前言
中华人民共和国国家标准
硅集成电路芯片工厂设计规范
Code for design of silicon integrated circuits wafer fab
GB 50809-2012
主编部门：中华人民共和国工业和信息化部
批准部门：中华人民共和国住房和城乡建设部
施行日期：2012年12月1日
中华人民共和国住房和城乡建设部公告
第1497号
住房城乡建设部关于发布国家标准《硅集成电路芯片工厂设计规范》的公告
现批准《硅集成电路芯片工厂设计规范》为国家标准，编号为GB 50809-2012，自2012年12月1日起实施。其中，第5.2.1、5.3.1、8.2.4、8.3.11条为强制性条文，必须严格执行。
本规范由我部标准定额研究所组织中国计划出版社出版发行。
中华人民共和国住房和城乡建设部
2012年10月11日
前 言
▼ 展开条文说明
《硅集成电路芯片工厂设计规范》GB50809-2012，经住房和城乡建设部2012年10月1日以第1497号公告批准发布。
本规范紧密结合当前我国电子信息产品制造业对硅集成电路芯片的需求，切实体现了我国集成电路芯片工厂工程建设中新技术、新工艺、新设备和新材料的应用成果和先进经验；特别是参考和借鉴了国内已建成的数十条集成电路芯片生产线工程的先进技术和运行经验，做到了既结合国情又与国际同类标准接轨。
本规范编制经过了准备、征求意见、送审和报批四个阶段。编制工作主要遵循了以下原则：
1.遵循先进性、科学性、协调性和可操作性等原则。
2.严格执行国家住房和城乡部标准定额司发布的《工程建设标准编写规定》（建标〔2008〕182号）。
3.将直接涉及人民生命财产安全、人体健康、环境保护、能源资源节约和其他公共利益等条文列为必须严格执行的强制性条文。
本规范于2011年12月在上海召开了规范审查会。审查会专家一致认为规范条文涵盖了硅集成电路芯片工厂工程设计的主要内容，具有较强的实用性、科学性、协调性和可操作性。该规范的发布和实施，将对我国硅集成电路芯片工厂工程设计水平的提高发挥积极作用，同时将推动硅集成电路芯片工厂工程建设的技术进步。
审查会后，编制组根据审查意见对规范进行了认真的修改、补充和完善，并于2012年4月6日形成了最终的《硅集成电路芯片工厂设计规范》报批稿报住房和城乡建设部。
为便于广大设计、施工、科研、学校等单位有关人员在使用本规范时能正确理解和执行条文规定，《硅集成电路芯片工厂设计规范》编写组按章、节、条、款、项的顺序编制了本规范的条文说明，对条文规定的目的、依据以及执行中需要注意的有关事项进行了说明。但是，本条文说明不具备与规范正文同等的法律效力，仅供使用者作为理解和把握规范规定的参考。
本规范是根据原建设部《关于印发<2008年工程建设标准规范制定、修订计划>的通知（第二批）》（建标〔2008〕105号）的要求，由信息产业电子第十一研究院科技工程股份有限公司会同有关单位共同编制完成。
在规范编制过程中，编写组根据我国硅集成电路芯片工厂的设计、建造和运行的实际情况，进行了大量调查研究，同时考虑我国目前集成电路生产的现状，对国外的有关规范进行深入的研读，广泛征求了全国有关单位与个人的意见，并反复修改，最后经审查定稿。
本规范共分12章，主要内容包括：总则、术语、工艺设计、总体设计、建筑与结构、防微振、冷热源、给排水及消防、电气、工艺相关系统、空间管理、环境安全卫生等。
本规范中以黑体字标志的条文为强制性条文，必须严格执行。
本规范由住房和城乡建设部负责管理和对强制性条文的解释，由工业和信息化部负责日常管理，由信息产业电子第十一设计研究院科技工程股份有限公司负责具体技术内容的解释。本规范在执行过程中，请各单位结合工程实践，认真总结经验，如发现需要修改和补充之处，请将意见和建议寄至信息产业电子第十一设计研究院科技工程股份有限公司《硅集成电路芯片工厂设计规范》管理组（地址：四川省成都市双林路251号，邮政编码：610021，传真：028-84333172），以便今后修订时参考。
本规范主编单位、参编单位、主要起草人和主要审查人：
主编单位：信息产业电子第十一设计研究院科技工程股份有限公司 信息产业部电子工程标准定额站
参编单位：中国电子工程设计院 中芯国际集成电路制造有限公司 上海华虹NEC微电子有限公司
主要起草人：王毅勃 王明云 李骥 肖劲戈 江元升 黄华敬 何武 夏双兵 陆崎 谢志雯 朱琳 刘娟 刘序忠 高艳敏 朱海英 徐小诚 刘姗宏
主要审查人：陈霖新 薛长立 韩方俊 王天龙 刘志弘 彭力 刘嵘侃 李东升 毛煜林 杨琦 周礼誉
1总则
1 总 则
▼ 展开条文说明
本规范为硅集成电路芯片工厂设计的国家标准，适用于各种类型硅集成电路芯片工厂的新建、扩建和改建设计。
由于硅集成电路芯片产品种类较多，技术发展迅速。为适应不同技术水平芯片生产对于环境的需要，本规范对于工艺、总体、建筑与结构、防微振、冷热源、给排水与消防、电气、工艺相关系统、空间管理和环境安全卫生等方面制定工程设计中应遵循的相关规定，确保工程设计做到安全适用、技术先进、经济合理、环境友好。
1.0.1 为在硅集成电路芯片工厂设计中贯彻执行国家现行法律、法规，满足硅集成电路芯片生产要求，确保人身和财产安全，做到安全适用、技术先进、经济合理、环境友好，制定本规范。
1.0.2 本规范适用于新建、改建和扩建的硅集成电路芯片工厂的工程设计。
1.0.3 硅集成电路芯片工厂的设计应满足硅集成电路芯片生产工艺要求，同时应为施工安装、调试检测、安全运行、维护管理提供必要条件。
1.0.4 硅集成电路芯片工厂的设计，除应符合本规范外，尚应符合国家现行有关标准的规定。
2术语
2 术 语
2.0.1 硅片 wafer
从拉伸长出的高纯度单晶硅的晶锭经滚圆、切片及抛光等工序加工后所形成的硅单晶薄片。
2.0.2 线宽 critical dimension
为所加工的集成电路电路图形中最小线条宽度，也称为特征尺寸。
2.0.3 洁净室 clean room
空气悬浮粒子浓度受控的房间。
2.0.4 空气分子污染 airborne molecular contaminant
空气中所含的对集成电路芯片制造产生有害影响的分子污染物。
2.0.5 标准机械接口 standard mechanical interface
适用于不同生产设备的一种通用型接口装置，可将硅片自动载入设备，并在加工结束后将硅片送出，同时保护硅片不受外界环境污染。
2.0.6 港湾式布置 bay and chase
生产工艺设备按不同的洁净等级进行布置，并以隔墙分隔生产区和维修区。
2.0.7 大空间式布置 ball room
生产工艺设备布置在同一个区域，全区采用同一洁净等级，未划分生产区和维修区。
2.0.8 自动物料处理系统 automatic material handling system(AMHS)
在硅集成电路芯片工厂内部将硅片和掩模板在不同的工艺设备或不同的存储区域之间进行传输、存储和分发的自动化系统。
2.0.9 纯水 pure water
根据生产需要，去除生产所不希望保留的各种离子以及其他杂质的水。
2.0.10 紧急应变中心 emergency response center
内设各种安全报警系统和救灾设备的安全值班室，为24h事故处理中心和指挥中心。
3工艺设计
3.1 一般规定
3 工艺设计
3.1 一般规定
3.1.1 硅集成电路芯片工厂的工艺设计应符合下列要求：
1 满足产品生产的成品率的要求；
2 满足工厂产能的要求；
3 具有工厂今后扩展的灵活性；
4 满足节能、环保、职业卫生与安全方面的要求。
3.1.2 硅集成电路芯片工厂设计时应合理设置各种生产条件，在满足硅集成电路生产要求的前提下，宜投资少、运行费用低、生产效率高。
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3.1.1、3.1.2硅集成电路产品发展十分迅速，按照摩尔定律每个集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月增加一倍，性能也将提升一倍。近年来，虽然集成电路发展的速度有所减缓，但变化依然十分巨大。同时集成电路生产所需的水、电的耗量较多，各种原材料和排放物的种类繁多，其中不乏对环境和安全等有较大影响的，因此硅集成电路的厂房设计、建造必须适应这种快速的发展与变化，提高生产效率，减少能耗，同时必须考虑到环保以及职业卫生和安全方面的要求。
3.2 技术选择
3.2 技术选择
3.2.1 生产的工艺技术和配套的设备应按硅集成电路芯片工厂的产品类型、月最大产能、生产制造周期、投资金额、长期发展进程等因素确定。
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3.2.1硅集成电路产品分为数字电路和模拟电路两大类。数字电路包括存储器、微处理器和逻辑电路，模拟电路主要包括标准模拟电路和特殊模拟电路。产品的品种和技术要求不同产生不同的生产工艺，从线宽来区分从较早的5μm到最新的20nm工艺，从加工硅片直径来区分从3英寸、4英寸、5英寸、6英寸、8英寸、12英寸以及今后的18英寸，工程投资金额存在数千万元至近百亿美元的巨大差异，净化区面积也从数百平方米到最新的数万平方米不等，因此选择适合的工艺技术及配套设备是工厂设计的基础。表1是ITRS公布的2011年国际半导体技术蓝图的预测，集成电路产业的发展更新依然十分迅速。
3.2.2 对于线宽在0.35μm及以上工艺的硅集成电路的研发和生产，宜采用4英寸～6英寸芯片生产设备进行加工。
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3.2.2对于品种多、产量较少、更新较慢的模拟类产品以及对线宽要求不高的部分数字类产品，宜采用4英寸～6英寸芯片生产设备进行加工，可节省项目投资，降低成本。
表12011年国际半导体技术蓝图
3.2.3 对于线宽在0.13μm及以上工艺的硅集成电路的研发和生产，宜采用8英寸芯片生产设备进行加工。
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3.2.3对于产量较大的模拟类产品和数字类严品，可采用8英寸芯片生产设备进行加工，可做到规模生产以降低成本。
3.2.4 对于线宽在20nm～90nm工艺及以下的硅集成电路的研发和生产，宜采用12英寸芯片生产设备进行加工。
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3.2.4对于主流存储器、微处理器以及逻辑电路等产品，由于产品的产量较大、技术更新快，通常采用最新的12英寸芯片生产设备进行加工，同时也能满足产品对与线宽的要求。
3.3 工艺布局
3.3 工艺布局
3.3.1 工艺布置应满足产品类型、规划和产能目标的要求。
3.3.2 工艺布局应根据生产工序分为包含光刻、刻蚀、清洗、 氧化／扩散、溅射、化学气相淀积、离子注入等工序在内的核心生产区，以及包括更衣、物料净化、测试等工序在内的生产支持区。
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3.3.1、3.3.2集成电路芯片工艺十分复杂，复杂电路的工艺步骤可高达500多步，一般可概分为前段工艺及后段工艺。硅片下线后，在其清洗过后的表面上，通过氧化或化学气相淀积的方法形成各种薄膜，经由光刻成型与刻蚀工艺形成各类图形，采用离子注入或扩散方法掺杂形成所需的电学特性，再通过溅射形成多重导线，如此多次循环重复，最终形成电路图形。
1清洗工艺。
清洗工艺主要用来去除金属杂质、有机物污染、微尘。一般情况下，使用高纯度的化学品来清洗，高纯度的去离子纯水来洗濯，最后在高纯度的气体环境下高速脱水甩干，或采用高挥发性的有机溶剂除湿干化。按照清洗方式的不同，一般可分为湿法化学法、物理洗净法和干法洗净法。
2氧化工艺。
氧化工艺由硅的氧化形成氧化层，作为性能良好的绝缘材料。一般可分为湿法氧化法和干法氧化法；而常见的氧化设备有水平式与直立式炉管。
3扩散工艺。
扩散工艺是指物质（气、固、液）中的原子或分子在高温状态下，因高温激化作用，由高浓度区域移至低浓度区域。
4化学气相淀积工艺。
化学气相淀积工艺利用气态的化学材料在硅片表面产生化学反应，并在硅片表面上淀积形成一层固体薄膜，如二氧化硅、各种硅玻璃、多晶硅、氮化硅、钨与硅化钨等。因反应压力的不同一般可分为：常压化学气相淀积法、低压化学气相淀积法（相关设备有批量加工形式的炉管，也有单一硅片加工形式的设备）、亚大气压化学气相淀积法、等离子体增强型化学气相淀积法、高密度等离子体增强型化学气相淀积法。
5离子注入工艺。
离子注入工艺是通过将选定的离子加速，射入硅片的特定区域而改变其电学特性的一种工艺。一般可以分为大电流型、低能型、中低电流型、高能型。
6溅射工艺。
溅射工艺通过靶材来提供镀膜的金属材料，利用其重力作用，使靶材产生的金属晶粒掉落至硅片表面，从而形成金属薄膜。
7刻蚀工艺。
刻蚀工艺用于将形成在硅片表面的薄膜，被全部或依照特定图形部分地去除至必要的厚度。一般可以分为湿法刻蚀和干法刻蚀。湿法刻蚀利用液体酸液或溶剂，将不要的薄膜去除。干法刻蚀利用带电粒子以及具有高度活性化学的中性原子和自由基的等离子体，将不要的薄膜去除。
8光刻工艺。
光刻工艺是掩膜板上的图形在感光材料光刻胶上成像的过程。流程一般分为气相成底膜、旋转涂胶、软烘、对准和曝光、曝光后烘焙、显影、坚膜烘焙等。曝光设备一般又可依波长之不同分为365nm的I-line、248nm的KrF深紫外线曝光设备，以及193nm的ArF深紫外线曝光设备和浸润式曝光设备。工艺相关设备需放置在黄光的区域。该区域需要有独立的回风，对洁净度亦有较高的需求，并装置去离子器，对温度、湿度、抗微振性能有最高的要求。
9化学机械研磨工艺。
化学机械研磨工艺是把芯片放在旋转的研磨垫上，施加一定的压力，用化学研磨液进行研磨的平坦化过程，以完成多层布线所需的平坦度要求。通常应用在8英寸及以上的芯片加工工艺中。
10检测。
透过微分析技术对材料以及工艺品质做鉴定和改善，可概分为在线检测及离线检测。
11硅片验收测试。
硅片验收测试是在工艺流程结束后对芯片做电性测量，用来检验各段工艺流程是否符合标准。
12中测。
中测的目的是将硅片中不良的芯片挑选出来，通常包含电压、电流、时序和功能的验证，所用到的设备有测试机、探针卡、探针台以及测试机与探针卡之间的接口等。
3.3.3 核心生产区的布局应围绕光刻工序为中心进行布置（图3.3.3），工艺布局应缩短硅片传送距离，并应避免硅片发生工序间交叉污染。
图3.3.3 硅集成电路芯片生产工艺流程
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3.3.3在芯片制造过程中，为了降低生产工序中发生的成本，必须设计出最合理的设备布局来缩短搬运的距离和时间，提高设备的利用率。一般会根据由工艺技术确定工艺流程。
通过对工艺流程的步骤分析，计算芯片在生产过程中传送各功能区域的频次，如图1范例工艺流程与芯片传送频次参数。
通过分析频次的数量，为了减少硅片传送距离，传送频次较高的区域建议相邻放置，如光刻区要靠近刻蚀区，刻蚀区要靠近去胶清洗区等。
图1工艺流程与芯片传送频次参数
前段工艺(FEOL)包括硅片下线，浅沟道隔离与有源区的形成，阱区离子注入，栅极形成，源漏极形成，硅化物形成。后段工艺(BEOL)包括器件与金属层间介电层形成，接触孔形成，多层金属层连接，金属层间介电层形成，铝压点保护层形成，硅片验收测试等。进入后段工艺的硅片应避免与前段工艺混用设备，以免金属离子等污染前段工艺中的硅片，造成电气性能异常。
3.3.4 4英寸～6英寸芯片核心生产区宜采用港湾式布局。
3.3.5 8英寸～12英寸芯片核心生产区宜采用微环境和标准机械接口系统，并宜采用大空间式布局。
▼ 展开条文说明
3.3.4、3.3.5集成电路芯片生产的布局如图2所示的演进趋势。
图2集成电路芯片产生的布局演进趋势
对于4英寸～6英寸芯片生产，由于通常采用片盒开敞式生产，操作区空气中的尘埃会直接影响硅片电路的电气性能，因此对于操作区的净化要求较高。为了节省运行费用，保证净化要求，通常采用壁板将操作区和低洁净度要求的设备区分开。
随着芯片加工尺寸向8英寸及12英寸发展，对于线宽的要求也越来越高，大面积高洁净度净化区的造价和运行成本越发昂贵，因此采用标准机械接口加微环境的生产方式成为8英寸及12英寸芯片生产方式的主流。在这种方式中，硅片放置在密闭的片盒中，在运输和加工过程中不会受到外界环境的污染，因此操作区可以采用较低的净化等级。同时8英寸及12英寸的生产辅助设备通常可以放置在生产区的下技术夹层中，以减少在生产区占用的面积，可以提高净化区的面积利用率，扩大单位面积的产能，因此在生产区中就没有采用隔墙将操作区和设备区隔开，同时可以提高设备布置的灵活性。
3.3.6 8英寸～12英寸芯片核心生产区宜将生产辅助设备布置在下技术夹层。
3.3.7 工艺设备的间隔应满足相邻设备的维修和操作需求。
3.3.8 操作人员走道的宽度应符合下列原则：
1 应满足设备正常操作的需要；
2 应满足人员通行和材料搬运的需要；
3 应满足材料暂存的需要。
3.3.9 生产厂房宜设置参观走道，并应避免影响生产的人流和物流路线以及应急疏散。
▼ 展开条文说明
3.3.9由于硅集成电路生产对环境要求很高，参观人员进入生产区参观会对环境及生产产生不利的影响，同时进入洁净区换鞋、更衣等步骤耗时较多，因此通常会在洁净生产区外设置参观走道，参观走道通常布置在厂房的一侧或环形布置。
3.3.10 8英寸～12英寸芯片生产宜根据生产规模设置自动物料处理系统（AMHS）。
▼ 展开条文说明
3.3.10对于早期的8英寸芯片工厂来说，大部分硅片传送、存储和分发是通过人工操作完成的。目前多数8英寸和12英寸芯片工厂设有自动物料处理系统(AMHS)，其优点在于有效利用洁净室空间、有效地管理生产中的芯片、有效地降低操作人员的负担，近而减少在传送硅片时的失误。在一些12英寸生产工厂，运输系统可延伸到不同的生产区域，借助吊挂传输系统（OHT），将芯片直接传递到设备端。今后自动物料处理系统中还要在提高生产速度、缩短生产周期和快速适应芯片制造环境变化等方面进行持续改善，在首次投片到成熟生产期间快速发展起来。同时适应和满足芯片工厂的各种需求。
在计算自动物料处理系统时，应考虑生产周期、生产线成品率、研发和生产工艺验证投片需求、机械手臂的处理能力等因素来决定储位数量和载送距离。
603'>《硅集成电路芯片工厂设计规范[附条文说明] 》GB 50809-201212环境安全卫生
12 环境安全卫生
12.0.1 硅集成电路芯片工厂应具有对环境、安全及卫生进行监控的设施。
▼ 展开条文说明
12.0.1硅集成电路行业发展十分迅速，特别在美国、日本、韩国、台湾等国家和地区，在硅集成电路芯片工厂的规模和技术上都处于领先地位，而且有数十年的经验，对于环境安全卫生方面的法律更加严格和完善。因此在设计中参考行业国际安全标准，可促进工厂运行过程中的保障措施更加完善。相关国际标准包括美国防火协会标准NFPA、国际半导体没备与材料协会标准SEMI、美国工厂联合保险协会标准FM等。
12.0.2 8英寸～12英寸硅集成电路芯片工厂宜设置健康中心，并应具备工伤急救及一般医疗、转诊及咨询的设施。
12.0.3 8英寸～12英寸硅集成电路芯片工厂宜在靠近生产区入口处设置专人全天职守的紧急应变中心（ERC），并应符合下列要求：
1 应制定紧急应变程序；
2 应设置防灾及生命安全监控系统；
3 应配备紧急应变器材。
▼ 展开条文说明
12.0.3紧急应变中心应同时兼具消防系统、气体侦测系统、广播系统、门禁系统、闭路电视系统等紧急应变相关系统的监视与操作功能，相关系统报警后在紧急应变同时应有声光报警显示；应配备完整的紧急应变设施，包括消防系统的应急手动操作设备、便携式气体浓度侦测设备、紧急应变救灾设备、医疗救助设备等；应有直接通向生产厂房及安全出口的通道；应有备用的第二紧急应变中心，且应与日常使用的紧急应变中心分别在不同的建筑物内设置。
本规范用词说明
本规范用词说明
1 为便于在执行本规范条文时区别对待，对要求严格程度不同的用词说明如下：
1）表示很严格，非这样做不可的：
正面词采用“必须”，反面词采用“严禁”；
2）表示严格，在正常情况下均应这样做的：
正面词采用“应”，反面词采用“不应”或“不得”；
3）表示允许稍有选择，在条件许可时首先应这样做的：
正面词采用“宜”，反面词采用“不宜”；
4）表示有选择，在一定条件下可以这样做的，采用“可”。
2 条文中指明应按其他有关标准执行的写法为：“应符合……的规定”或“应按……执行”。
引用标准名录
引用标准名录
《建筑设计防火规范》GB 50016
《采暖通风与空气调节设计规范》GB 50019
《供配电系统设计规范》GB 50052
《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》GB 50058
《洁净厂房设计规范》GB 50073
《工业企业噪声控制设计规范》GBJ 87
《火灾自动报警系统设计规范》GB 50116
《建筑内部装修设计防火规范》GB 50222
《建筑工程抗震设防分类标准》GB 50223
《电子工业洁净厂房设计规范》GB 50472
《电子工程防静电设计规范》GB 50611
《特种气体系统工程技术规范》GB 50646
《电子工厂化学品系统工程技术规范》GB 50781
《电磁屏蔽室屏蔽效能的测量方法》GB/T 12190
《工业企业厂界环境噪声排放标准》GB 12348
《锅炉大气污染物排放标准》GB 13271
《化学品分类和危险性公示 通则》GB 13690
《大气污染物综合排放标准》GB 16297
![有色金属冶炼工程建设项目设计文件编制标准[附条文说明]GB/T51023-2014 ... ...](/skin/ecms298/images/notimg.gif)
