晶圓廠是干什么的

晶圓廠是干什么的

晶圓廠在半導體行業(yè)來說稱為前道工序，是指在單晶硅片上加工半導體器件的生產(chǎn)工序（每個硅片上有成千上萬個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，其單個的成本越低，當然也越難生產(chǎn)。因為尺寸增加一倍（直徑），面積增加四倍。同樣的工藝流程和時間，產(chǎn)出就增加四倍。

半導體晶圓廠有毒嗎

半導體晶圓廠主要生產(chǎn)的產(chǎn)品是半導體晶體棒或是半導體晶片。常見的有硅片、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，二氧化硅并沒有毒，但是粉末狀的二氧化硅氣溶膠就會引起塵肺和肺癌，就是有毒的。另外，半導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、水等反應后生成的物質(zhì)有毒。另外，傳統(tǒng)生產(chǎn)晶圓的廠，會對晶體棒進行切割，其加工過程中產(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，通電的電線就會有輻射，但是一般能量很小，不會有任何影響。電離輻射，比較危險，但晶圓廠似乎用不到吧。頂多X射線探傷用一下？這個我不確切知道。

總之，半導體相關(guān)行業(yè)有毒的多，但嚴格執(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)備都有嚴格的防護措施，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實現(xiàn)高產(chǎn)量的難度正變得越來越大——但這并不僅僅是因為光刻問題的復雜度越來越大。

舉個例子，為了制造一片先進的邏輯芯片，一片晶圓要在晶圓廠中從一臺設(shè)備移到另一臺設(shè)備，其中的工藝步驟可多達1000步以上。設(shè)備或工藝過程中的任何瑕疵都可能導致晶圓缺陷，進而影響產(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。

簡單來說，由晶圓設(shè)備中對工藝至關(guān)重要的元件帶來的缺陷會影響產(chǎn)量，SEMI的半導體元件、儀器和子系統(tǒng)（SCIS）特別興趣組的成員如此表示，這個組織可以代表元件和子系統(tǒng)的供應商。這些問題已經(jīng)存在了一些時日了，但據(jù)SCIS稱，隨著芯片制造商往10/7nm及以后的節(jié)點遷移，這些問題將會變得更加棘手。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商。

晶圓廠設(shè)備中的元件和子系統(tǒng)常被理所當然地認為也就那樣，但它們在半導體供應鏈中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。比如說，一些更為復雜的晶圓廠工具集成了來自數(shù)十家供應商的超過50000個零部件。腔室、泵、射頻發(fā)生器、密封件和閥門就是其中的一些關(guān)鍵元件。

一般來說，這些元件是很穩(wěn)健的，不會帶來問題，但有時候它們會給晶圓廠帶來麻煩。根據(jù)來自芯片制造商的真實案例，這里列舉了幾個晶圓廠中可能出問題的地方，而這只是可能出現(xiàn)的問題中的一小部分：

在輔助間（sub-fab）的一部分安裝了錯誤的O形圈，這可能導致流體被污染。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，會導致工藝過程中出現(xiàn)污染。

在一個散裝化學品配送系統(tǒng)出現(xiàn)襯料泄漏，導致設(shè)備腐蝕。

“子元件對設(shè)備系統(tǒng)有重大影響，這又會進一步影響晶圓廠設(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，“我們的子元件和材料供應商在緊跟我們的發(fā)展路線圖上表現(xiàn)很好。但時不時就會出現(xiàn)小挫折。這些小挫折可以打亂整個生態(tài)系統(tǒng)的步伐?！?/p>

為此，半導體行業(yè)的供應鏈正在發(fā)生一些變化。不久前，設(shè)備廠商還主要從供應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來了，而且它們正與元件供應商合作，以防止晶圓廠中可能出現(xiàn)的問題。

“這個故事要表達的是你不僅必須設(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在最近舉辦的美國西部半導體展（SemiconWest）上說，“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。在先進節(jié)點，半導體行業(yè)希望對工具元件進行更加嚴格的測試，但在如何測量這些零部件的缺陷方面，它們也還需要找到更好的方法。問題是測量標準要么不夠，要么就根本沒有。比如說，在IC行業(yè)的O形圈密封件上的標準規(guī)格很少，甚至沒有;而這種東西在1800年代就已經(jīng)為蒸汽機開發(fā)出來了。

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

中國晶圓廠面臨的挑戰(zhàn)

憑借一批新建的半導體晶圓廠，中國已經(jīng)昂首進入世界技術(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，但是當時的晶圓加工仍需手工操作。

現(xiàn)在中國半導體產(chǎn)業(yè)的情形可以用翻天覆地來形容。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工。上海華虹NEC電子有限公司909計劃中的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，這種代工運作的模式還是會帶來許多問題。事實上，全球晶圓代工能力已經(jīng)遠遠超過了用戶的實際需求，而且在未來1年半的時間內(nèi)，還將有更多的生產(chǎn)線陸續(xù)投入生產(chǎn)。中國晶圓代工廠所面臨的挑戰(zhàn)不是技術(shù)，而是市場。關(guān)鍵在于怎樣吸引更多的用戶來消化逐漸膨脹的晶圓生產(chǎn)能力。

SMIC公司總裁RichardChang認為，中國開展業(yè)務(wù)的OEM是晶圓產(chǎn)品消費的堅實基礎(chǔ)。中國政府要求手機等產(chǎn)品盡量使用國產(chǎn)元器件，這為新興的晶圓代工廠提供了廣闊的市場。

來自業(yè)內(nèi)的消息說，SMIC公司已經(jīng)為其新建的晶圓代工廠找到了幾家重量級客戶，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，因為它向SMIC晶圓廠提供了0.25微米的芯片設(shè)計和加工工藝技術(shù)。

半導體晶圓廠的大量涌現(xiàn)并不會削弱中國對進口芯片的依賴，目前中國仍有75%到82%的芯片依賴進口。中國電子制造業(yè)驚人的市場發(fā)展速度也推動了芯片需求的加速增長，即使目前新建的晶圓廠全部滿負荷生產(chǎn)也難以滿足中國市場的需求。

新建晶圓廠越來越高的技術(shù)水平充分證明中國已經(jīng)有實力沖擊先進的芯片生產(chǎn)領(lǐng)域，中國的芯片制造業(yè)正在整裝待發(fā)。不過面對全球過剩的晶圓生產(chǎn)能力，中國新建的晶圓代工廠仍需加強自己的市場技巧才能在其它制造商的競爭下獲得客戶資源。分析家認為，新興代工廠應著眼于未來客戶，建立自己的設(shè)計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芯片，這兩者正是晶圓產(chǎn)品最大的市場。日本芯片制造商很樂意出售他們的0.25微米晶圓生產(chǎn)技術(shù)，并且日本政府對這項技術(shù)的出口也沒有嚴格規(guī)定，而美國則極不情愿將此技術(shù)出口中國。