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造一塊芯片需要多少水？

閱讀：2464 發(fā)布時間：2022/12/21

　　前不久,美國總統(tǒng)拜登簽署了《2022芯片與科學(xué)法案》,不僅加大投入試圖提升美國的芯片技術(shù)研發(fā)和制造能力,同時還設(shè)置“中國護欄”條款,試圖逼迫芯片企業(yè)選邊站隊,限制企業(yè)在中國芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。事實上,中國芯片產(chǎn)業(yè)被卡脖子由來已久,原料、技術(shù)、供應(yīng)鏈等方方面面深受外國掣肘,甚至是我們最常見的“水”。

　　耗水的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)

　　半導(dǎo)體行業(yè)是一個非常耗水資源的行業(yè)，一塊2g重的芯片,大概需要耗水32kg，一張12寸的硅片,需要耗水8噸，許多半導(dǎo)體行業(yè)的企業(yè)，如臺積電，一天要用掉15萬噸水,英特爾，一年要用掉3400萬噸水,等于每年吸干2.5個西湖。一個大型Fab工廠，在半導(dǎo)體制造過程中每天需使用5～6萬噸水，接近一個百萬人口城市每天的用水量，這也是為什么在環(huán)保要求苛刻的歐洲，至今沒有規(guī)?；陌雽?dǎo)體制程工廠的原因。

　　水在半導(dǎo)體制程工藝中，主要用在清洗工藝中，占總用水量的75%，其他作用還包括，冷凝塔用水，廢棄處理用水。

　　清洗是半導(dǎo)體制造過程中使用最多的工藝步驟之一。據(jù)估計，大概有30% 的工藝步驟是為了清洗硅片或做硅片表面準(zhǔn)備。

　　什么是半導(dǎo)體超純水

　　半導(dǎo)體所用的水是潔凈度超高的“超純水”。當(dāng)然,這里的水指的并不是我們?nèi)粘Ｉ钪械淖詠硭?而是“超純水”。

　　超純水是指電阻率達到18 MΩ*cm(25℃)的水。這種水中除了水分子外,幾乎沒有什么雜質(zhì),更沒有細菌、病毒、含氯二噁英等有機物,也沒有人體所需的礦物質(zhì)微量元素,也就是幾乎去除氧和氫以外所有原子的水。

　　我們拿醫(yī)用純水來對比了解一下半導(dǎo)體級超純水標(biāo)準(zhǔn)有多嚴(yán)苛：

　　如何制備半導(dǎo)體純水

　　半導(dǎo)體制程猶如一只“水老虎”,無論是光刻熏蒸,曝光顯影,高溫擴散還是濕法刻蝕,都需要消耗大量的超純水。超純水的制備，需要濾除的，除了會造成硅片表面缺陷的微小固體顆粒物，還有金屬離子、氣泡和細菌有機物三大類污染物。

　　金屬離子

　　影響器件的閾

　　值電壓

　　氣泡

　　干擾硅片的氧

　　化覆膜

　　細菌有機物

　　引起PN結(jié)短路

　　漏電

　　簡單來說，半導(dǎo)體工廠制備超純水就是先把自來水制成純水，再將純水制成超純水

　　過濾首先濾除的是固體顆粒、懸浮物和膠體，使用多介質(zhì)過濾器和超濾設(shè)備將這些雜質(zhì)去除，同時加入活性炭過濾器，吸附有機物，用亞硫酸氫鈉，去除游離氯等氧化性物質(zhì)。

　　完成初步過濾后，還要進行2次反滲透過濾，進行脫鹽，以去除水中各種無機鹽，以及逃出的有機物和微生物。至此，預(yù)處理完成。

　　在預(yù)處理之后，進入主處理階段。此階段除了前面的過濾和逆滲透壓，還包括紫外燈照射滅菌，和氧化分解有機物，進一步降低水體中的有機碳成分。同時還需要連續(xù)電解除鹽技術(shù)，來解決水中剩余的陰陽離子。最后用真空除氣機，和去除水中的各類溶解氣體。到這里，自來水已經(jīng)變成了純水，暫時儲存在充滿氮氣的純水罐中，

　　從純水到超純水，需要進行“水拋光”處理，簡單來說就是重復(fù)前面2步的操作，把之前使用過的各類凈水裝置繼承到一個密閉的管道系統(tǒng)中，讓純水在改系統(tǒng)中高速循環(huán)，在使用點設(shè)置閥門，需要使用時即可取出。

　　制備超純水過濾解決方案

　　基于半導(dǎo)體超純水對芯片生產(chǎn)的重要程度且需求量之大，在在制備半導(dǎo)體級超純水時如何選擇過濾材料，成為廠家非常關(guān)心的問題。

　　預(yù)處理：微濾過濾工藝標(biāo)準(zhǔn)。微濾能截留0.1～1微米之間的顆粒，微濾膜允許大分子有機物和無機鹽等通過，但能阻擋住懸浮物、細菌、部分病毒及大尺度的膠體的透過。其最主要的器材是微濾膜。一般凈水器的第一級PP棉濾芯，精度都為5μm。

　　HF系列——大流量折疊濾芯

　　HF系列大流量濾芯采用深層精細聚丙烯纖維膜為主過濾層，擁有6"大直徑，單向開口由內(nèi)到外的液體流向，保證顆粒物攔截在濾芯內(nèi)部，超大流量的設(shè)計，減少濾芯和過濾器的使用量，節(jié)約了設(shè)備投入成本，適應(yīng)超純水預(yù)過濾需求。

　　主處理：超濾標(biāo)準(zhǔn)過濾工藝。超濾微孔為0.01微米，能濾除水中的細菌、鐵銹、膠體等有害物質(zhì)，同時配合水系脫氣模組，濾除水中的O2和CO2氣泡。

　　SAA系列——折疊濾芯

　　SAA系列折疊濾芯針對高流量要求使用場合。高度非對稱的PS濾膜結(jié)構(gòu)為濾芯提供了高流量、高納污量和穩(wěn)定的截留效率，實驗證明，SAA系列濾芯壽命遠大于普通PS產(chǎn)品，大大降低了濾芯更換周期。

　　精制處理：納濾精度過濾工藝標(biāo)準(zhǔn)。納濾是一種介于反滲透和超濾之間的壓力驅(qū)動膜分離過程，納濾膜的孔徑范圍在幾個納米左右。納濾膜大多從反滲透膜衍化而來，是膜分離技術(shù)的一種新興領(lǐng)域，其分離性能介于反滲透和超濾之間，允許一些無機鹽和某些溶劑透過膜，從而達到分離的效果。

　　SAB系列——高精度折疊濾芯