晶圆厂是干什么的

晶圆厂是干什么的

晶圆厂在半导体行业来说称为前道工序，是指在单晶硅片上加工半导体器件的生产工序（每个硅片上有成千上万个同样的集成电路等器件）。

晶圆厂是生产硅片，集成电路就是在晶圆上以各种工艺生产的。晶圆厂也可以生产电路，晶圆生产好集成电路后要切割和封装，封装就是将生产，切割好的集成电路引线，加外壳供用户使用。晶圆厂的英寸指它生产的集成电路的硅片的尺寸，越大其生产出的集成电路越多，其单个的成本越低，当然也越难生产。因为尺寸增加一倍（直径），面积增加四倍。同样的工艺流程和时间，产出就增加四倍。

半导体晶圆厂有毒吗

半导体晶圆厂主要生产的产品是半导体晶体棒或是半导体晶片。常见的有硅片、镓砷片、铟磷片等等。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，要具体分析。原料上，二氧化硅并没有毒，但是粉末状的二氧化硅气溶胶就会引起尘肺和肺癌，就是有毒的。另外，半导体厂常用的掺杂原料多数有毒，比如硅烷、砷烷等，或是三甲基镓等等化合物。它们或直接是剧毒物质，或其与空气、水等反应后生成的物质有毒。另外，传统生产晶圆的厂，会对晶体棒进行切割，其加工过程中产生的粉末也是有害的，原理和粉尘差不多。

关于辐射、据我了解，半导体晶圆厂的辐射并不大。辐射分为电磁辐射和电离辐射。电磁辐射，通电的电线就会有辐射，但是一般能量很小，不会有任何影响。电离辐射，比较危险，但晶圆厂似乎用不到吧。顶多X射线探伤用一下？这个我不确切知道。

总之，半导体相关行业有毒的多，但严格执行规章、正确操作设备，是完全安全的。一般生产设备都有严格的防护措施，废弃物有后处理工艺。

晶圆厂面临的新挑战

随着芯片制造商向下一代3DNAND和finFET器件迁移，保持成本可接受的同时实现高产量的难度正变得越来越大——但这并不仅仅是因为光刻问题的复杂度越来越大。

举个例子，为了制造一片先进的逻辑芯片，一片晶圆要在晶圆厂中从一台设备移到另一台设备，其中的工艺步骤可多达1000步以上。设备或工艺过程中的任何瑕疵都可能导致晶圆缺陷，进而影响产量。原因可能是设备本身中的看似不重要的部件或子系统出现了故障。

简单来说，由晶圆设备中对工艺至关重要的元件带来的缺陷会影响产量，SEMI的半导体元件、仪器和子系统（SCIS）特别兴趣组的成员如此表示，这个组织可以代表元件和子系统的供应商。这些问题已经存在了一些时日了，但据SCIS称，随着芯片制造商往10/7nm及以后的节点迁移，这些问题将会变得更加棘手。SCIS特别兴趣组的成员公司包括GlobalFoundries、IMFlash、英特尔、美光、TI、三星以及主要的晶圆厂工具和元件供应商。

晶圆厂设备中的元件和子系统常被理所当然地认为也就那样，但它们在半导体供应链中发挥着至关重要的作用。比如说，一些更为复杂的晶圆厂工具集成了来自数十家供应商的超过50000个零部件。腔室、泵、射频发生器、密封件和阀门就是其中的一些关键元件。

一般来说，这些元件是很稳健的，不会带来问题，但有时候它们会给晶圆厂带来麻烦。根据来自芯片制造商的真实案例，这里列举了几个晶圆厂中可能出问题的地方，而这只是可能出现的问题中的一小部分：

在辅助间（sub-fab）的一部分安装了错误的O形圈，这可能导致流体被污染。O形圈是系统中一种用作密封件的零件。

超纯水系统中的压力调节器故障，会导致工艺过程中出现污染。

在一个散装化学品配送系统出现衬料泄漏，导致设备腐蚀。

“子元件对设备系统有重大影响，这又会进一步影响晶圆厂设备的性能表现。”美光科技全球设备和企业EHS总经理NormArmor说，“我们的子元件和材料供应商在紧跟我们的发展路线图上表现很好。但时不时就会出现小挫折。这些小挫折可以打乱整个生态系统的步伐。”

为此，半导体行业的供应链正在发生一些变化。不久前，设备厂商还主要从供应商那里指定所需的工具元件。现在，除了工具制造商，芯片制造商也参与进来了，而且它们正与元件供应商合作，以防止晶圆厂中可能出现的问题。

“这个故事要表达的是你不仅必须设定你的晶圆厂工具元件的规格，还必须关注你的子元件。”Armour在最近举办的美国西部半导体展（SemiconWest）上说，“我们已经在工具方面合作了40年。为什么不与子元件制造商也一起合作呢？”

然而，合作只是解决方案的一部分。在先进节点，半导体行业希望对工具元件进行更加严格的测试，但在如何测量这些零部件的缺陷方面，它们也还需要找到更好的方法。问题是测量标准要么不够，要么就根本没有。比如说，在IC行业的O形圈密封件上的标准规格很少，甚至没有;而这种东西在1800年代就已经为蒸汽机开发出来了。

要找到解决这些问题的方法，SEMI的SCIS特别兴趣组正在着手制定用于测量元件引入的缺陷的新标准和新方法。此外，在解决这个问题上还存在其它解决方案，比如先进计量技术、晶圆监控和仿真技术。

中国晶圆厂面临的挑战

凭借一批新建的半导体晶圆厂，中国已经昂首进入世界技术的前沿。在上海、北京等地，参观者看到的是新兴晶圆厂建设中的繁忙景象；在天津，摩托罗拉半导体公司投资16亿美元新建的8英寸晶圆厂正在产出其首批硅片。Robertson“align=rightsrc=”http://archive.esmchina.com/www.esmchina.com/ARTICLES/2001JUN/JACK.JPG“width=131height=48》

而仅仅在五年前，中国最好的晶圆厂也只有一些规模较小的5英寸和6英寸晶圆生产线，并且还在为1微米技术而奋斗。虽然净化室的质量已经与世界上大多数通用晶圆厂不相上下，但是当时的晶圆加工仍需手工操作。

现在中国半导体产业的情形可以用翻天覆地来形容。SMIC公司在上海浦东投资新建了8英寸0.25微米晶圆厂，目前第一期工程建设已接近尾声。宏力公司（GSM）在上海浦东投资的同样规模晶圆厂也已破土动工。上海华虹NEC电子有限公司909计划中的8英寸0.25微米晶圆厂目前的生产能力为每月30，000片。

除了天津摩托罗拉晶圆厂的产品主要用于内部消耗以外，目前所有新建的晶圆厂都提供代工生产服务。尽管这些晶圆厂的生产加工工艺堪称世界一流，这种代工运作的模式还是会带来许多问题。事实上，全球晶圆代工能力已经远远超过了用户的实际需求，而且在未来1年半的时间内，还将有更多的生产线陆续投入生产。中国晶圆代工厂所面临的挑战不是技术，而是市场。关键在于怎样吸引更多的用户来消化逐渐膨胀的晶圆生产能力。

SMIC公司总裁RichardChang认为，中国开展业务的OEM是晶圆产品消费的坚实基础。中国政府要求手机等产品尽量使用国产元器件，这为新兴的晶圆代工厂提供了广阔的市场。

来自业内的消息说，SMIC公司已经为其新建的晶圆代工厂找到了几家重量级客户，并已经与东芝和三菱电子两家公司签订了合约。东芝公司很可能成为SMIC晶圆代工厂的客户，因为它向SMIC晶圆厂提供了0.25微米的芯片设计和加工工艺技术。

半导体晶圆厂的大量涌现并不会削弱中国对进口芯片的依赖，目前中国仍有75%到82%的芯片依赖进口。中国电子制造业惊人的市场发展速度也推动了芯片需求的加速增长，即使目前新建的晶圆厂全部满负荷生产也难以满足中国市场的需求。

新建晶圆厂越来越高的技术水平充分证明中国已经有实力冲击先进的芯片生产领域，中国的芯片制造业正在整装待发。不过面对全球过剩的晶圆生产能力，中国新建的晶圆代工厂仍需加强自己的市场技巧才能在其它制造商的竞争下获得客户资源。分析家认为，新兴代工厂应着眼于未来客户，建立自己的设计中心并组织起广泛的技术资源网络。

0.25微米晶圆尤其适合于逻辑器件和电信级芯片，这两者正是晶圆产品最大的市场。日本芯片制造商很乐意出售他们的0.25微米晶圆生产技术，并且日本政府对这项技术的出口也没有严格规定，而美国则极不情愿将此技术出口中国。