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芯片洁净车间建设方案示例

2022-04-26
共有5799家企业看过

       半导体芯片洁净车间生产工艺流程:


      简单地说,芯片的制造过程可以分为沙子原料(石英)、硅锭、晶圆、光刻,蚀刻、离子注入、金属沉积、金属层、互连、晶圆测试与切割、核心封装、等级测试、包装等诸多步骤,而且每一步里边又包含更多细致的过程。



  1、沙子:硅是地壳内第二丰富的元素,而脱氧后的沙子(尤其是石英)最多包含25%的硅元素,以二氧化硅(SiO2)的形式存在,这也是半导体制造产业的基础。

  2、硅熔炼:12英寸/300毫米晶圆级,下同。通过多步净化得到可用于半导体制造质量的硅,学名电子级硅(EGS),平均每一百万个硅原子中最多只有一个杂质原子。此图展示了是如何通过硅净化熔炼得到大晶体的,最后得到的就是硅锭

  3、单晶硅锭:整体基本呈圆柱形,重约100千克,硅纯度99.9999%。

  4、硅锭切割:横向切割成圆形的单个硅片,也就是我们常说的晶圆(Wafer)。顺便说,这下知道为什么晶圆都是圆形的了吧?

  5、晶圆:切割出的晶圆经过抛光后变得几乎完美无瑕,表面甚至可以当镜子。

  6、光刻胶(Photo Resist):图中蓝色部分就是在晶圆旋转过程中浇上去的光刻胶液体,类似制作传统胶片的那种。晶圆旋转可以让光刻胶铺的非常薄、非常平。

  7、光刻:光刻胶层随后透过掩模(Mask)被曝光在紫外线(UV)之下,变得可溶,期间发生的化学反应类似按下机械相机快门那一刻胶片的变化。掩模上印着预先设计好的电路图案,紫外线透过它照在光刻胶层上,就会形成微处理器的每一层电路图案。

  由此进入50-200纳米尺寸的晶体管级别。晶体管相当于开关,控制着电流的方向。现在的晶体管已经如此之小,一个针头上就能放下大约3000万个。

  8、溶解光刻胶:光刻过程中曝光在紫外线下的光刻胶被溶解掉,清除后留下的图案和掩模上的一致。

  9、蚀刻:使用化学物质溶解掉暴露出来的晶圆部分,而剩下的光刻胶保护着不应该蚀刻的部分。

  10、清除光刻胶:蚀刻完成后,光刻胶的使命宣告完成,全部清除后就可以看到设计好的电路图案。

  再次光刻胶:再次浇上光刻胶(蓝色部分),然后光刻,并洗掉曝光的部分,剩下的光刻胶还是用来保护不会离子注入的那部分材料。

  11、离子注入(Ion Implantation):在真空系统中,用经过加速的、要掺杂的原子的离子照射(注入)固体材料,从而在被注入的区域形成特殊的注入层,并改变这些区域的硅的导电性。经过电场加速后,注入的离子流的速度可以超过30万千米每小时。

  12、清除光刻胶:离子注入完成后,光刻胶也被清除,而注入区域(绿色部分)也已掺杂,注入了不同的原子。注意这时候的绿色和之前已经有所不同。

  13、晶体管就绪:至此,晶体管已经基本完成。在绝缘材(品红色)上蚀刻出三个孔洞,并填充铜,以便和其它晶体管互连。

  14、电镀:在晶圆上电镀一层硫酸铜,将铜离子沉淀到晶体管上。铜离子会从正极(阳极)走向负极(阴极)。

  15、铜层:电镀完成后,铜离子沉积在晶圆表面,形成一个薄薄的铜层。

  16、抛光:将多余的铜抛光掉,也就是磨光晶圆表面。

  17、金属层:晶体管级别,六个晶体管的组合,大约500纳米。在不同晶体管之间形成复合互连金属层,具体布局取决于相应处理器所需要的不同功能性。芯片表面看起来异常平滑,但事实上可能包含20多层复杂的电路,放大之后可以看到极其复杂的电路网络,形如未来派的多层高速公路系统。

  18、晶圆测试:内核级别,大约10毫米/0.5英寸。图中是晶圆的局部,正在接受第一次功能性测试,使用参考电路图案和每一块芯片进行对比。

  19、晶圆切片(Slicing):晶圆级别,300毫米/12英寸。将晶圆切割成块,每一块就是芯片的内核(Die)。咱们TO can封装的跨阻放大器就是DIE的形式

  20、丢弃瑕疵内核:晶圆级别。测试过程中发现的有瑕疵的内核被抛弃,留下完好的准备进入下一步

  21、封装:封装级别



       半导体芯片洁净车间建设方案简要:


       无尘车间参数

       1.压差:主车间对相邻房间≥5Pa;

       2.平均风速: 100级0.3-0.5m/s;

       3.噪声≤65dB(A);

       4.新风补充量是总送风量的10%-30%;

       5.照度300LX。

       6.温度:20-26 度, (车间),温度:12-23度 (用于产品测试)

       7.湿度:50-70%RH,(车间),湿度40-85%RH(用于产品测试)

       8.净化等级:100级-30万级(用于测试),1000-30万级用于生产。

       半导体芯片制造对无尘车间工程环境的控制有较为严格的要求,FFU循环系统不仅节省运行空间、洁净度安全性高、运行成本低,而且操作灵活性很高,可以在不影响生产的情况下随时进行系统升级和调整,这些都能很好地满足半导体制造的需求,因此在半导体制造业FFU循环系统逐渐成为最主要的无尘车间工程设计方案。 


       无尘车间设计及运行注意事项

       1.半导体芯片洁净无尘车间内部要确保粉尘只出不进,因此洁净无尘车间室内要保持大于大气压的环境。这就需要用大型鼓风机将经净化设备的空气源源不绝地打入洁净车间

       2.为保持恒温与恒湿,大型空调设备须搭配前述之鼓风加压系统使用。鼓风机加压多久,空调就得开多久。

       3.所有经净化设备的空气流动方向均由上往下为主,因此,洁净无尘车间室内空间设计或机台摆放应避免突兀,使尘埃细菌等在洁净无尘车间内回旋停滞的机会与时间减至最低程度。

       4.半导体洁净无尘车间所有用得到的气源,包括吹干晶圆及机台空压所需要的,都得使用氮气 (98%),吹干晶圆的氮气甚至要求99.8%以上的高纯氮。


       在半导体无尘车间的建造过程中,除了厂房的主体结构施工以及上述的重点难点外,还有洁净建筑装饰施工、净化空调系统及其风管、过滤器的施工安装、高纯水系统及其管线的安装、高纯气体系统(含特种气体供应等)及其管线安装、真空系统及其管线的安装、化学品供应系统及其管线的安装、各种排风和排气系统及其处理设备的安装、消防安全报警系统及其控制设备的安装、变配电、电气系统及其桥架、配管配线的安装、照明系统及灯具的安装、防微振装置的安装、生产工艺设备及其配管配线的安装等。



      详细设计要点请联系合洁科技半导体车间建设工程师

      洁净车间工程示例如下:





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