「半導体の開発フローを知りたい。
ファウンドリーは何をしているの？
どうして設計と製造は別会社で問題ないの？」
こういった疑問にお答えします。
本記事の内容
- 半導体の開発フローについて説明します
- ファウンドリーの役割
- 半導体設計に必要なもの３つ
この記事を書いている私は、ディスプレイ用ICの開発を20年近くやってきました。
特許は20件以上出願、登録しています。
こういった私が解説していきます。
半導体の開発フローについて説明します
半導体の開発フローは大まかに「設計」、「製造」、「評価」の3段階となります。
それぞれについて詳しく説明します。
・設計
設計は仕様設計、回路設計、レイアウト設計の3段階となります。
・仕様設計：電圧範囲やどういう出力をするかなどを決めます。
・回路設計：仕様に基づいて回路を設計します。
・レイアウト設計：回路に基づいてトランジスタや配線を配置していきます。
・製造
製造はウエハの製造、検査、パッケージの3段階となります。
・ウエハの製造：ウエハにトランジスタや配線をパターニングします。
・検査：完成したウエハを検査します。
・パッケージ：ウエハをカットしてパッケージに実装します。
・評価
完成したICが仕様どおりに動作するかを評価します。
評価の内容は大きく３種類になります。
・動作：入力に対して仕様どおりに出力されるかを確認します。
・電圧と電流：動作電圧や出力電圧、駆動時の電流などを確認します。
・タイミング：動作のスピードやタイミングを確認します。
評価で問題がなければ量産に移行しますが、問題があった場合は回路設計からやり直すか仕様変更で対応することになります。
半導体の開発フローをまとまると次のようになります。
ファウンドリーの役割
ファウンドリーは「半導体の製造」のうち「ウエハの製造」を担当しています。
【半導体の製造】
ウエハの製造：ファウンドリー
検査：テストハウス
パッケージ：実装メーカー
検査やパッケージはファウンドリーとは別の会社になります。
また半導体の設計、評価については設計会社が担当します。
各メーカのつながりをまとまると次のようになります。
ここでなぜ半導体の製造工場は別会社になったの？と疑問に思う方もいらっしゃるかもしれません。
これは半導体の製造工程であるプロセスには種類があるからです。
プロセスの種類は主に以下の３点で決まります。
・トランジスタサイズ（ゲート長）
・駆動電圧
・メモリなどのオプション
例えば、「ゲート長=0.5um、電圧=5V、メモリなし」という感じになります。
昔はこのプロセスを半導体メーカが自社で開発していました。
そのため要求仕様が自社のプロセスで対応できない場合は設計ができませんでした。
そこで他社にプロセスを公開してもらいそのプロセスを使うことで設計の範囲を広げていくという流れができました。
さらにプロセス開発と半導体の製造が別会社として独立することになり、これがファウンドリーとなりました。
つまり「プロセス開発」という部分が一つのビジネスになり独立したということです。
まとめますとファウンドリーは「プロセス開発」と「半導体の製造」という役割を担っているということになります。
半導体設計に必要なもの３つ
半導体設計に必要なものは次の３つとなります。
・トランジスタ特性
・デザインルール
・信頼性データ
トランジスタ特性
トランジスタパラメータと呼ばれるもので、シミュレーションに必要なデータです。
電圧やトランジスタサイズなどいろいろな条件でトランジスタを測定してパラメータを取得します。
デザインルール
トランジスタをレイアウトする際に決められているルールです。
配線やトランジスタの最小寸法やトランジスタ間の最小距離などが書かれています。
信頼性データ
信頼性データですが、主にトランジスタや配線の寿命に関するデータとなります。
このデータをもとにして信頼性を確保するように配線幅やトランジスタサイズを決定します。
これらのデータを提供してもらえば半導体の設計ができます。
つまりプロセスの開発がきちんと完了していてデータが揃っていれば、設計会社とファウンドリーが別会社でも問題ないということになります。
まとめ
半導体の開発フローについて説明しました。
開発フローとあわせて、ファウンドリーなど各メーカのつながりまでイメージをつかんで頂けたらありがたいです。
半導体についてはこちらの記事でも解説していますので、興味がある方はぜひご覧ください。
・半導体の作り方を説明をしています。
>>【簡単】半導体の作り方を説明します【手軽にイメージがつかめます】
・MOSの説明をしています。
>>【半導体】MOSとは何かについて説明します【初心者向けです】
・半導体についての説明をしています。
>>【初心者向け】半導体とは何か、わかりやすくまとめました【簡単です】