hinweggehen und die Logistik und das Management von Prozessschritt zu Prozessschritt betreffen.
Was dazu gehört: Materiallogistik, Optimierung des kompletten Fertigungsbetriebes für eine optimale Auslastung der Maschinen und Anlagen unter Berücksichtigung von Verfügbarkeit, Dringlichkeit, Wartungsintervallen, das eigentliche Prozess- und Produktionscontrolling, Automatisierung in allen Fertigungsbereichen
Bekannte Player des Bereiches: Kontron AIS, Peer group, Onto innovation
_ _ _ _ _
Facilities
Definition: Hierzu gehören die physischen Produktionsstätten und Gebäude, in denen die Mikroelektronik-Herstellung stattfindet. Alles was die Versorgung der Prozesse und Anlagen mit den nötigen Ressourcen sicherstellt: Rohrleitung, Anschlüsse für Medien, Abfall- und Chemiekalienwirtschaft sowie die klimatischen und reinraumspezifischen Einrichtungen werden hier abgedeckt. Dies schließt auch die persönliche Ausrüstung des Personals mit ein.
Was dazu gehört: alles, was zur Ermöglichung einer Reinraumproduktion notwendig ist, von der Errichtung über den Reinraum selbst bis hin zur Klimatisierung und Verrohrung, Verbindungstechnik und Basis-Fertigungsinfrastruktur
Bekannte Player des Bereiches: Exyte, Mercury, DAS EE
_ _ _ _ _
Parts & Components
Definition: Teile und Komponenten umfassen alle Bau-, Ersatz- und Verschleißteile sowie Materialien, die in den Herstellungsprozessen der Mikroelektronik verwendet werden.
Was dazu gehört: Ersatzteile (z.B. Dichtungen), Verbrauchsmaterialien, diverse Subsysteme für Maschinen und Prozesskontrolle (z.B. Druck- und Durchflussmesser)
Bekannte Player des Bereiches: Inficon, VAT, Festo
_ _ _ _ _
Chemicals
Definition: Chemikalien sind Substanzen, die in der Herstellung zur Reinigung, Ätzung, Beschichtung und anderen Prozessen verwendet werden, um die Wafer und Chips herzustellen.
Was dazu gehört: gasförmige, flüssige und feste (Roh-)Chemikalien für alle Prozessschritte in der Mikroelektronikproduktion (Fotolacke, Reinigungslösungen, Ätzmittel, Beschichtungsmaterialien, etc.)
Bekannte Player des Bereiches: Linde, Air Liquide, cabot
_ _ _ _ _
Diese Inhalte sind im Rahmen der NEXT Mikroelektronik (November 2023) erschienen.
_ _ _ _ _
