半導(dǎo)體集成電路芯片廠房設(shè)計(jì)分析

吳隴平

摘要：半導(dǎo)體集成電路芯片廠房設(shè)計(jì)是需要多個(gè)部門共同配合才能完成的，基于此種情況，本文首先對(duì)該項(xiàng)目的應(yīng)用背景和設(shè)計(jì)要求進(jìn)行概述;其次從不同角度介紹了電子類潔凈廠房的技術(shù)特點(diǎn);最后提出了廠房建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)建議，希望能夠給同行帶來一定的幫助。

關(guān)鍵詞：半導(dǎo)體;集成電路芯片;潔凈廠房

引言

在實(shí)際的工業(yè)設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)師如果不能妥善處理集成電路芯片的具體生產(chǎn)流程就無法達(dá)到潔凈廠房的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)此，應(yīng)在足夠了解集成電路芯片的相關(guān)生產(chǎn)要求后，對(duì)建筑圖紙進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃設(shè)計(jì)，以達(dá)到工業(yè)企業(yè)的工藝管理標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而為企業(yè)帶來巨大經(jīng)濟(jì)效益。

1.項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求及存在背景

本文以南昌諾斯一期廠房、華潤(rùn)微電子二期項(xiàng)目的半導(dǎo)體集成電路芯片生產(chǎn)廠房作為研究對(duì)象。據(jù)有關(guān)資料顯示，此個(gè)南昌諾斯廠房開發(fā)項(xiàng)目是科研管理人員深入開發(fā)研究的6寸MEME工藝項(xiàng)目之一。科研人員只是簡(jiǎn)單的對(duì)整個(gè)廠房建筑結(jié)構(gòu)規(guī)格進(jìn)行規(guī)劃部署，沒有對(duì)具體用的操作流程和工藝手段予以說明，僅籠統(tǒng)的對(duì)廠房設(shè)計(jì)有著初步的安排。

眾所周知，在潔凈車間在半導(dǎo)體集成電路芯片工業(yè)生產(chǎn)建筑中經(jīng)常應(yīng)用的一種應(yīng)用模式，由于現(xiàn)行的建筑技術(shù)水平有限，建筑企業(yè)人員尚未形成明確的設(shè)計(jì)方案，目前很多設(shè)計(jì)人員并沒有掌握工業(yè)設(shè)計(jì)的專業(yè)技巧，這就為設(shè)計(jì)人員后期規(guī)劃圖紙產(chǎn)生了一定的難度，因此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)充分掌握電子類產(chǎn)品的制造流程和相關(guān)的工藝特點(diǎn)，及時(shí)更新并獲取相關(guān)生產(chǎn)廠房的通用設(shè)計(jì)方法后，順應(yīng)時(shí)代發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)廠房?jī)?nèi)產(chǎn)品生產(chǎn)機(jī)理和技術(shù)應(yīng)用原理作出綜合分析后，根據(jù)當(dāng)前的施工處理技術(shù)，整理出切實(shí)可行的設(shè)計(jì)方案[1]。

2.電子類潔凈廠房的技術(shù)特點(diǎn)

2.1應(yīng)具備合理的清潔度

電子類廠房與其他廠房不同，具備一定的特殊性，在空間利用以及內(nèi)部環(huán)境會(huì)有較高的潔凈要求，因此，在建筑平面設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)通過一定的方式對(duì)廠房結(jié)構(gòu)進(jìn)行清理，尤其是要對(duì)經(jīng)常移動(dòng)的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行全面清掃，在做好相應(yīng)的除塵處理后，對(duì)廠房?jī)?nèi)部墻壁和相關(guān)儀器設(shè)備進(jìn)行凈化處理，確保各類用電基礎(chǔ)設(shè)施能夠達(dá)到工業(yè)生產(chǎn)的清潔標(biāo)準(zhǔn)。如圖1所示，為具體的電子類清潔廠房清潔流程與空間結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化圖[2]。

2.2交叉反復(fù)性

集成電路芯片在實(shí)際的生產(chǎn)過程中會(huì)應(yīng)用多種工業(yè)加工處理技術(shù)，由于在應(yīng)用各種工藝處理流程時(shí)，會(huì)多次應(yīng)用多個(gè)集成方式，故而后期加工環(huán)節(jié)相對(duì)繁瑣。例如，針對(duì)集成芯片外觀結(jié)構(gòu)的表面純化現(xiàn)象、蒸發(fā)反應(yīng)及擴(kuò)散都應(yīng)需要加工人員合理的應(yīng)用相關(guān)集成技術(shù)才能完成，尤其是在面對(duì)芯片出現(xiàn)腐蝕狀態(tài)后，更應(yīng)按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其外觀進(jìn)行芯片處置，在保證滿足清潔度較好的設(shè)計(jì)原則后達(dá)到現(xiàn)實(shí)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。為了進(jìn)一步強(qiáng)化工業(yè)企業(yè)制造人員的整體組織效率，建筑企業(yè)應(yīng)積極學(xué)習(xí)國(guó)內(nèi)外其他地區(qū)對(duì)清潔生產(chǎn)區(qū)的管理模式，在按照清潔生產(chǎn)區(qū)加工等級(jí)對(duì)生產(chǎn)廠房歸類劃分后，可以借鑒相關(guān)生產(chǎn)廠房設(shè)計(jì)圖成功典型案例，在對(duì)相關(guān)區(qū)域進(jìn)行100級(jí)規(guī)劃后，在少數(shù)10級(jí)別的廠房生產(chǎn)區(qū)域安設(shè)適量的設(shè)備綜合管理。

2.3更新速度相對(duì)較快

在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)日漸成熟的基礎(chǔ)上，研究人員在大量模擬實(shí)驗(yàn)和反復(fù)實(shí)踐下，對(duì)各項(xiàng)電子類產(chǎn)品元部件進(jìn)行優(yōu)化和升級(jí)后，進(jìn)一步完善其運(yùn)行功能，對(duì)相關(guān)生產(chǎn)流程改進(jìn)期間，同時(shí)也間接的帶動(dòng)了建筑處理技術(shù)的變革。例如，建筑結(jié)構(gòu)的空間會(huì)隨著人們的審美要求和實(shí)際需要發(fā)生一定的變化，在對(duì)空間設(shè)計(jì)相對(duì)靈活的基礎(chǔ)上，才能進(jìn)一步的和日漸升級(jí)的工藝電子產(chǎn)品相結(jié)合，最后達(dá)到更新?lián)Q代的現(xiàn)實(shí)需求。

2.4流水作業(yè)方式

在對(duì)體集成電路芯片進(jìn)行加工生產(chǎn)處理時(shí)，操作人員一般都是采用流水線作業(yè)的形式完成相關(guān)工藝環(huán)節(jié)，由于這一特點(diǎn)可以推定在對(duì)其生產(chǎn)期間，對(duì)廠房建筑結(jié)構(gòu)的整體布相對(duì)靈活自由。

3.廠房建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)建議

3.1總體設(shè)計(jì)安排

前文已經(jīng)敘述芯片制造中對(duì)生產(chǎn)廠房的設(shè)計(jì)要求，可見集成電路芯片不會(huì)受到工藝處理方法的過多約束，因此，集成電力芯片廠房建筑設(shè)計(jì)還存在一定的實(shí)用性。首先，在實(shí)際的設(shè)計(jì)期間，應(yīng)首先關(guān)注廠房建筑的地理位置和建筑規(guī)模因素，可以將整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成四層，將潔凈生產(chǎn)空間和附屬空間設(shè)立在FAB區(qū)1、2層，將芯片開發(fā)及儲(chǔ)存管理空間、以及相關(guān)人員辦公設(shè)立在OB區(qū)1、2、3、4層。通過初步策劃，確定整個(gè)清潔生產(chǎn)區(qū)整體面積為60m*80m的長(zhǎng)方形區(qū)域，并在設(shè)置兩縱道的清潔走量，車間整體采用港灣式布置，工藝生產(chǎn)區(qū)為1000級(jí)，設(shè)備安裝區(qū)為10000級(jí)，在設(shè)立光刻區(qū)為100級(jí)的清潔生產(chǎn)區(qū)潔凈等級(jí)，保證千級(jí)設(shè)計(jì)模式為清潔走廊區(qū)域。

3.2剖面空間設(shè)計(jì)

建筑設(shè)計(jì)人員可以確保廠房框架安全的基礎(chǔ)上，應(yīng)用一層6.4m，二層工藝一層在9.4m左右的裝配式清潔模式圖，在上方設(shè)立靜壓箱技術(shù)夾層，同時(shí)在專業(yè)的空氣潔凈工作人員處理下，設(shè)立垂直單向凈化氣流組織，具體的廠房剖面設(shè)計(jì)圖如圖2所示[3]。

3.3清潔室要求

做好物流凈化處理、清潔廠房人員合規(guī)生產(chǎn)是提升集成電路芯片產(chǎn)品質(zhì)量的有效措施之一，對(duì)潔凈室人凈要求應(yīng)為“入口→換鞋→更新外出服→二次沐浴→潔凈衣服→風(fēng)淋室→潔凈生產(chǎn)區(qū)”，100級(jí)潔凈室物凈要求為“入口→原料庫(kù)→潔凈→傳遞窗→潔凈生產(chǎn)區(qū)→傳遞窗→包裝成品庫(kù)”，與此同時(shí)，還要對(duì)其他物流，非潔凈人的區(qū)分。

3.4建筑用地節(jié)能性分析

為了進(jìn)一步壓縮廠房施工作業(yè)成本，應(yīng)通過在1層附近安設(shè)超純水處理站、三層空氣凈化機(jī)房等功能區(qū)域，并利用先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)將管道夾層及時(shí)傳遞至潔凈生產(chǎn)區(qū)。為了防止設(shè)備在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生相關(guān)振動(dòng)灰塵，應(yīng)及時(shí)將主體廠房間結(jié)構(gòu)和設(shè)備用房用夾板隔開或者做斷裂處理，以滿足潔凈建筑設(shè)計(jì)的要求。

結(jié)束語(yǔ)：

總而言之，對(duì)半導(dǎo)體集成電路芯片設(shè)計(jì)需要一個(gè)漫長(zhǎng)的時(shí)間，設(shè)計(jì)人員要全面了解工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)產(chǎn)品制造加工的注意事項(xiàng)，確保設(shè)計(jì)方案能夠滿足現(xiàn)實(shí)的工藝生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，因此，在未來的建筑結(jié)構(gòu)研究過程中，應(yīng)注重建筑理論知識(shí)和工藝生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)合，在全面考慮各類因素后，拓展工業(yè)設(shè)計(jì)在建筑行業(yè)的應(yīng)用范圍。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋潔.綜述半導(dǎo)體集成電路芯片質(zhì)量與可靠性保證方法[J].電腦樂園，2021（1）：0260-0260.

[2]何寒冰，羅小琴.半導(dǎo)體集成電路可靠性測(cè)試和數(shù)據(jù)處理探析[J].電子制作，2020（10）：3.

[3]葛菲飛.集成電路廠房建筑節(jié)能設(shè)計(jì)探究[J].技術(shù)與市場(chǎng)，2020，27（9）：2.