晶圓廠是干什么的

晶圓廠是干什么的

晶圓廠在半導(dǎo)體行業(yè)來(lái)說(shuō)稱為前道工序，是指在單晶硅片上加工半導(dǎo)體器件的生產(chǎn)工序（每個(gè)硅片上有成千上萬(wàn)個(gè)同樣的集成電路等器件）。

晶圓廠是生產(chǎn)硅片，集成電路就是在晶圓上以各種工藝生產(chǎn)的。晶圓廠也可以生產(chǎn)電路，晶圓生產(chǎn)好集成電路后要切割和封裝，封裝就是將生產(chǎn)，切割好的集成電路引線，加外殼供用戶使用。晶圓廠的英寸指它生產(chǎn)的集成電路的硅片的尺寸，越大其生產(chǎn)出的集成電路越多，其單個(gè)的成本越低，當(dāng)然也越難生產(chǎn)。因?yàn)槌叽缭黾右槐叮ㄖ睆剑?，面積增加四倍。同樣的工藝流程和時(shí)間，產(chǎn)出就增加四倍。

半導(dǎo)體晶圓廠有毒嗎

半導(dǎo)體晶圓廠主要生產(chǎn)的產(chǎn)品是半導(dǎo)體晶體棒或是半導(dǎo)體晶片。常見(jiàn)的有硅片、鎵砷片、銦磷片等等。其主要原料是含有上述元素的化合物，比如二氧化硅、氧化砷等等。至于毒性，要具體分析。原料上，二氧化硅并沒(méi)有毒，但是粉末狀的二氧化硅氣溶膠就會(huì)引起塵肺和肺癌，就是有毒的。另外，半導(dǎo)體廠常用的摻雜原料多數(shù)有毒，比如硅烷、砷烷等，或是三甲基鎵等等化合物。它們或直接是劇毒物質(zhì)，或其與空氣、水等反應(yīng)后生成的物質(zhì)有毒。另外，傳統(tǒng)生產(chǎn)晶圓的廠，會(huì)對(duì)晶體棒進(jìn)行切割，其加工過(guò)程中產(chǎn)生的粉末也是有害的，原理和粉塵差不多。

關(guān)于輻射、據(jù)我了解，半導(dǎo)體晶圓廠的輻射并不大。輻射分為電磁輻射和電離輻射。電磁輻射，通電的電線就會(huì)有輻射，但是一般能量很小，不會(huì)有任何影響。電離輻射，比較危險(xiǎn)，但晶圓廠似乎用不到吧。頂多X射線探傷用一下？這個(gè)我不確切知道。

總之，半導(dǎo)體相關(guān)行業(yè)有毒的多，但嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)章、正確操作設(shè)備，是完全安全的。一般生產(chǎn)設(shè)備都有嚴(yán)格的防護(hù)措施，廢棄物有后處理工藝。

晶圓廠面臨的新挑戰(zhàn)

隨著芯片制造商向下一代3DNAND和finFET器件遷移，保持成本可接受的同時(shí)實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)量的難度正變得越來(lái)越大——但這并不僅僅是因?yàn)楣饪虇?wèn)題的復(fù)雜度越來(lái)越大。

舉個(gè)例子，為了制造一片先進(jìn)的邏輯芯片，一片晶圓要在晶圓廠中從一臺(tái)設(shè)備移到另一臺(tái)設(shè)備，其中的工藝步驟可多達(dá)1000步以上。設(shè)備或工藝過(guò)程中的任何瑕疵都可能導(dǎo)致晶圓缺陷，進(jìn)而影響產(chǎn)量。原因可能是設(shè)備本身中的看似不重要的部件或子系統(tǒng)出現(xiàn)了故障。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，由晶圓設(shè)備中對(duì)工藝至關(guān)重要的元件帶來(lái)的缺陷會(huì)影響產(chǎn)量，SEMI的半導(dǎo)體元件、儀器和子系統(tǒng)（SCIS）特別興趣組的成員如此表示，這個(gè)組織可以代表元件和子系統(tǒng)的供應(yīng)商。這些問(wèn)題已經(jīng)存在了一些時(shí)日了，但據(jù)SCIS稱，隨著芯片制造商往10/7nm及以后的節(jié)點(diǎn)遷移，這些問(wèn)題將會(huì)變得更加棘手。SCIS特別興趣組的成員公司包括GlobalFoundries、IMFlash、英特爾、美光、TI、三星以及主要的晶圓廠工具和元件供應(yīng)商。

晶圓廠設(shè)備中的元件和子系統(tǒng)常被理所當(dāng)然地認(rèn)為也就那樣，但它們?cè)诎雽?dǎo)體供應(yīng)鏈中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。比如說(shuō)，一些更為復(fù)雜的晶圓廠工具集成了來(lái)自數(shù)十家供應(yīng)商的超過(guò)50000個(gè)零部件。腔室、泵、射頻發(fā)生器、密封件和閥門(mén)就是其中的一些關(guān)鍵元件。

一般來(lái)說(shuō)，這些元件是很穩(wěn)健的，不會(huì)帶來(lái)問(wèn)題，但有時(shí)候它們會(huì)給晶圓廠帶來(lái)麻煩。根據(jù)來(lái)自芯片制造商的真實(shí)案例，這里列舉了幾個(gè)晶圓廠中可能出問(wèn)題的地方，而這只是可能出現(xiàn)的問(wèn)題中的一小部分：

在輔助間（sub-fab）的一部分安裝了錯(cuò)誤的O形圈，這可能導(dǎo)致流體被污染。O形圈是系統(tǒng)中一種用作密封件的零件。

超純水系統(tǒng)中的壓力調(diào)節(jié)器故障，會(huì)導(dǎo)致工藝過(guò)程中出現(xiàn)污染。

在一個(gè)散裝化學(xué)品配送系統(tǒng)出現(xiàn)襯料泄漏，導(dǎo)致設(shè)備腐蝕。

“子元件對(duì)設(shè)備系統(tǒng)有重大影響，這又會(huì)進(jìn)一步影響晶圓廠設(shè)備的性能表現(xiàn)?！泵拦饪萍既蛟O(shè)備和企業(yè)EHS總經(jīng)理NormArmor說(shuō)，“我們的子元件和材料供應(yīng)商在緊跟我們的發(fā)展路線圖上表現(xiàn)很好。但時(shí)不時(shí)就會(huì)出現(xiàn)小挫折。這些小挫折可以打亂整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的步伐?！?/p>

為此，半導(dǎo)體行業(yè)的供應(yīng)鏈正在發(fā)生一些變化。不久前，設(shè)備廠商還主要從供應(yīng)商那里指定所需的工具元件?，F(xiàn)在，除了工具制造商，芯片制造商也參與進(jìn)來(lái)了，而且它們正與元件供應(yīng)商合作，以防止晶圓廠中可能出現(xiàn)的問(wèn)題。

“這個(gè)故事要表達(dá)的是你不僅必須設(shè)定你的晶圓廠工具元件的規(guī)格，還必須關(guān)注你的子元件?！盇rmour在最近舉辦的美國(guó)西部半導(dǎo)體展（SemiconWest）上說(shuō)，“我們已經(jīng)在工具方面合作了40年。為什么不與子元件制造商也一起合作呢？”

然而，合作只是解決方案的一部分。在先進(jìn)節(jié)點(diǎn)，半導(dǎo)體行業(yè)希望對(duì)工具元件進(jìn)行更加嚴(yán)格的測(cè)試，但在如何測(cè)量這些零部件的缺陷方面，它們也還需要找到更好的方法。問(wèn)題是測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)要么不夠，要么就根本沒(méi)有。比如說(shuō)，在IC行業(yè)的O形圈密封件上的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格很少，甚至沒(méi)有;而這種東西在1800年代就已經(jīng)為蒸汽機(jī)開(kāi)發(fā)出來(lái)了。

要找到解決這些問(wèn)題的方法，SEMI的SCIS特別興趣組正在著手制定用于測(cè)量元件引入的缺陷的新標(biāo)準(zhǔn)和新方法。此外，在解決這個(gè)問(wèn)題上還存在其它解決方案，比如先進(jìn)計(jì)量技術(shù)、晶圓監(jiān)控和仿真技術(shù)。

中國(guó)晶圓廠面臨的挑戰(zhàn)

憑借一批新建的半導(dǎo)體晶圓廠，中國(guó)已經(jīng)昂首進(jìn)入世界技術(shù)的前沿。在上海、北京等地，參觀者看到的是新興晶圓廠建設(shè)中的繁忙景象；在天津，摩托羅拉半導(dǎo)體公司投資16億美元新建的8英寸晶圓廠正在產(chǎn)出其首批硅片。Robertson“align=rightsrc=”http://archive.esmchina.com/www.esmchina.com/ARTICLES/2001JUN/JACK.JPG“width=131height=48》

而僅僅在五年前，中國(guó)最好的晶圓廠也只有一些規(guī)模較小的5英寸和6英寸晶圓生產(chǎn)線，并且還在為1微米技術(shù)而奮斗。雖然凈化室的質(zhì)量已經(jīng)與世界上大多數(shù)通用晶圓廠不相上下，但是當(dāng)時(shí)的晶圓加工仍需手工操作。

現(xiàn)在中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的情形可以用翻天覆地來(lái)形容。SMIC公司在上海浦東投資新建了8英寸0.25微米晶圓廠，目前第一期工程建設(shè)已接近尾聲。宏力公司（GSM）在上海浦東投資的同樣規(guī)模晶圓廠也已破土動(dòng)工。上海華虹NEC電子有限公司909計(jì)劃中的8英寸0.25微米晶圓廠目前的生產(chǎn)能力為每月30，000片。

除了天津摩托羅拉晶圓廠的產(chǎn)品主要用于內(nèi)部消耗以外，目前所有新建的晶圓廠都提供代工生產(chǎn)服務(wù)。盡管這些晶圓廠的生產(chǎn)加工工藝堪稱世界一流，這種代工運(yùn)作的模式還是會(huì)帶來(lái)許多問(wèn)題。事實(shí)上，全球晶圓代工能力已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了用戶的實(shí)際需求，而且在未來(lái)1年半的時(shí)間內(nèi)，還將有更多的生產(chǎn)線陸續(xù)投入生產(chǎn)。中國(guó)晶圓代工廠所面臨的挑戰(zhàn)不是技術(shù)，而是市場(chǎng)。關(guān)鍵在于怎樣吸引更多的用戶來(lái)消化逐漸膨脹的晶圓生產(chǎn)能力。

SMIC公司總裁RichardChang認(rèn)為，中國(guó)開(kāi)展業(yè)務(wù)的OEM是晶圓產(chǎn)品消費(fèi)的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。中國(guó)政府要求手機(jī)等產(chǎn)品盡量使用國(guó)產(chǎn)元器件，這為新興的晶圓代工廠提供了廣闊的市場(chǎng)。

來(lái)自業(yè)內(nèi)的消息說(shuō)，SMIC公司已經(jīng)為其新建的晶圓代工廠找到了幾家重量級(jí)客戶，并已經(jīng)與東芝和三菱電子兩家公司簽訂了合約。東芝公司很可能成為SMIC晶圓代工廠的客戶，因?yàn)樗騍MIC晶圓廠提供了0.25微米的芯片設(shè)計(jì)和加工工藝技術(shù)。

半導(dǎo)體晶圓廠的大量涌現(xiàn)并不會(huì)削弱中國(guó)對(duì)進(jìn)口芯片的依賴，目前中國(guó)仍有75%到82%的芯片依賴進(jìn)口。中國(guó)電子制造業(yè)驚人的市場(chǎng)發(fā)展速度也推動(dòng)了芯片需求的加速增長(zhǎng)，即使目前新建的晶圓廠全部滿負(fù)荷生產(chǎn)也難以滿足中國(guó)市場(chǎng)的需求。

新建晶圓廠越來(lái)越高的技術(shù)水平充分證明中國(guó)已經(jīng)有實(shí)力沖擊先進(jìn)的芯片生產(chǎn)領(lǐng)域，中國(guó)的芯片制造業(yè)正在整裝待發(fā)。不過(guò)面對(duì)全球過(guò)剩的晶圓生產(chǎn)能力，中國(guó)新建的晶圓代工廠仍需加強(qiáng)自己的市場(chǎng)技巧才能在其它制造商的競(jìng)爭(zhēng)下獲得客戶資源。分析家認(rèn)為，新興代工廠應(yīng)著眼于未來(lái)客戶，建立自己的設(shè)計(jì)中心并組織起廣泛的技術(shù)資源網(wǎng)絡(luò)。

0.25微米晶圓尤其適合于邏輯器件和電信級(jí)芯片，這兩者正是晶圓產(chǎn)品最大的市場(chǎng)。日本芯片制造商很樂(lè)意出售他們的0.25微米晶圓生產(chǎn)技術(shù)，并且日本政府對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的出口也沒(méi)有嚴(yán)格規(guī)定，而美國(guó)則極不情愿將此技術(shù)出口中國(guó)。