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集成电路芯片制造工厂的设计分析

作者:

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摘要：

集成电路芯片制造工厂的设计分析

夏双练

摘要:结合近年来主持的多个集成电路芯片工厂设计经验，通过建筑布局和建筑消防两个方面对于此类工厂的设计要点进行探讨。内容包括竖向布置和平面布置(底层柱网、SB支持区、新风机房)，以及火灾危险性分类、防火分区、防泄爆、专用消防口设置。

关键词:集成电路制造;芯片工厂，建筑布局，建筑消防。

中图分类号:TN405

中文引用格式:夏双练.集成电路芯片制造工厂的设计分析[J].电子技术, 2019, 48(01): 63-65.

Design of a IC Chip Manufacturing Plant

XIA Shuanglian

Abstract - Based on the design experience of many IC chip factories in recent years, this paper discusses the design points of these factories from two aspects of building layout and building fire protection. It includes vertical layout and plane layout (bottom column network, sb support area, fresh air room), as well as fire risk classification, fire compartment, anti explosion and special fire exits settings.

Index Terms - integrated circuit manufacturing, chip factory, building layout, building fire protection.

0引言

随着芯片技术的发展，晶圆尺寸已由3英寸逐步发展到12英寸，且仍在往更大尺寸努力推进。制程工艺早已从原来的微米级提升到了纳米级，最先进的工艺甚至已经达到5nm，越发靠近原子之间的间距(约0.5nm)。随着工艺要求越来越严苛，对工厂建设要求也不断提高。

集成电路芯片工厂对生产环境的温度、湿度、洁净度、防微振等均有着严格的控制要求，且各种配套系统繁多复杂。因此集成电路芯片工厂的设计也被业内公认为电子行业工程设计的皇冠。近几年，作者主持了多个集成电路芯片工厂项目。本文以“某12英寸集成电路芯片工厂”为例，通过建筑布局和建筑消防两个方面对于此类工厂建筑设计的要点进行探讨。业内的Semiconductors通常将集成电路芯片生产工厂称为Fab工厂(Fabrication Plant，Fab)。

1Fab建筑布局

本文首先从Fab工厂的建筑布局开始探讨，并从“竖向”和“水平”两个维度进行分析。

1.1 竖向布置

通过多年的实践总结，目前国内已建的12英寸Fab工厂基本均采用四层结构，从上至下分别为:上技术夹层，洁净生产层，洁净下技术夹层和非洁净下技术夹层。本项目对生产环境的温湿度控制要求很高(温度控制在22℃±1℃，相对湿度控制在43%±3%)，生产大环境的空气洁净等级为千级(ISO6级)，光刻等特殊区域的空气净化等级十级(IS04级)。规范要求空气净化等级(ISO1-4级)的净化室应采用垂直层流。

本项目洁净室全部采用垂直层流即:上技术夹层(送风静压箱)中的空气通过FFU(风机过滤机组)输送至洁净生产层，气流通过高架地板及华夫板孔洞送至洁净下技术夹层，再经过回风夹道中的DCC(干冷盘管)回到上技术夹层，循环往复。Fab工厂这种特有的三层结构保证了洁净空气气流的均匀性和稳定性(图1)。底层的非洁净技术夹层用于设置原材料库房(中间仓库)、成品库房(中间仓库),纯水终端间以及SB支持区域;因此，从竖向布置来看，Fab工厂的各层职责分工明确，为创造高级别的洁净环境奠定了良好的基础。

1.2 平面布置

本文认为Fab工厂的平面布置重点首先是确定柱网尺寸，其次是确定“SB支持区”和“新风机房”区域的位置。

1.2.1 底层柱网的确定

工艺生产需要大空间，而微振控制需要结构有较大的刚度(本项目防微振等级为VC-E)。因此本工厂的洁净生产层楼面以上采用大柱网，生产层楼面以下的两个技术夹层均采用小柱网。此外，规范亦要求Fab工厂的柱网尺寸宜为600mm的模数，以便后期各种标准构件(如:高架地板)的安装。

总结近年国内已建多个12英寸Fab工厂柱网的常用尺寸为:7.2m×7.2m，6.0m×6.0m，4.8m×4.8m;柱网越小建筑刚度越大，对于抗微振越有利，但对于主体结构的抗震不利，且空间的利用率也随之降低。综合考虑上述因素，并结合多次防微振测试及结构专业的有限元计算分析，最终选择了6.0m×6.0m的柱网。此柱网尺寸，不仅较好地满足各功能用房的布置，且完美兼顾解决了防微振和结构抗震的矛盾。

1.2.2 SB支持区的布置

SB支持区是Fab工厂的重要支持服务区，主要用于大宗气体、特气、酸类、碱类、有机化类等化学品的存放、分配与收集，方案初期考虑布置方式如图2所示的3种方式。

Fab工厂会使用大量的易燃易爆、毒性化学品，且种类繁多。不同类别或同种类别但相互禁忌的化学品均应分开存放。此外，根据规范要求甲乙类气体、危险化学品，甚至惰性气体的存放和分配间应靠外墙布置，且酸性，碱性，有机类化学品存放收集间相对应的室外还应预留足够的槽罐车装卸场地面积。

文章来源：《电子设计工程》网址: http://www.dzsjgc.cn/zonghexinwen/2020/0904/616.html