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2022年4月16日20：30，院友曹永友师兄开展题目为《半导体洁净制造理论及SEMI行业标准在产业链的应用》的学术报告。本次讲座共有388人参与。
01 行业背景介绍
讲座伊始，曹永友师兄首先介绍半导体产业的行业背景和发展现状。该部分内容分为市场规模、基础知识、摩尔定律和设备工艺四部分。他表示市场规模的扩大逐步催生了半导体产业的发展。基于 IEEE IRDS 2020 路线图，随着晶体管的尺寸逐步趋近物理极限，半导体技术正在向先进工艺、特色工艺、先进封装及三维集成三个方向推动半导体产业的可持续发展，同时也为装备发展带来了广阔的发展空间。目前的先进工艺可实现5nm、3nm的制造，而特色工艺甚至超越了已有的摩尔定律。
▲曹师兄介绍行业背景
曹师兄表示随着芯片工艺节点不断减小，设计方案从多重曝光技术转向FinFET 三维器件；随着5nm芯片的出现，EUV技术被用来降低成本，而在如今的3nm时代，双重曝光的EUVFin结构也走向了尽头，需要新的器件结构与新材料来支持摩尔定律的进一步发展。
▲曹师兄介绍摩尔定律
随后，曹师兄详细介绍了半导体工艺流程，包括：前道工序FEOL晶体管，后道工序BEOL金属布线。他表示集成电路工艺流程十分复杂，14nm的工艺步骤可达1500步，而芯片的良率/成品率是芯片厂能否盈利的关键。半导体设零部件及材料制造的每道工序对良率要求也很高，只有每步监控合格，才能获得合格的设备和稳定的工艺。
▲曹师兄介绍设备工艺
02 半导体结晶制造介绍
之后，曹师兄从洁净等级、洁净度量、质量管控及案例分析四个方面介绍了半导体洁净制造理论及SEMI行业标准。
▲曹师兄介绍设备工艺
首先，曹师兄表示车间洁净度很高。洁净室的工具严格限制使用范围，避免交叉污染。对于洁净室的空气、墙壁等外环境污染分子的监测十分严格。他首先对如何进行洁净等级控制进行了介绍（包括包装材料、清洗工艺等环节），介绍了洁净制造理念：最重要的是颗粒和金属污染。随着芯片制程节点不断减少，对颗粒和金属污染的控制也越来越严格。人体是生产过程的主要污染源，需要尽量全部实现自动化，并且必须评估外部供应商的所有流程以保证洁净度。
▲曹师兄介绍颗粒及金属污染应对方案
随后，曹师兄表示颗粒及金属污染的应对方案可分为两类：洁净制造及超洁净分析检测。他给出了石英被手触摸后就在退火中产生的鳞状析晶进行案例分析，发现金属扩散是影响石英质量的重要原因，特别是半径较小的碱金属离子。这进一步说明了洁净制造理念对排除产品材料本身问题、保证产品质量的重要意义。
▲SEMI标准应用案例
曹师兄介绍到半导体设备制造的洁净等级包括一般洁净、目视洁净和精密洁净。然而我国在很多技术范畴都缺少相应的行业标准。为此，基于半导体行业相关标准如IEST标准、ISO 14644、SEMI 标准等，国内相关设备企业建立了企业技术标准，并加入了全球半导体部件仪器及子系统委员会（SEMI SCIS）。随后曹师兄介绍了SEMI标准四个应用案例，如SEMI F19/F20 标准对半导体超高纯气路输送系统所使用超纯净双熔不锈钢材料、电解抛光、耐腐蚀性的要求及评价方法。曹师兄也呼吁官产学研能够更紧密合作，关注半导体设备领域高纯材料及零部件的特殊要求，基于行业标准进行产品开发，减少后期因行业标准不符反复的优化设计。
03 提问与总结
▲曹师兄耐心答疑
随后线上的同学就量测、设备零部件、高纯材料、行业推荐书目、SEMI 标准以及洁净度要求等方面进行了提问，师兄一一进行了详细的表达和解答。讲座最后，曹师兄以《晏子春秋》中的“为者常成，行者常至”进行总结，他表示国内设备企业将致力于打造中国芯片制造、装备及零部件供应链生产圈。
参考资料
1. 国际器件与系统路线图 https://irds.ieee.org/
2. SEMI 标准：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
策划 | 材料研团
编辑 | 王立众
审核 | 刘欣童 王立众