半导体厂房设计建造流程、方案和技术要点

 

半导体厂房的设计建造是一项高度复杂、专业性极强的系统工程，涉及洁净室、微振动控制、电磁屏蔽、特殊气体/化学品管理等关键技术。

一、设计建造流程：

1.需求定义与可行性分析

（1）确定工艺节点（如28nm、7nm等）及产能需求

（2）分析选址条件（地质、气候、电力/水源供应）

（3）评估环保法规（废气废水处理要求）

2. 概念设计阶段：

（1）确定洁净室等级（ISO 1-8级，通常芯片厂需ISO 3-5级） （2）规划厂区布局（晶圆流、人员流、物料流分离）

（2）初步成本估算（每平方米造价可达5000~10000元）

3. 详细设计阶段；

（1） 洁净室HVAC系统设计（温湿度控制±0.1℃/±1%RH）

（2） 防微振动结构设计（振动速度通常要求＜1μm/s）

（3） 电磁屏蔽方案（需屏蔽至1MHz以下＜1μT）

4. 施工与调试：

（1）洁净室围护结构施工（采用不锈钢或电解钢板）；

（2）AMC（气态分子污染物）控制系统安装 ；

（3）系统联调（FFU风速均匀性测试、粒子计数测试）

5，验证与认证：

（1）洁净度测试（符合ISO 14644-1）；

（2） 工艺设备搬入后的二次配工程（Gas/Vacuum/DIW管路连接。

 

二、关键技术方案

1. 洁净室系统：

（1）气流组织：采用垂直层流（天花板FFU覆盖率80%以上）；

（2）过滤系统：ULPA过滤器（对0.1μm颗粒过滤效率＞99.999%） （3）材料选择：防静电PVC地板、不锈钢墙板

2. 微振动控制 ：

（1）基础隔振：采用桩基+筏板（厚度可达2-3m）；

（2）主动隔振：精密设备加装气浮平台（隔振效率＞90%）；

（3）设备选型：磁悬浮离心式冷水机组（振动值＜25μm）

3. 特殊气体系统：

（1）大宗气体（氮气/氧气/氩气）：现场制氮（PSA或深冷法）; （2)特种气体（SiH4/H2等）：双套管输送+泄漏检测;

(3) 废气处理：采用Scrubber（酸碱洗涤塔）+焚烧炉;

4. 超纯水系统:

(1)工艺流程：RO+EDI+UV氧化（电阻率≥18.2MΩ·cm）;

(2)管路材质：PVDF或316L EP级不锈钢

5.电力与自控:

(1)双路供电+柴油发电机（切换时间＜15ms）;

(2)BMS系统实时监控（洁净室压差梯度控制±5Pa）;

三、核心设计要点

1.工艺优先原则:

(1)光刻区需独立隔振（振动容许值通常＜3μm/s）;

(2)蚀刻/扩散区域加强AMC控制（酸/碱浓度＜1ppb）;

2.可扩展性设计:

(1)预留未来工艺升级空间（如EUV设备电力负荷）;

(2)模块化洁净室设计（可快速扩产）;

3.节能设计:

(1)热回收系统（冷水机组热量用于工艺加热）;

(2)变频控制FFU（节能30%以上）;

4.安全设计:

(1)硅烷(SiH4)气体间需防爆设计（泄爆面积≥1/6体积）;

(2)化学品存储间二次防泄漏结构

 

三、行业特殊要求:

1, 抗震设计：关键区域抗震等级需高于当地标准1级（如8级设防）;

2,防静电设计：接地电阻＜1Ω，静电消散时间＜2秒;

3,冗余设计：关键系统（如制氮机）需N+1备份;

 

四、挑战与趋势:

1,先进制程挑战

◦ 3nm以下工艺要求AMC控制到ppt级.

◦ EUV光刻机需额外考虑辐射屏蔽

2. 智能化趋势:

◦ 数字孪生技术用于厂房运维;

◦ AI预测性维护（如预测FFU过滤器寿命）；

3. 可持续发展：

◦ 碳足迹管理（PFCs废气处理效率＞95%）；

◦ 零废水排放设计（水回收率＞85%）；

半导体厂房建设周期通常需18-36个月，投资额可达数十亿至百亿美元。建议选择具有半导体项目经验的EPC承包商，并提前与设备供应商进行接口协调。