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2022年4月16日20：30，院友曹永友師兄開展題目為《半導體潔淨制造理論及SEMI行業标準在産業鍊的應用》的學術報告。本次講座共有388人參與。

01 行業背景介紹

講座伊始，曹永友師兄首先介紹半導體産業的行業背景和發展現狀。該部分内容分為市場規模、基礎知識、摩爾定律和設備工藝四部分。他表示市場規模的擴大逐步催生了半導體産業的發展。基于 IEEE IRDS 2020 路線圖，随着晶體管的尺寸逐步趨近物理極限，半導體技術正在向先進工藝、特色工藝、先進封裝及三維集成三個方向推動半導體産業的可持續發展，同時也為裝備發展帶來了廣闊的發展空間。目前的先進工藝可實現5nm、3nm的制造，而特色工藝甚至超越了已有的摩爾定律。

▲曹師兄介紹行業背景

曹師兄表示随着芯片工藝節點不斷減小，設計方案從多重曝光技術轉向FinFET 三維器件；随着5nm芯片的出現，EUV技術被用來降低成本，而在如今的3nm時代，雙重曝光的EUVFin結構也走向了盡頭，需要新的器件結構與新材料來支持摩爾定律的進一步發展。

▲曹師兄介紹摩爾定律

随後，曹師兄詳細介紹了半導體工藝流程，包括：前道工序FEOL晶體管，後道工序BEOL金屬布線。他表示集成電路工藝流程十分複雜，14nm的工藝步驟可達1500步，而芯片的良率/成品率是芯片廠能否盈利的關鍵。半導體設零部件及材料制造的每道工序對良率要求也很高，隻有每步監控合格，才能獲得合格的設備和穩定的工藝。

▲曹師兄介紹設備工藝

02 半導體結晶制造介紹

之後，曹師兄從潔淨等級、潔淨度量、質量管控及案例分析四個方面介紹了半導體潔淨制造理論及SEMI行業标準。

▲曹師兄介紹設備工藝

首先，曹師兄表示車間潔淨度很高。潔淨室的工具嚴格限制使用範圍，避免交叉污染。對于潔淨室的空氣、牆壁等外環境污染分子的監測十分嚴格。他首先對如何進行潔淨等級控制進行了介紹（包括包裝材料、清洗工藝等環節），介紹了潔淨制造理念：最重要的是顆粒和金屬污染。随着芯片制程節點不斷減少，對顆粒和金屬污染的控制也越來越嚴格。人體是生産過程的主要污染源，需要盡量全部實現自動化，并且必須評估外部供應商的所有流程以保證潔淨度。

▲曹師兄介紹顆粒及金屬污染應對方案

随後，曹師兄表示顆粒及金屬污染的應對方案可分為兩類：潔淨制造及超潔淨分析檢測。他給出了石英被手觸摸後就在退火中産生的鱗狀析晶進行案例分析，發現金屬擴散是影響石英質量的重要原因，特别是半徑較小的堿金屬離子。這進一步說明了潔淨制造理念對排除産品材料本身問題、保證産品質量的重要意義。

▲SEMI标準應用案例

曹師兄介紹到半導體設備制造的潔淨等級包括一般潔淨、目視潔淨和精密潔淨。然而我國在很多技術範疇都缺少相應的行業标準。為此，基于半導體行業相關标準如IEST标準、ISO 14644、SEMI 标準等，國内相關設備企業建立了企業技術标準，并加入了全球半導體部件儀器及子系統委員會（SEMI SCIS）。随後曹師兄介紹了SEMI标準四個應用案例，如SEMI F19/F20 标準對半導體超高純氣路輸送系統所使用超純淨雙熔不鏽鋼材料、電解抛光、耐腐蝕性的要求及評價方法。曹師兄也呼籲官産學研能夠更緊密合作，關注半導體設備領域高純材料及零部件的特殊要求，基于行業标準進行産品開發，減少後期因行業标準不符反複的優化設計。

03 提問與總結

▲曹師兄耐心答疑

随後線上的同學就量測、設備零部件、高純材料、行業推薦書目、SEMI 标準以及潔淨度要求等方面進行了提問，師兄一一進行了詳細的表達和解答。講座最後，曹師兄以《晏子春秋》中的“為者常成，行者常至”進行總結，他表示國内設備企業将緻力于打造中國芯片制造、裝備及零部件供應鍊生産圈。

參考資料

1. 國際器件與系統路線圖 https://irds.ieee.org/

2. SEMI 标準：https://www.semi.org/en/Standards

3. Hong Xiao, 3D IC Devices, Technologies, and Manufacturing, 2016

4. David Fried, FinFET tipsheet for IEDM, 2012.

https://www.techdesignforums.com/practice/technique/finfet-iedm-tipsheet/

5. Corrosion Resistance, Hong Shih,2012. A Systematic Study and Characterization of

Advanced Corrosion Resistance Materials and Their Applications for Plasma Etching

Processes in Semiconductor Silicon Wafer Fabrication

策劃 | 材料研團

編輯 | 王立衆

審核 | 劉欣童 王立衆