Grundlegende Konzepte: Was ist GAA?
GAA (Gate-All-Around) ist eine Feldeffekttransistor-Architektur (FET) der nächsten Generation und Nachfolger des FinFET (Fin Field-Effect Transistor).
Bei FinFET umschließt das Gate den Transistorkanal an drei Seiten.
Bei GAA umschließt das Gate den Kanal vollständig. Dies ermöglicht eine bessere Steuerung, reduziert Leckströme und verbessert die Leistung.
Die derzeit gängigsten Implementierungen von GAA sind Nanoblatt- oder Nanodrahtstrukturen.
Der Kern von GAA besteht aus mehrschichtig gestapelten Kanälen und der Gate-Around-Bildung.
Der Herstellungsprozess umfasst im Wesentlichen die folgenden Schritte:
🧩 1️⃣ Übergitter-Stapelung
Mehrere Si- (Silizium) und SiGe-Schichten (Siliziumgermanium) werden abwechselnd auf einem Siliziumsubstrat aufgebracht. Beispiel: Si / SiGe / Si / SiGe / Si …
Die Si-Schicht dient als Kanal, während die SiGe-Schicht später weggeätzt wird, um die Nanoschicht freizugeben.
📘 Schlüsseltechnologie: Epitaxie
Diese dient der präzisen Kontrolle der Dicke (~5 nm) und Spannung von Silizium-/Siliziumgermanium-Schichten auf dem Wafer.
🌐 Beziehung zwischen GAA (Gate-All-Around) Transistor und CNC-Präzisionsbearbeitung
Obwohl GAA (Gate-All-Around) Transistoren zur Nanometer-Skala der Halbleiterfertigung gehören,
und CNC-Bearbeitung (Computerized Numerical Control) im Millimeter- bis Mikrometerbereich arbeitet,
sind beide Bereiche eng miteinander verbunden.
In der Praxis spielt CNC eine entscheidende unterstützende Rolle bei der Herstellung der für den GAA-Prozess benötigten Geräte und Materialien.
🧩 I. Gesamtrelationskarte
GAA-Prozess → Halbleiterausrüstung → Präzisionskomponenten → CNC-Bearbeitung
Mit anderen Worten: GAA-Chips können nicht direkt mit CNC hergestellt werden,
aber die Ausrüstung, Vorrichtungen und Materialmodule, die für die GAA-Herstellung benötigt werden,
werden alle durch CNC-Präzisionsbearbeitung realisiert.
🔹 II. Hierarchische Beziehungserklärung
1️⃣ Präzisionskomponenten der Halbleiterausrüstung werden CNC-gefertigt
Wichtige Ausrüstungen für den GAA-Prozess umfassen:
| Gerätetyp | Hauptfunktion | CNC-bezogene Komponenten |
|---|---|---|
| ALD / CVD Depositionssysteme | Dünnschichtabscheidung auf Nanometerskala | Vakuumkammern, Gasverteilplatten, temperaturkontrollierte Chucks |
| Ätzgeräte (Etcher) | Nanostrukturätzungen | Keramikisolationsringe, Kathodenplatten, Stützringe, Elektrodenbasen |
| CMP-Planarisierungssysteme | Nanoflächenbearbeitung | Polierköpfe, Plattenrahmen, Flüssigkeitsverteilungssysteme |
| Mess- / Inspektionssysteme | Nanometergenaues Alignment und Oberflächenanalyse | Scanstages, optische Gehäuse, Vibrationsisolationsrahmen |
👉 Fast alle diese Strukturkomponenten werden durch CNC-Präzisionsbearbeitung gefertigt,
gefolgt von Schleifen und Oberflächenbehandlung.
2️⃣ GAA-Prozess erfordert extreme Präzision — Geräte stark abhängig von CNC
Da GAA-Transistoren Nanometer-Strukturen enthalten (z. B. Nanoblätter ca. 5 nm dick),
müssen die entsprechenden Geräte folgende Präzision erreichen:
- Geometrische Toleranz: ±2 μm oder besser
- Oberflächenrauheit: Ra ≤ 0,1 μm
- Thermische Stabilität: ±0,001°C
➡️ Daher müssen die Metall- und Keramikkomponenten dieser Systeme mit folgenden Techniken gefertigt werden:
- 5-Achsen CNC-Bearbeitung für komplexe Kavitäten und Fluidkanäle
- Ultrapräzisionsschleifen / Spiegelpolieren
- Koordinatenmessmaschinen (CMM) zur geometrischen Verifikation
3️⃣ CNC-Materialien sind eng mit der Materialtechnik für GAA verbunden
| CNC-Material | Anwendung in GAA-Geräten | Wichtige Materialeigenschaften |
|---|---|---|
| Aluminiumlegierungen (Al6061, Al7075) | Vakuumkammern, Bühnenstrukturen | Leicht, hohe Wärmeleitfähigkeit |
| Titanlegierung (Ti-6Al-4V) | Elektroden, Stützringe | Korrosionsbeständig, hohe Temperaturstabilität |
| Edelstahl (SUS316L, 304) | Gasleitungen, Strukturteile | Chemikalienbeständigkeit, Korrosionsresistenz |
| Wolfram, Molybdän, Tantal | Elektroden, Plasmakomponenten | Hoher Schmelzpunkt, niedriger Dampfdruck |
| Keramik (Al₂O₃, SiC, AlN) | Isolierteile, Kammerauskleidungen | Hohe Korrosionsbeständigkeit, Isolierung, thermische Stabilität |
Diese Materialien werden durch Hochgeschwindigkeits-CNC-Bearbeitung, Ultraschallbearbeitung oder laserunterstützte Bearbeitung verarbeitet.
4️⃣ Rolle der CNC in der Entwicklungsphase von GAA-Geräten
Während der F&E- und Prototyping-Phase von GAA-Geräten sind CNC-Hersteller verantwortlich für:
- Schnelle Herstellung von Prototypen für Kammern und mechanische Strukturen
- Optimierung der Gaskanäle und Strömungspfade nach Design
- Unterstützung von Vakuum- und Wärmetests für Designiteration
➡️ Diese Prototypen sind Einzelstücke, mit kurzer Lieferzeit und hoher Präzision,
und erfordern hochmoderne CNC-Bearbeitungszentren, integriert mit Automatisierung und Messtechnik.
5️⃣ GAA-Entwicklung treibt CNC-High-Precision-Technologie voran
| Technische Herausforderung GAA | CNC-Lösungsansatz |
|---|---|
| Hohe thermische Stabilität erforderlich | Temperaturkontrollierte Fertigungsumgebung, Materialien mit niedriger Wärmeausdehnung |
| Mikroskopische Gasströme, Miniaturkammern | Mikro-Fräsen, Mikro-EDM |
| Metall-Keramik-Verbundstrukturen | Ultraschall- oder laserunterstützte Bearbeitung |
| Hohe Planheitsanforderung | Spiegelpolieren, AFM-basierte Oberflächenprüfung |
➡️ Mit der Miniaturisierung der GAA-Knoten entwickeln sich CNC-Technologien weiter, um Nanometer-Genauigkeit und Stabilität zu gewährleisten.
🔹 III. Praxisbeispiele
| Bereich | CNC-Produkt | GAA-bezogener Prozess |
|---|---|---|
| Hersteller von Vakuumkammern (z. B. GlobalWafers, AIDC-Lieferkette) | CNC-gefertigte Aluminiumkammern | Verwendet in ALD / CVD Deposition |
| Hersteller keramischer Komponenten (z. B. Kyocera, CoorsTek) | CNC-geschliffene Al₂O₃- und SiC-Komponenten | Für Ätz- und CMP-Systeme |
| Halbleiterausrüstungshersteller (z. B. Applied Materials, Lam Research, Tokyo Electron) | CNC-gefertigte Präzisionsvorrichtungen und Strukturteile | Schlüsselkomponenten für GAA-Fertigung |
🔹 IV. Zusammenfassung
| Ebene | Wesentlicher Bezug |
|---|---|
| Prozessebene (GAA) | Nanometer-Materialien und Transistorstrukturen |
| Geräteeebene | ALD / CVD / Ätzen / CMP / Messtechnik |
| Mechanikebene | Kammern, Vorrichtungen, Basen, Strömungsmodule |
| CNC-Fertigungsebene | Präzisionsfertigung von Metall- und Keramikkomponenten |
👉 CNC-Präzisionsbearbeitung bildet die Grundlage, die es GAA-Geräten ermöglicht, Nanometer-Kontrolle zu erreichen.
Ohne hochpräzise CNC-Technologien wäre die stabile Massenproduktion von GAA-Transistoren unmöglich.
#GAA Transistorprozess und CNC-Präzisionsbearbeitung #Bearbeitung von Halbleiterkomponenten #GAA Prozesswerkstofftechnik #Präzisionsbearbeitung unterstützt fortschrittliche Prozesse
#Integration von Halbleiterfertigung und -bearbeitung #GAA Prozess-CNC-Technologiekarte
#Präzisions-CNC-Bearbeitung #5-Achsen-Bearbeitung #Vakuumkammerbearbeitung #Schleifen von Keramikbauteilen #Hochpräzise Vorrichtungen #Gasströmungsbearbeitung #Temperaturkontrollbasis #Mikrofräsen #Ultraschallbearbeitung #Elektroerosion #Spiegelpolieren #Geometriemessung
Yong Yi Technology Co., Ltd.
Standort: Nr. 188-9, Abschnitt 1, Dafeng Road, Tanzi District, Taichung City, Taiwan 42756
Telefon: +886-4-25341382
Rufnummer: +886-4-25341847
E-Mail yongyi-sales@umail.hinet.net
E-Mail: justinwu6767@gmail.com