半導體集成電路芯片廠房設計分析

吳隴平

摘要：半導體集成電路芯片廠房設計是需要多個部門共同配合才能完成的，基于此種情況，本文首先對該項目的應用背景和設計要求進行概述;其次從不同角度介紹了電子類潔凈廠房的技術特點;最后提出了廠房建筑結構設計的相關建議，希望能夠給同行帶來一定的幫助。

關鍵詞：半導體;集成電路芯片;潔凈廠房

引言

在實際的工業設計過程中，設計師如果不能妥善處理集成電路芯片的具體生產流程就無法達到潔凈廠房的標準，對此，應在足夠了解集成電路芯片的相關生產要求后，對建筑圖紙進行統籌規劃設計，以達到工業企業的工藝管理標準，進而為企業帶來巨大經濟效益。

1.項目設計要求及存在背景

本文以南昌諾斯一期廠房、華潤微電子二期項目的半導體集成電路芯片生產廠房作為研究對象。據有關資料顯示，此個南昌諾斯廠房開發項目是科研管理人員深入開發研究的6寸MEME工藝項目之一。科研人員只是簡單的對整個廠房建筑結構規格進行規劃部署，沒有對具體用的操作流程和工藝手段予以說明，僅籠統的對廠房設計有著初步的安排。

眾所周知，在潔凈車間在半導體集成電路芯片工業生產建筑中經常應用的一種應用模式，由于現行的建筑技術水平有限，建筑企業人員尚未形成明確的設計方案，目前很多設計人員并沒有掌握工業設計的專業技巧，這就為設計人員后期規劃圖紙產生了一定的難度，因此，設計人員應充分掌握電子類產品的制造流程和相關的工藝特點，及時更新并獲取相關生產廠房的通用設計方法后，順應時代發展趨勢，對廠房內產品生產機理和技術應用原理作出綜合分析后，根據當前的施工處理技術，整理出切實可行的設計方案[1]。

2.電子類潔凈廠房的技術特點

2.1應具備合理的清潔度

電子類廠房與其他廠房不同，具備一定的特殊性，在空間利用以及內部環境會有較高的潔凈要求，因此，在建筑平面設計過程中，應通過一定的方式對廠房結構進行清理，尤其是要對經常移動的機械設備進行全面清掃，在做好相應的除塵處理后，對廠房內部墻壁和相關儀器設備進行凈化處理，確保各類用電基礎設施能夠達到工業生產的清潔標準。如圖1所示，為具體的電子類清潔廠房清潔流程與空間結構簡化圖[2]。

2.2交叉反復性

集成電路芯片在實際的生產過程中會應用多種工業加工處理技術，由于在應用各種工藝處理流程時，會多次應用多個集成方式，故而后期加工環節相對繁瑣。例如，針對集成芯片外觀結構的表面純化現象、蒸發反應及擴散都應需要加工人員合理的應用相關集成技術才能完成，尤其是在面對芯片出現腐蝕狀態后，更應按照設計標準對其外觀進行芯片處置，在保證滿足清潔度較好的設計原則后達到現實應用標準。為了進一步強化工業企業制造人員的整體組織效率，建筑企業應積極學習國內外其他地區對清潔生產區的管理模式，在按照清潔生產區加工等級對生產廠房歸類劃分后，可以借鑒相關生產廠房設計圖成功典型案例，在對相關區域進行100級規劃后，在少數10級別的廠房生產區域安設適量的設備綜合管理。

2.3更新速度相對較快

在科學技術不斷發展及互聯網技術日漸成熟的基礎上，研究人員在大量模擬實驗和反復實踐下，對各項電子類產品元部件進行優化和升級后，進一步完善其運行功能，對相關生產流程改進期間，同時也間接的帶動了建筑處理技術的變革。例如，建筑結構的空間會隨著人們的審美要求和實際需要發生一定的變化，在對空間設計相對靈活的基礎上，才能進一步的和日漸升級的工藝電子產品相結合，最后達到更新換代的現實需求。

2.4流水作業方式

在對體集成電路芯片進行加工生產處理時，操作人員一般都是采用流水線作業的形式完成相關工藝環節，由于這一特點可以推定在對其生產期間，對廠房建筑結構的整體布相對靈活自由。

3.廠房建筑結構設計的相關建議

3.1總體設計安排

前文已經敘述芯片制造中對生產廠房的設計要求，可見集成電路芯片不會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計還存在一定的實用性。首先，在實際的設計期間，應首先關注廠房建筑的地理位置和建筑規模因素，可以將整個建筑結構設計成四層，將潔凈生產空間和附屬空間設立在FAB區1、2層，將芯片開發及儲存管理空間、以及相關人員辦公設立在OB區1、2、3、4層。通過初步策劃，確定整個清潔生產區整體面積為60m*80m的長方形區域，并在設置兩縱道的清潔走量，車間整體采用港灣式布置，工藝生產區為1000級，設備安裝區為10000級，在設立光刻區為100級的清潔生產區潔凈等級，保證千級設計模式為清潔走廊區域。

3.2剖面空間設計

建筑設計人員可以確保廠房框架安全的基礎上，應用一層6.4m，二層工藝一層在9.4m左右的裝配式清潔模式圖，在上方設立靜壓箱技術夾層，同時在專業的空氣潔凈工作人員處理下，設立垂直單向凈化氣流組織，具體的廠房剖面設計圖如圖2所示[3]。

3.3清潔室要求

做好物流凈化處理、清潔廠房人員合規生產是提升集成電路芯片產品質量的有效措施之一，對潔凈室人凈要求應為“入口→換鞋→更新外出服→二次沐浴→潔凈衣服→風淋室→潔凈生產區”，100級潔凈室物凈要求為“入口→原料庫→潔凈→傳遞窗→潔凈生產區→傳遞窗→包裝成品庫”，與此同時，還要對其他物流，非潔凈人的區分。

3.4建筑用地節能性分析

為了進一步壓縮廠房施工作業成本，應通過在1層附近安設超純水處理站、三層空氣凈化機房等功能區域，并利用先進的生產技術將管道夾層及時傳遞至潔凈生產區。為了防止設備在運行時產生相關振動灰塵，應及時將主體廠房間結構和設備用房用夾板隔開或者做斷裂處理，以滿足潔凈建筑設計的要求。

結束語：

總而言之，對半導體集成電路芯片設計需要一個漫長的時間，設計人員要全面了解工業生產環節產品制造加工的注意事項，確保設計方案能夠滿足現實的工藝生產標準，因此，在未來的建筑結構研究過程中，應注重建筑理論知識和工藝生產標準的結合，在全面考慮各類因素后，拓展工業設計在建筑行業的應用范圍。

參考文獻：

[1]宋潔.綜述半導體集成電路芯片質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.半導體集成電路可靠性測試和數據處理探析[J].電子制作，2020（10）：3.

[3]葛菲飛.集成電路廠房建筑節能設計探究[J].技術與市場，2020，27（9）：2.