Производство микросхем

Taiwan Semiconductor Manufacturing Company — крупнейший контрактный производитель чипов (60%+ рынка foundry, капитализация $600 млрд). Техпроцессы: 28nm (2011, planar FET), 16nm FinFET (2013, объёмные транзисторы), 7nm (2018, DUV multi-patterning, Apple A12), 5nm (2020, EUV, Apple M1, плотность 173 MTr/mm²), 3nm (2022, FinFlex — разные высоты плавников, плотность 292 MTr/mm², Apple A17 Pro), 2nm GAA (Gate-All-Around, планируется 2025, плотность ~400 MTr/mm²). Клиенты: Apple (25% выручки), AMD, NVIDIA, Qualcomm, MediaTek. Заводы на Тайване (90% мощностей) — геополитический риск

Упаковка кристалла (die) в защитный корпус с выводами. Типы: DIP (Dual In-line Package, 1970-е, сквозные выводы), QFP (Quad Flat Package, 1980-е, выводы по периметру), BGA (Ball Grid Array, 1990-е, шариковые контакты снизу — до 1000+ выводов), LGA (Land Grid Array, контактные площадки, Intel CPU). Современные: chiplet (несколько кристаллов в одном корпусе, AMD Ryzen с отдельными CCD и I/O die), 3D-стэкинг (HBM память — до 16 слоёв DRAM друг на друге, пропускная способность 1-2 TB/s), Fan-Out (TSMC InFO, Apple A-серия — redistribution layer расширяет площадь без substrate). Тесты после упаковки: burn-in (повышенная температура), функциональные (частоты, потребление)

Перенос рисунка маски на пластину через фоторезист. DUV (193 нм ArF), EUV (13.5 нм). Multi-patterning для узких норм. ASML, Nikon, Canon.

Удаление материала через маску. Мокрое (HF, HNO₃) и сухое (плазма). RIE, ICP для анизотропного травления. Lam Research, TEL — лидеры.

Нанесение тонких плёнок. CVD (химическое), PVD (физическое), ALD (атомно-слоевое). Диэлектрики, металлы, барьерные слои. Applied Materials, Lam.

Планаризация поверхности пластины. Абразив (SiO₂, CeO₂) + химия. Удаление 100-1000 нм. Критично для многослойной металлизации. Applied Materials, Ebara.

Extreme Ultraviolet (13.5 нм). ASML монополист, машина $200+ млн. Необходима для <7 нм. Мощность источника 500+ Вт. High-NA EUV для 2 нм.

180 nm (1999) → 90 nm (2004) → 45 nm (2007) → 22 nm (2012, FinFET) → 7 nm (2018) → 3 nm (2022, TSMC/Samsung). "нм" — маркетинг, не физический размер (7 nm ≈ 18 nm gate pitch). Закон Мура: удвоение транзисторов каждые 2 года (замедлился). Apple M2: 20 млрд транзисторов на 5 nm.

TSMC (Taiwan): 54% рынка, контрактное производство (Apple, AMD, Nvidia), лидер 3 nm. Samsung: 17%, память + логика, 3 nm GAA. Intel: 7%, собственные CPU, отстаёт (проблемы с 10 nm → 7 nm). Foundry модель: fabless дизайн (ARM, Qualcomm) + fab производство. CapEx: $20+ млрд/fab (Arizona TSMC $40 млрд).