禁止化妆、不用LED灯：晶圆厂的隐形良率杀手

这段时间看到了太多的 Intel 的负面新闻，没想到曾经高不可攀的芯片巨头竟然要裁员15000 人。我顿时不由自主地想起了很多年前遇到的一位 Intel 负责人，她是不是也被裁员了呢？

为什么对她的记忆如此深刻，因为我以前遇到的厂商担当都是男性，而她却是唯一的女性，而且她和普通日本职业女性不一样，她从不化妆。这也许有她自身的一部分原因，但在这个化妆“邪术”盛行的时代里，不化妆的女性确实引人注目。

后来入职不久的我参加了培训，才知道在半导体晶圆制造厂，有一条不成文的规定，即在 Fab 里工作的女性是不允许化妆的。为什么会有如此一条让人匪夷所思的规矩？这就要从半导体厂里的晶圆的弱点说起。

晶圆是什么？晶圆一般是指制作硅半导体电路所用的硅晶片，尺寸一般有 6 英寸、8 英寸和 12 英寸。在前段工序中，晶圆可谓是十分的脆弱。究竟有多脆弱？首先它怕灰尘，因为碎屑会导致晶圆上的电路短路、断路或其他物理缺陷；它还怕过大的振动，因为会导致薄膜剥落、晶片破裂、晶片特性也会变化；它还怕温度湿度的变化，因为这会抑制天然氧化膜的成膜和蚀刻，导致压力波动或者静电产生；此外，它还怕各种酸或者碱，因为这会导致异常成膜或成膜抑制、蚀刻抑制；

最后还有一种，也就是本文要叙述的各种有机物和无机物，因为一些有机物和无机物会造成晶圆的异常成膜、成膜抑制、蚀刻抑制或者晶圆电路的污染。那么，晶圆厂内女性员工使用化妆品会影响晶圆的品质吗？答案是肯定的。

一个很偶然的机会，我参加过的一次半导体讲座，在那次讲座里讲师举了一个生动的例子。

日本东北有一家比较著名的半导体制造厂商。他们的 PE 发现他们的产品良率有一些问题。这个问题非常有趣，也有一定的特殊性，因为他们发现在某些日子里才会出现良率不高的情况。后来经过 PE 孜孜不倦地调查，他们最终发现，只有在一位特定的女性参与生产的日子里，晶圆的良品率会变得不高。后来 PE 们默默地对这名特定女性进行详细地调查，发现她和其余同事相比，没有任何不当操作。这也让他们百思不得其解。最终他们决定通过排除法来找问题。

首先，他们决定不让这名女性参与生产，结果发现该 LOT 的良率得到了明显的提升。其中有一位 PE 甚至片面地误以为是性别因素导致，后来遭到了这名女性对这名 PE 的性别歧视控诉。

随后，一位心思缜密的 PE 做了一次“鱼骨分析”法，排除了种种可能，最后把重点放在了该女性的妆容上。他们决定让这名女性在第二天以素颜状态进行生产，良品率竟然得到了质的改善。于是乎，他们经过几次测试，发现了造成良品率不高的罪魁祸首竟然是该女性员工使用的化妆品。

勤劳的 PE 们又对化妆品进行了严格细致的调查，发现是化妆品中有一种物质，叫硅氧烷，它在半导体生产过程中，会改变半导体的特性。至此之后在半导体制造工厂工作就有了“禁止化妆”这条不成文的规定。这个原本在半导体行业“默默无名”的化合物就上了半导体厂的黑名单。

硅氧烷，英文叫“Siloxane”，日文叫シロキサン。在化妆品这个行业中，加入硅氧烷材料的化妆品易于涂抹，在皮肤表面能形成保护膜，防止水分流失，使皮肤更丝滑柔软，看起来吹弹可破。所以它广泛运用在保湿霜、粉底液、护发产品等产品中。这与它半导体行业的声名狼藉完完全全相反。

那么硅氧烷到底对晶圆有什么危害呢？下面稍微分析一下：

首先，硅氧烷会影响晶圆表面质量。硅氧烷的分子结构中有机部分的挥发性较强，容易释放出微小颗粒，这会形成颗粒污染。这些令半导体生厌的微小颗粒会顽固地附着在晶圆光滑的表面，给晶圆制造带来不小的麻烦。

晶圆制造中的光刻工艺对晶圆表面清洁度有着极高要求。硅氧烷会在晶圆表面形成有机膜，导致光刻胶的附着力下降，这些有机物会阻挡光线或刻蚀物质，进而引起光刻图形失真，出现缺陷甚至失败。此外，硅氧烷残留物会在曝光或显影过程中与其发生化学品反应，形成难以去除的缺陷。这些都严重影响晶圆的制造的良率。

而且这些微小颗粒并不是我们想象中的圆润的药丸形状，大部分硅氧烷颗粒都是不规则体，不仅有尖锐的棱角甚至还具有一定的硬度，它们会毫不客气地给平整的晶圆表面带来预想不到的划痕。这些划痕会让晶圆在后续的工艺制造过程中更容易出现缺陷，进一步影响到芯片的性能和可靠性。

其次是干扰化学和物理工艺。在 CVD 过程中，硅氧烷可能会与反应气体发生相互作用，干扰正常的化学反应。譬如硅氧烷可能会吸附在反应气体分子上，阻止反应气体与晶圆表面充分接触，从而影响薄膜的沉积速率和质量。这将导致沉积的薄膜不均匀、厚度不符合要求，极大地影响芯片的性能。

硅氧烷还可阻碍刻蚀工艺。硅氧烷可能会在晶圆表面形成一层保护膜，阻止刻蚀剂对晶圆的腐蚀。导致刻蚀不均匀，无法形成所需的电路图案，甚至形成刻蚀缺陷。而且硅氧烷自身也有可能与刻蚀剂发生反应，生成一些不需要的副产物，这些副产物也许会残留在晶圆表面，影响后续的工艺制造。最终这些缺陷会直接影响到器件的性能和良率。

也许有的人说仔仔细细地清洗晶圆不就行了！其实硅氧烷还能影响清洗效果。硅氧烷这令人生厌的东西竟然具有一定的疏水性，这种物理特性使它很难被超纯水或其他清洗液彻底清洗掉。尤其是在高温环境下，硅氧烷会分解并形成稳定的有机残留物。这些残留物会粘附着在晶圆表面，造成不可逆转的永久性损伤。而残留的硅氧烷会继续对晶圆的性能产生不良影响，继而在后续的工艺过程中引发更多不可预料的连锁反应。

再次，硅氧烷会极大地影响晶圆的电学性能，这会产生漏电现象。若硅氧烷残留在晶圆表面或直接渗透进晶圆内部，有很大的可能性会改变此晶圆的电学特性，使晶圆或者半导体芯片最大的优势性能——绝缘性能下降。这会让芯片在工作时出现漏电现象，导致设备故障，数据丢失。甚至还会让设备产生安全隐患，引起设备过热、起火甚至爆炸，对人员和环境造成危险。

硅氧烷还能直接影响到晶体管的性能。这其中涉及到晶体管的阈值电压、载流子迁移率等参数，使晶体管的开/关（on/off） 切换速度变慢、电流放大倍数降低等，从而影响到芯片的运算速度及处理能力。

那么在晶圆制作中我们如何预防硅氧烷呢？

第一是控制空气质量，避免有机硅物质通过空气传播。第二在制造过程中尽量减少或避免使用含硅氧烷的材料。第三采用专门设计的清洗流程，确保硅氧烷污染物能被彻底清除。

现在我们回到本文中的主题：尽量减少或避免使用含硅氧烷的材料。这其中的一个最大的因素就是员工需要素颜状态进入半导体制造工厂，这也是本文所论述的半导体制造工厂不允许女性化妆的原因。

那么除了化妆品以外，那么硅氧烷还存在什么产品中？

首先让我们看一看硅树脂的构造：

现在是不是有点明白了，只要你使用有机硅树脂，就会散发出 outgas，产生意想不到的副产品硅氧烷。

那么有机硅树脂有什么特点，应用在什么方面呢？

有机硅树脂的主链由无机骨架中的硅氧烷键（-Si-O-Si-）构成，侧链则带有甲基和苯基等有机基团，因此被称为兼具无机材料和有机材料特性的混合材料。硅树脂具有耐热性、耐寒性、耐候性、电性能、防水性和脱模性等多种优良性能。

所以硅树脂具有其他塑料材料所不具备的独特特性，如消泡性、脱模性、憎水性、高压缩性、高气体渗透性、良好的耐寒性以及各种性能对温度的依赖性小。

硅树脂主要用途在耐热密封材料、室外不易燃涂料、LED、脱模剂等应用。

有没有看到一个熟悉的名词。对！就是 LED。半导体工厂有白光区和黄光区（有的甚至还有红光区）。无论是哪一种区域，都需要照明。而有机硅树脂具有出色的耐热性和耐光性，因此被大量应用在 LED 的封装、硅树脂透镜、散热材料或反射板上。所以可以这么说，有 LED 照明的地方就有硅氧烷的存在。

是不是大家有疑问，那么半导体工厂不是到处都有硅氧烷的存在吗？

让我们看看日本 LED 著名厂家 Pansonic ，里面有照明器具的介绍。^[1]最下面有一行很不起眼的小字：

直管 LED ランプにはシリコンが使用されています。シロキサン化合物の影響を受けるような場所（例えば、半導体や液晶などの製品を扱うクリーンルーム）で使用する場合には、事前に確認してください。

我们直接翻译过来就是：“硅树脂用于直管型 LED 灯。如果在可能受到硅氧烷化合物影响的场所（例如处理半导体、液晶等产品的无尘室）使用本产品，请事先确认。”

懂了没，这算是有良心的厂家，给你很亲切地用不起眼的小字旁敲侧击写出来，LED 照明灯具对半导体洁净生产车间有一些不良的影响。当然市面上大部分照明厂家，只要你不质问，他是死也不说他的产品会散发出人神共愤的硅氧烷。这也是迄今为止很多半导体厂家的照明还采用老式的荧光灯照明的原因。其实并不是这些厂家不想换不想节电，而是有硅氧烷这个讨厌的东西存在。

那么半导体工厂不能用 LED 照明了吗？当然不是，很多照明厂家做出了不少的努力，比如提高照明器具的气密性。在照明周边和内部的填料确保了设备腔体的气密性。虽然腔体内有少量的硅氧烷，但是通过密封填料保证这些讨厌的副产物不会散发出来。

除了 LED，半导体厂还能有什么设备可能散发出硅氧烷呢？当然有，而且很多。

比如说建筑材料用的密封胶，大部分产品都含有硅氧烷。正因如此，用于洁净室建筑物或者洁净室各项设备中的密封胶也有相当严格的规定。

比如日本信越的一款密封胶，叫做 Shin-Etsu Pure Sealant，产品里明确有介绍道此产品能最大限度地减少低分子量硅氧烷的挥发，还能显著减少有机化合物的挥发。此公司强烈推荐用户使用他们的产品。

还有一个厂家，叫做日本东丽（TORAY）。他们有一款 CORNINGSE9185 的密封胶，主要成分是单组分室温固化硅酮粘合剂，是一款还原型低分子量硅氧烷产品。还有一款CORNINGSE5088，主要成分是单组分醇基洁净室硅酮密封胶。产品 sds 有说明此产品含有的低分子硅氧烷在 24ppm 以下。因此该公司也强烈推荐此密封胶用于洁净室。

那有没有完全不含有硅氧烷的密封胶？当然有！瑞士西卡有一款产品叫做 Sikaflex SCR，成分为单组分聚氨酯弹性粘合剂和密封剂，产品介绍中说此产品完全不含硅氧烷。不过此产品还是或多或少会产生一点 outgas。这些极少量的分子（到底是什么，介绍中没有说明）会附着在硅晶片和 LCD 基底。

至于这些密封胶产品孰强孰劣，那么就要看客户的使用效果反馈了。

参考链接：[1]https://www2.panasonic.biz/jp/catalog/lighting/products/detail/shouhin.php?at=led&id=S00101967

本文来自微信公众号：芯智讯，作者：alexander（某日系半导体设备厂商资深从业人员），编辑：浪客剑