傳感器芯片潔凈車間生產(chǎn)工藝流程：

      第一步晶圓加工

      所有半導(dǎo)體工藝都始于一粒沙子！因?yàn)樯匙铀墓枋巧a(chǎn)晶圓所需要的原材料。晶圓是將硅(Si)或砷化鎵(GaAs)制成的單晶柱體切割形成的圓薄片。要提取高純度的硅材料需要用到硅砂，一種二氧化硅含量高達(dá)95%的特殊材料，也是制作晶圓的主要原材料。晶圓加工就是制作獲取上述晶圓的過(guò)程。

      鑄錠

      首先需將沙子加熱，分離其中的一氧化碳和硅，并不斷重復(fù)該過(guò)程直至獲得超高純度的電子級(jí)硅(EG-Si)。高純硅熔化成液體，進(jìn)而再凝固成單晶固體形式，稱為“錠”，這就是半導(dǎo)體制造的第一步。硅錠（硅柱）的制作精度要求很高，達(dá)到納米級(jí)，其廣泛應(yīng)用的制造方法是提拉法。

      錠切割

      前一個(gè)步驟完成后，需要用金剛石鋸切掉鑄錠的兩端，再將其切割成一定厚度的薄片。錠薄片直徑?jīng)Q定了晶圓的尺寸，更大更薄的晶圓能被分割成更多的可用單元，有助于降低生產(chǎn)成本。切割硅錠后需在薄片上加入“平坦區(qū)”或“凹痕”標(biāo)記，方便在后續(xù)步驟中以其為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置加工方向。

      晶圓表面拋光

      通過(guò)上述切割過(guò)程獲得的薄片被稱為“裸片”，即未經(jīng)加工的“原料晶圓”。裸片的表面凹凸不平，無(wú)法直接在上面印制電路圖形。因此，需要先通過(guò)研磨和化學(xué)刻蝕工藝去除表面瑕疵，然后通過(guò)拋光形成光潔的表面，再通過(guò)清洗去除殘留污染物，即可獲得表面整潔的成品晶圓。

      第二步 氧化

      氧化過(guò)程的作用是在晶圓表面形成保護(hù)膜。它可以保護(hù)晶圓不受化學(xué)雜質(zhì)影響、避免漏電流進(jìn)入電路、預(yù)防離子植入過(guò)程中的擴(kuò)散以及防止晶圓在刻蝕時(shí)滑脫。

氧化過(guò)程的第一步是去除雜質(zhì)和污染物，需要通過(guò)四步去除有機(jī)物、金屬等雜質(zhì)及蒸發(fā)殘留的水分。清潔完成后就可以將晶圓置于800至1200攝氏度的高溫環(huán)境下，通過(guò)氧氣或蒸氣在晶圓表面的流動(dòng)形成二氧化硅（即“氧化物”）層。氧氣擴(kuò)散通過(guò)氧化層與硅反應(yīng)形成不同厚度的氧化層，可以在氧化完成后測(cè)量它的厚度。

      干法氧化和濕法氧化

      根據(jù)氧化反應(yīng)中氧化劑的不同，熱氧化過(guò)程可分為干法氧化和濕法氧化，前者使用純氧產(chǎn)生二氧化硅層，速度慢但氧化層薄而致密，后者需同時(shí)使用氧氣和高溶解度的水蒸氣，其特點(diǎn)是生長(zhǎng)速度快但保護(hù)層相對(duì)較厚且密度較低。

      除氧化劑以外，還有其他變量會(huì)影響到二氧化硅層的厚度。首先，晶圓結(jié)構(gòu)及其表面缺陷和內(nèi)部摻雜濃度都會(huì)影響氧化層的生成速率。此外，氧化設(shè)備產(chǎn)生的壓力和溫度越高，氧化層的生成就越快。在氧化過(guò)程，還需要根據(jù)單元中晶圓的位置而使用假片，以保護(hù)晶圓并減小氧化度的差異。

      第三步 光刻

      光刻是通過(guò)光線將電路圖案“印刷”到晶圓上，我們可以將其理解為在晶圓表面繪制半導(dǎo)體制造所需的平面圖。電路圖案的精細(xì)度越高，成品芯片的集成度就越高，必須通過(guò)先進(jìn)的光刻技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)。具體來(lái)說(shuō)，光刻可分為涂覆光刻膠、曝光和顯影三個(gè)步驟。

      涂覆光刻膠

      在晶圓上繪制電路的第一步是在氧化層上涂覆光刻膠。光刻膠通過(guò)改變化學(xué)性質(zhì)的方式讓晶圓成為“相紙”。晶圓表面的光刻膠層越薄，涂覆越均勻，可以印刷的圖形就越精細(xì)。這個(gè)步驟可以采用“旋涂”方法。

      根據(jù)光（紫外線）反應(yīng)性的區(qū)別，光刻膠可分為兩種：正膠和負(fù)膠，前者在受光后會(huì)分解并消失，從而留下未受光區(qū)域的圖形，而后者在受光后會(huì)聚合并讓受光部分的圖形顯現(xiàn)出來(lái)。

      曝光

      在晶圓上覆蓋光刻膠薄膜后，就可以通過(guò)控制光線照射來(lái)完成電路印刷，這個(gè)過(guò)程被稱為“曝光”。我們可以通過(guò)曝光設(shè)備來(lái)選擇性地通過(guò)光線，當(dāng)光線穿過(guò)包含電路圖案的掩膜時(shí)，就能將電路印制到下方涂有光刻膠薄膜的晶圓上。

      在曝光過(guò)程中，印刷圖案越精細(xì)，最終的芯片就能夠容納更多元件，這有助于提高生產(chǎn)效率并降低單個(gè)元件的成本。在這個(gè)領(lǐng)域，目前備受矚目的新技術(shù)是EUV光刻。

      顯影

      曝光之后的步驟是在晶圓上噴涂顯影劑，目的是去除圖形未覆蓋區(qū)域的光刻膠，從而讓印刷好的電路圖案顯現(xiàn)出來(lái)。顯影完成后需要通過(guò)各種測(cè)量設(shè)備和光學(xué)顯微鏡進(jìn)行檢查，確保電路圖繪制的質(zhì)量。

      第四步 刻蝕

      在晶圓上完成電路圖的光刻后，就要用刻蝕工藝來(lái)去除任何多余的氧化膜且只留下半導(dǎo)體電路圖。要做到這一點(diǎn)需要利用液體、氣體或等離子體來(lái)去除選定的多余部分。

刻蝕的方法主要分為兩種，取決于所使用的物質(zhì)：使用特定的化學(xué)溶液進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)來(lái)去除氧化膜的濕法刻蝕，以及使用氣體或等離子體的干法刻蝕。

      濕法刻蝕

      使用化學(xué)溶液去除氧化膜的濕法刻蝕具有成本低、刻蝕速度快和生產(chǎn)率高的優(yōu)勢(shì)。然而，濕法刻蝕具有各向同性的特點(diǎn)，即其速度在任何方向上都是相同的。這會(huì)導(dǎo)致掩膜（或敏感膜）與刻蝕后的氧化膜不能完全對(duì)齊，因此很難處理非常精細(xì)的電路圖。

      干法刻蝕

      干法刻蝕可分為三種不同類型。第一種為化學(xué)刻蝕，其使用的是刻蝕氣體（主要是氟化氫）。和濕法刻蝕一樣，這種方法也是各向同性的，這意味著它也不適合用于精細(xì)的刻蝕。第二種方法是物理濺射，即用等離子體中的離子來(lái)撞擊并去除多余的氧化層。作為一種各向異性的刻蝕方法，濺射刻蝕在水平和垂直方向的刻蝕速度是不同的，因此它的精細(xì)度也要超過(guò)化學(xué)刻蝕。但這種方法的缺點(diǎn)是刻蝕速度較慢，因?yàn)樗耆蕾囉陔x子碰撞引起的物理反應(yīng)。

      最后的第三種方法就是反應(yīng)離子刻蝕(RIE)。RIE結(jié)合了前兩種方法，即在利用等離子體進(jìn)行電離物理刻蝕的同時(shí)，借助等離子體活化后產(chǎn)生的自由基進(jìn)行化學(xué)刻蝕。除了刻蝕速度超過(guò)前兩種方法以外，RIE可以利用離子各向異性的特性，實(shí)現(xiàn)高精細(xì)度圖案的刻蝕。

      如今干法刻蝕已經(jīng)被廣泛使用，以提高精細(xì)半導(dǎo)體電路的良率。保持全晶圓刻蝕的均勻性并提高刻蝕速度至關(guān)重要，當(dāng)今最先進(jìn)的干法刻蝕設(shè)備正在以更高的性能，支持最為先進(jìn)的邏輯和存儲(chǔ)芯片的生產(chǎn)。

      第五步 薄膜沉積

      為了創(chuàng)建芯片內(nèi)部的微型器件，我們需要不斷地沉積一層層的薄膜并通過(guò)刻蝕去除掉其中多余的部分，另外還要添加一些材料將不同的器件分離開(kāi)來(lái)。每個(gè)晶體管或存儲(chǔ)單元就是通過(guò)上述過(guò)程一步步構(gòu)建起來(lái)的。我們這里所說(shuō)的“薄膜”是指厚度小于1微米（μm，百萬(wàn)分之一米）、無(wú)法通過(guò)普通機(jī)械加工方法制造出來(lái)的“膜”。將包含所需分子或原子單元的薄膜放到晶圓上的過(guò)程就是“沉積”。

      要形成多層的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，我們需要先制造器件疊層，即在晶圓表面交替堆疊多層薄金屬（導(dǎo)電）膜和介電（絕緣）膜，之后再通過(guò)重復(fù)刻蝕工藝去除多余部分并形成三維結(jié)構(gòu)?？捎糜诔练e過(guò)程的技術(shù)包括化學(xué)氣相沉積 (CVD)、原子層沉積 (ALD) 和物理氣相沉積 (PVD)，采用這些技術(shù)的方法又可以分為干法和濕法沉積兩種。

      電子潔凈車間建設(shè)方案簡(jiǎn)要：

      由于大型電子廠房的潔凈度要求不僅包括空氣潔凈度， 還對(duì)土壤以及水資源的潔凈度進(jìn)行要求，在選址時(shí)期還應(yīng)對(duì) 周邊的地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行勘探分析，選擇地質(zhì)污染程度較低的區(qū) 域進(jìn)行大型電子潔凈廠房的實(shí)際建設(shè)；而后在大型電子潔凈廠房的生產(chǎn)中噪聲與振動(dòng)均對(duì)生產(chǎn)質(zhì)量與生產(chǎn)水平具有較大 影響,在選擇產(chǎn)區(qū)地址時(shí),應(yīng)選擇距離交通要道較遠(yuǎn)且噪聲與 振動(dòng)較小的區(qū)域。
    

      室內(nèi)裝修要求
      在對(duì)大型電子潔凈廠房進(jìn)行室內(nèi)裝修設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下：

      ⑴潔凈廠房的氣密性，由于潔凈廠房均為密閉性生產(chǎn)車間,在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)相應(yīng)減少門窗的設(shè)計(jì)數(shù)量,若進(jìn)行門窗 設(shè)計(jì),則應(yīng)對(duì)門窗的縫隙利用密封膠進(jìn)行正壓面的密封,以保 障廠房環(huán)境中的潔凈程度

      (2)潔凈廠房的無(wú)塵室,在無(wú)塵室的裝修過(guò)程中，應(yīng)對(duì)室內(nèi)的墻壁與地面的裝修設(shè)計(jì)進(jìn)行重視, 保障兩者裝修后表面的平整和清潔，同時(shí)在地面的裝修中還 應(yīng)保障地面的整體性、耐磨性以及防潮性能

      (3)潔凈廠房建設(shè)的材料,建設(shè)的材料選擇是保障廠房潔凈程度的重要基礎(chǔ)， 在進(jìn)行頂棚的裝修設(shè)計(jì)時(shí)選擇非燃燒的材質(zhì)，以保障火災(zāi)發(fā) 生時(shí)降低火災(zāi)蔓延的速度與潔凈廠房的損失程度，在進(jìn)行吊 頂裝修材質(zhì)選擇時(shí)，應(yīng)選擇輕質(zhì)的吊頂,保障廠區(qū)屋頂?shù)钠秸?程度。
      

      暖通空調(diào)節(jié)能設(shè)計(jì)要求
      由于大型電子潔凈廠房的規(guī)模較大，其能源消耗程度也出現(xiàn)較高的狀態(tài)。因此，在具體的暖通空調(diào)節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí),通風(fēng)、 空調(diào)設(shè)備選用節(jié)能設(shè)備;空調(diào)風(fēng)管、冷凍水管、熱水管均進(jìn)行 保溫,減少能量損失,選用保溫性能好的保溫材料,如離心玻 璃棉、橡塑海綿保溫材料；凈化空調(diào)系統(tǒng)均配置自動(dòng)控制系 統(tǒng);新風(fēng)空調(diào)機(jī)、接工藝設(shè)備的局部$5風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)均采用變 頻風(fēng)機(jī)，可根據(jù)工藝生產(chǎn)的實(shí)際情況對(duì)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)。
      

      人、物流線設(shè)計(jì)要求
電子潔凈廠房的運(yùn)行中對(duì)潔凈程度的要求最為嚴(yán)格,為 保障廠房的潔凈程度處于較高水平，應(yīng)對(duì)空氣污染來(lái)源進(jìn)行 及時(shí)的解決。建立人員的凈化流水線、物料的獨(dú)立設(shè)置以及圍 護(hù)結(jié)構(gòu)的密閉性將會(huì)在潔凈污染的來(lái)源進(jìn)行及時(shí)的處理。人 員的凈化流線則是從人員進(jìn)入廠區(qū)至U進(jìn)入電子生產(chǎn)區(qū)之間建 立潔凈區(qū)域，避免人員帶入灰塵以及細(xì)菌到電子生產(chǎn)區(qū)。物料 的獨(dú)立設(shè)置則不應(yīng)與人員凈化流水線相一致，確保搬運(yùn)過(guò)程 中的灰塵等影響潔凈程度的物質(zhì)不會(huì)進(jìn)入潔凈區(qū)。

      詳細(xì)設(shè)計(jì)要點(diǎn)請(qǐng)聯(lián)系合潔科技半導(dǎo)體車間建設(shè)工程師

      潔凈車間工程示例如下：