 Ich wollte euch heute in einer heimstunde ein bisschen was über freies Silizium erzielen Mein Name ist Hagen Ich bin auch ein bisschen überraschend dazu gekommen aber in historisch sehen was wie es passiert ist Als ich mein Chip-Designer, ich mache das irgendwie schon, so zwei D-Karten Ja, ich habe auch mal layout gemacht ganz früher und jetzt halt solche Sachen fangen wir mal an Also das ist die Übersicht so ein bisschen warum freies Silizium Wo wir eigentlich im Augenblick stehen Was wir so an Baustellen haben was verplanen und sozusagen die Infos für euch so zum Anfüttern. Das erste ist erst mal stellt euch mal vor ihr wollt ein Chip machen Was passiert, ihr geht in ihr Fab rein Gibt's ja einige auch in deutschland ihr unterzeichnet drei Verträge Die nennen sich NDE's wie non disclosure agreements also geheimhaltungsvereinbarung Ein einfach dafür dass ihr sozusagen die Prozessbibliothek sehen könnt also Was für ein Prozess ist welche Abmaße da irgendwelche Strukturen haben welche Widerstände da drauf sind also im ganzen physikalischen Kschichtensytton rum Ein Vertrag unterschreibt dafür die Bibliothek also wenn ihr irgendwie ein Chippen haben wollt dann macht euch sehr zu sagen nicht aus dem Blanken raus dass ihr euren eigenen transstoren zeichnet das er unwahrscheinlich Ihr fangt meistens anders sagt okay Ich will jetzt irgendwie einen unkater haben oder gar da ein film oder einen rammen oder irgendwie so was dafür unterzeichnet Hier eine eigene Bibel in einen NDE ist der zweite und dann kommt noch ein dritter dazu und der dritte sagt Die ganzen vertragsdetails also Sachen wie von wegen Welche anzahl an wefas die feb euch verspricht liefern zu können jeden monat Wie viele ihr verspricht jeden monat abnehmen zu können oder zu wollen Dann solche Sachen welche preise hatten wie war wie viel kostet das eigentlich alles Welche lieferzeiten müsst ihr rechnen also von wegen wie lange dauert das bis der wefer dadurch diese ganzen feinen details ist der dritte NDE Jedes mal irgendwie mehr darin mit blut unterschrieben Und ihr legt eine ganze menge geld auf den tisch Und das geld setzt sich so ein bisschen zusammen mehrere punkte also ein punkt zum beispiel ist Hier kommt ja meistens wo es rein mit einer beschreibung wäre log von hdl oder sowas und Ist ja noch kein chip ist eine behavior beschreibung also verhaltensbeschreibung wie auch immer das muss ihr erst zentatisiert werden dann die netzliste kommt dabei raus die netzliste wird halt platziert auf dem chip oder platziert wird gerautet also die verbindungen zwischendurchgelegt wenn es irgendwelche timingprobleme gibt also die schwindigkeit nicht eingehalten Muss vielleicht runden routet werden verschoben werden können diese ganzen lautgeschichte das am ende dann sozusagen für die feb selber Und gds 2 fei rauskommt das und muss euch vorstellen wie wie gerbar für pcb-entwicklung so ein standardformat für die und tja Dafür legt der geld auf den tisch also für diesen engineering prozess weil könnt ihr nicht selber machen ihr habt nicht erfahrung dazu beauftragt entweder eine firma dafür drittfirma oder gleich die feb selber wenn sie es anbieten Ihr legt geld auf den tisch für den masken satz jeder prozess ist unterschiedlich kompliziert Gibt es von relativ kompliziert bis richtig kompliziert Und je nachdem welche prozess stritte die dabei haben also welcher reinfolge sie was machen Aber wenn irgendwelche masken fertig diesen ein bisschen größer als die struktur in die letztlich drauf kommen sollen Aber das kostet auch geld die müssen ja ziemlich genau sein die müssen genau dann letztendlich Übereinander zum liegen kommen also ihr wollt ja keinen versatz haben in den ganzen schichten aber so ein masken satz sind irgendwie mal früher Wanns mal 30 jetzt sind wir irgendwie so bei unten hat Jede maske kostet richtig geld in der fertigung Das legt ihr auf den tisch und dann ist es so ihr kauft jeden einzelnen wefer Müsste auch so rechnen ein paar tausend Einfach so gibt es ja verschiedene größen also jetzt sind wir um so bei 300 mm also pizzergröße Kommt drauf an wie also frage war wie viel schipps darauf passen wefer das kommt drauf an Wie groß der wefer ist und wie groß der ship ist Die maske Also die Maske selber ist meistens für so ein teilschip also dass man sozusagen vier schipps zusammen auf einen maske drauf macht und dann sozusagen mehrmals dieses teil auf den wefer belichtet Okay, aber also maske man kauft ja machen wir den später also er kauft sozusagen den wefer Ihr bezahlt die ganzen prozess in kosten also wenn sozusagen der wefer da im körbchen dadurch die ganzen maschinen durchgeht und so weiter Und am ende habt ihr den test noch zu bezahlen und kriegt dann sozusagen irgendwo getestete vereinzelte ships wenn er noch ver einbart noch mit gehäuse drum herum und noch mal ein bisschen toller jedenfalls eine ganze menge geld Da reden wir irgendwie von millionen mehrstellig Macht man nicht einfach so aber Wenn ihr zum beispiel irgendwie jetzt streiten mit der firma Also sagt mich fällt nicht können irgendwie nicht liefern oder sind gerade abgebrannt die haben erdbeben oder sowas ihr könnt Selbst euer das ganze design was ihr bezahlt hat also die masken satz die nre kosten und so könnt ihr nicht einfach mitnehmen und sagen Ich gehe jetzt mal zum anderen So wie ihr von wegen ein bauplan von einem architekten mitnehmen könnt zum nächsten architekten gehen und so ein baumehr mal geht hier nicht weil Ihr habt ein problem Meere also die technologie kann völlig anders sein Die standard zählen sind nicht austauschbar Also die eine fab benutzen die zählen in anderen fab sind sie wieder andere zählen die haben vielleicht unterschiedliche timing verhalten und damit geht eure ganzes Schaltung einfach nicht mehr Oder lassen sich einfach nicht austauschen haben unterschiedliche beinchen dran also Ein und ausgänge und so weiter Die masken welt ihr wahrscheinlich nicht bekommen also niemand wird euch sozusagen die masken satz in die hand drücken und sagt Geh mal geht nicht Der masken satz passt wahrscheinlich auch nicht zur nächsten technologie also in einer firma fahren sie an technologie die brauchen deswegen anderen masken satz andere reinfolge an aufbau und so weiter Diese ganzen nae kosten also nun recuring engineering dieses ganzen kram ja die habt ihr einmal eine tonne getreten In der nächsten fab macht das noch mal Und das ist ein riesen batzengeld So das ist jetzt zu flecht um in der sache selber machen Und dafür brauchen wir mal ein prozess wo sozusagen die ganzen informationen frei sind wenn man sozusagen ohne diese ganzen ende ist dafür auskommt ok Was bisher passiert ist Der david lanzendörfer ist ein schweizer der treibt sich aber in hong kong rum Der hat an der hk ust also in hong kong university of science and technology Ein reinraum aufgetrieben Der anmietbar ist also da stehen die maschinen drinnen Ja und man kann sozusagen wenn man irgendwie einen guten plan damit haben und begründeten plan wie man was machen will Kann man sagen ich möchte gerne da drinnen weh verfährt die bieten auch die wehfers an Da wird er doch geld aufgetrieben dafür Und er hat zum letzten kongressen leitenden torck gehalten und ist der punkt wo ich da reinkomme ich habe den leitenden torck selber nicht gesehen Ich habe mir danach auf dem Mediathek.de angeguckt weil mir jemanden tipp gegeben hat Guck dir das mal an Jetzt sieht so aus wir sind etwa ein duztet leut auf einer milling niste Wir treffen uns jeden sonntag 21 uhr hkt also hong kong time Zum mambeln das ist umgerechnet jetzt irgendwie nach deutschland sommerzeit irgendwie 15 uhr glaube ich Vorher war es irgendwie 14 uhr und wir fressen der bücher Der letzte punkt ist der Wir haben also David hatte die idee gehabt ja es gibt da doch irgendwie so beim osis des amerikanischen universitätsprogramm Gibt es da irgendwie schon biblioteken für 180 nanometer 180 nanometer kann schon ein bisschen klein sein Das ist aber das letzte was sozusagen gibt alles was kleiner ist gibt es nicht mehr Ich habe meine 180 nanometer angeguckt und ich sag mach zu viele problemen die leerbücher hören etwa alle bei einem Mikrometer bei einem halben Mikrometer auf struktur breite auf also bis dahin ist sozusagen alles irgendwie so akademisch gewesen Das war so in 1990 hat alles lesen können Danach fing es so richtig an dass die firmen viele sachen halt nicht mehr publiziert haben Man kriegt jetzt so einzelne punkten kriegt man irgendwelche leerbücher papers und sowas aber nicht mehr fürs ganze Und sozusagen ein einstieg dafür ist das okay Man versucht sich erst mal den einen mikrometern so super baustellen Der erste baustelle ist der prozess selber also wir müssen uns wirklich mit den leerbüchern hingucken was brauchen wir wie Sillizium oxyd als isolator Wie bauen wir das auf Wie kriegen wir es dann wieder planen dass man sozusagen die nächste schicht darauf hängen diese ganze prozessentwicklung Das macht auch ziemlich der darweg der beißt sich dadurch er hat irgendwie auch mit der dotierung schon rumgerechnet ganzen formeln rausgesucht man muss ja Sillizium letztendlich dotieren ein bisschen leidfähiger wird das halbletter leidet an sich selber erst mal ganz mies Also wird irgendwie dotiert das heißt also mit fünf oder drei wertig und dadurch stehen sozusagen die Fehlstellen oder halt sozusagen die elektronen die leid die leidfähigkeit herstellen So dabei ist der sich durchrechnet durch Schwellwerte und so weiter Meine baustelle im ordentlich ist die standard zählen bibliothek Also wirklich welche gatter brauchen wir alle und garter oder garter Müssen wir die inverter vor die garter legen oder nach den werden wollen wir in werter dann wie groß sollen die transistors werden Welche auswahl an zählen brauchen wir eigentlich wir kriegen was vollständig hin Es ist ein riesen ding also ich habe irgendwie so um die 45 50 zählen habe ich irgendwie schon so In der dokumentation drin also da läuft er als bei uns über github Und dritte baustelle ist so die layout software dafür gibt es irgendwie von verschiedenen universitäten auch immer irgendwelche Programme dafür Aber die sind nicht so richtig frumus also wenn er sich da Versucht irgendwie was aufzubauen layout ist hart in allen ecken und enden dass man sozusagen Informationen aus einem tool rausfallen im nächsten nicht verwenden kann wenn die formate nicht stimmen oder irgendwie sowas also da gibt es ein Ganzes menge zu tun Also da braucht man sozusagen noch Hilfe haben wir keinen im Augenblick der sich wirklich da irgendwie so richtig drum kümmert ok nächste schritte Also der david hat sich ja mit der technologie irgendwie schon durchgesetzt wir haben irgendwie sozusagen jetzt schon klar Vorstellung wie wir in welcher reinfolge welche masken ansetzen müssen damit irgendwas passiert und letztlich unsere transistors Auf ein selizium rauskommen allerdings ein transister malen ok net aber wir haben doch keine standard zählen aber wir müssen wissen wie gut ist sozusagen Physikalisch das was dabei rauskommt also ich sage ok wir müssen testwiffer machen also wir nehmen sozusagen irgendwie mal so ein Struktur mal Gut geraten wie gut die sein sollte lassen uns ein paar tricks einfallen viele tricks Um sozusagen die sachen auch ausmessen zu können wir können ja nicht einfach so mit der nade drauf gehen sagen das ist der Transistor rechts ein beinchen links ein beinchen ausmessen Den pet hat etwa eine größe von 100 mikro mal 100 mikro meters also viel viel viel viel größer zu einer kleine transistor Wenn wir jetzt aber die leitung der rechts und links dazu machen Wie transistors in der Mitte haben wir auch für falsch durch die leitung also wir müssen wirklich einfallen lassen wie wir solche sachen ausmessen Dann sind wir dran aber ein paar gute ideen haben wir und jedenfalls wir wollen damit einen Wefer Produzieren in diesem reinraum wo diese teststruktur und raus sind und wir dann sozusagen ok Nachtag die sachen können ok unser transistor hat manchmal die und die verstärkung wir haben poli den und den Widerstand je fläche und soweit einfach so diese physikalischen sachen ausmessen und damit dies wenn wir diese werte haben Können wir sie in spice reinfüttern spice ist ein simulationsprogramm für alle logisch schichten Die meisten irgendwie elektrotechniker oder sowas von unisorten um wieder von schonmal was gehört haben Irgendwann man das haben Können wir auch des layout malen also dann können wir irgendwie so gut abschätzen welche abstände wir einhalten müssen zwischen bestimmten sachen Ja wie groß irgendwelche flächen werden müssen um wirklich ein transistor zu malen der denn irgendwie funktioniert Das ganze können wir sozusagen in standerzellen umsetzen also erst mal um wie die einfachen nennt nur ein entwerter Den prozess irgendwie soweit hinkriegen also selber experimentieren wie lange müssen wir jetzt wirklich Belichten damit der lachfest ist oder wie lange müssen wir jetzt schleifen wie lange es ist ja immer so eine sache nach temperatur gucken nach zeitraum also zwei minuten fünf minuten oder irgendwie sowas also die ganze kochrezepte dazu zusammen basteln Das letztendlich das was wir da drauf gemacht haben als layout auch wirklich funktional ist also wirklich dann irgendwo ein transistor arbeitet schaltet oder wie auch immer Ja den prozess einfahren und aber unser ziel dabei ist eigentlich Vielleicht ein bisschen sehr sportlich Aber so zum nächsten kongress vielleicht mit dem ersten schipp rumkommen Also von wegen irgendwo einen kleinen kontroler oder sowas muss nicht irgendwie groß sein paar qm Okay, das sind jetzt so die sachen Wo wir uns treffen der mambelserver also jeden sonntag an den zwanzig uhr hong kong time Die ip port dazu die mailing liste Das ganze normalen mailman kann man sich eintragen wenn man möchte lauschen was da passiert So und dann noch mal die informationen zusammen und ansonsten bin ich jetzt irgendwie frei für irgendwelche fragen die ihr habt Seid ihr jetzt alle so geplättet keine fragen Wie weit seid ihr denn schon mit den Entwicklungen habt ihr irgendwas schon an hardware da oder das ist also der stand ist wirklich im augenblick der der david hat sich durch die Prozess definitioner durchgebissen wir haben im github da Darunter die dokumenten kannst ihr angucken kannst du gegenlesen und kann sagen ist bullshit oder es passt Ja und jetzt im augenblick ist es wirklich so ich muss mal wieder ein bisschen zeitfrei buddeln um an den standard cellen weiter zu machen und auch den testwf also die strukturen dafür einfallen zu lassen also wie man sowas ausmessen kann die Parameter ohne sozusagen mit verfälschung zu arbeiten ein Trick dabei zum beispiel ist dass man in werter nimmt nicht ein sondern viele hintereinander Sagen wir so 150 stück und sowas wie ein ring oscillator aufbaut also in werter wenn er irgendwie vorne Flanke hat invertiert hat sozusagen der le drüber diese invertierung geht zum nächsten und so weiter das sozusagen über diese lange die Kette rundherum irgendwie entsteht eine oscillierende frequenz und die kann man ausmessen die frequenz ist abhängig wieder von irgendwelchen sachen also wie gut Wie hoch liegt die betriebsspannung Gehen wir mit der üblichspannung auf oder gehen wir runter ändert sich die frequenz Die frequenz ist auch abhängig von prozessen also wie gut haben wir jetzt irgendwie dotiert wie leidfähig ist der transistor Und da ist es auch wichtig zu gucken die p-kanaltransistoren und die n-kanaltransistoren verhalten sich unterschiedlich Haben wir es relativ gut ausbalanciert also sagen p und n etwa gleich schnell schalten oder haben wir irgendwie so eine riesen differenz dazwischen Dies sieht man aber alles an reform Was man noch machen kann ist Transistur und sagen poli ist noch so ein wichtiger punkt also offen Diesem etwas alteren betagten sagen wir so technologien wir so planen erst mal Ist das geht für den transistor aus polisilitium Dieses polisilitium ist eigentlich ziemlich miser leiter deswegen ist immer er sehr interessant zu wissen was der für einen widerstand hat und Wie gut die Sehen sagen das oxid zwischen dem poli und den sozusagen dem eigentlichen kanal ist Weil das bestimmt wieder die kapazität vom geht und beide werte zusammen der widerstand die kapazität macht eigentlich ein erzehglied Sprich tief pass und bestimmt also in der zeit verhalten Ja also das wollen wir ausmessen und wie man sowas poli ausmessen kann ist zum beispiel eine sache noch mal ganz ganz lange leidung macht Und sozusagen über die länge versucht das auszumessen nur so zwei pätts ganz weit hat länger ausmessen Kurze strücken ist einfach der widerstand irgendwie zu ungenau kriegt man zu schlecht gemessen aber jedenfalls solche sachen muss man Sich einfallen lassen was uns wichtig muss einfach irgendwie sozusagen einmal mal ein schib zum basteln Wo es durch die teststrukturen drauf sind Und man kann sozusagen auch ein Schritt weiter denken die teststrukturen sind ja später auf dem wehver auch immer wieder drauf Also irgendwo jemand ein politiker oder manager oder sowas so ein wehver in die kamera hält Sieht man ja auch mal so ein bisschen blinsen so die quadrate sind eigentlich in chips aber die chips werden ja auch getrennt Also da sind dann irgendwelche ritzgräben dazwischen also irgendwie eine distanz und in diesen gräben drinnen also in die Strukturen die letztendlich durchgeschnitten werden sind wieder solche teststrukturen drin meistens das heißt also wenn Fertigung irgendwie sagt ich will mal gucken wie verhält sich gerade mein prozess kann ja irgendwie mit proben draufgehen Kann nachmessen Wie verhält sich das jetzt gerade sagt ja passt passt nicht schneidet durch die struktur ist kaputt man kann sie nicht mehr benutzen Aber man hat sozusagen nicht extra irgendwo auf eine silizium gebraucht oder sowas Ja also das ist sozusagen unsere teststrukturen hier einfallen lassen denn auch in solche ritzgräben reinpassen wäre so eine geschichte Ja also wir sind wirklich an dem punkt jetzt testwiffer zu basteln und damit drängelt schon Weil er will sozusagen ja noch ausprobieren wie gut sein sein maskensatz ist also ja den rest hat er alles schon organisiert Wir wissen wir wollen die masken herkriegen wer sie fertigen kann wie viel das kostet und so weiter Also stand der dinger Wie lange ist dann die durchlaufzeit also ab dem zeitpunkt wo ihr die teststrukturen habt und das quasi in die factory Transferiert wie lange braucht diese prozess dann bis die ersten wafer raus Also wir haben es in dem fall noch nicht durchgerechnet aber am regelfall sind es etwa so zweieinhalb bis drei monate Also das sind prozesse dabei zum beispiel Siliziumoxid wachsen zu lassen da gibt es einen so genannten trockenen prozess und einen nassen Ein trockener ist einfach so von wegen man nimmt einfach nur sauerstoff und wartet das auf dem silizium jetzt Siliziumoxid passiert natürlich relativ träge Man muss trotzdem auch sehr sehr hoch gehen mit der temperatur also über tausend grad Und es gibt sozusagen den nassen prozess Man sagt ja der wäre ein bisschen schneller Allerdings hat er wieder einen haken Entsteht freies freier Wasserstoff und wasserstoff mit sauerstoff zusammen wenn man nicht haben ist natürlich knallgas Also solche sachen und jedenfalls dieses wachsen lassen für so eine schicht einfach isolieren also man hat irgendwie ein Mittel leer machen isolierung drüber sind wir schon hier bei 12 oder 15 stunden oder so Ja und das leppert sich auf die zeit Wir können in reinraum Stundenweise tageweise oder sowas mieten aber es wird wirklich darauf hinauslaufen einen schritt machen lassen Denn wieder auskühlen lassen oder so ist dann irgendwie nach ein paar tagen wieder weitermachen also es klingt ja jetzt so als wäre das was was für die Febblas Hersteller eben sehr wichtig ist weil die ja dann die die möglichkeit haben Zu einem anderen hersteller zu gehen oder einfach sein zu übernehmen und wie viele gibt's denn da die jetzt interesse angemeldet haben die gesagt haben Ja, wir werden euch unterstützen oder irgendwas okay, du kannst ja an der stelle mal Angucken den lightning talk den gibt es irgendwie noch bei vom david Da hat er ganz viele logis dabei wen er irgendwie schon angeträgert hat deswegen ja es ist wirklich für febblas Es ist interessant Das ist aber auch für hacke interessant wenn sie sagen okay, ich habe hier ein prozess und jetzt machen wir Chinesen sind an der stelle ich vielleicht ein bisschen kompromissbereiter Etwas größere feb sagen wir mal jetzt mal USMC oder weiß auch immer die haben eher so das geschichte dass sie ihre Weferproduktion eingefahren haben also die wollen keine störung drin haben wenn wir zum anderen prozess da Kommt immer mal zwischen durch was anders denn stimmen irgendwelche parameter nicht mehr und haben die danach wieder problem Deswegen wollen wir ihr sowas nicht machen aber für solche reinräume die irgendwo hinsteht vielleicht ein bisschen betagteren Equipment oder so ist völlig in Ordnung und wir wollen ja irgendwie nicht super duper erst mal irgendwie relativ bescheiden und David hat irgendwie ausgerechnet wir kommen etwa auf halbes mühe wenn man mit der technologie und die maschinen erschaffen eigentlich bequem hinkriegen Und was vielleicht auch noch interessant ist wenn du sagst febblas wenn jemand analog technik machen möchte es kann für analog Analog ist auch sehr sehr interessant bei analog leute die brauchen sehr sehr genau physikalische werte also transistor verstärkungen Widerstände und so ein kram weil die halt wirklich ihre analog schaltung damit aufbauen wenn die aber sich jedes mal an bestimmten Prozess koppeln müssen dann können die nur sagen das was ich gebastelt habe funktioniert genau mit dem prozess und dann ist Schluss Das ist auch mems technologie oder irgend sowas das ist ja auch Okay Noch eine letzte frage bevor es mir die zeit wegläuft Also chips in der normalen hacker space verbleibt herzustellen so sehr vollkommen utopisch Also ich habe ein paar einfache transistoren schon mal in weglichen videos gesehen aber so richtig chips mit Herstellt so sehr ich dann also sagen wir so ist die Technologie selber man braucht wirklich einen rein runter für einfach die die fehlerquote zu groß Also man wird es nicht auf dem kühnliche schienkrieg auch um die scherze drüber machen kann Aber trotzdem ist verheckersbäse sind das gerade diese ein müh Das ist vielleicht auch ein argument bis ja vergessen habe an der stelle wenn ihr versucht irgendwie was mit ttl logik zu machen mit 5 volt zu arbeiten Denn ist ein müh genau die technologie die er dafür braucht wenn die strukturen kleiner werden dann können die solche hohen Spannung gar nicht mehr aushalten das heißt also ihr Senkt dann ovie spannung ab dann gibt es dann ovie 3,3 voltings 2,5 und weiß den ganzen kleinen sachen Aber sozusagen ein müh ist wirklich noch die technologie für 5 volt tolerant Kein probier und letztendlich ovien adroino ersetzen oder selber schnitzen ist damit kein problem Und ihr habt ein fortil können wirklich freie sachen drauf machen also keine blobs mehr Wie beim raswe peifel grafik oder wie ever okay Denn danke fürs zuhören