La producción de dispositivos semiconductores incluye principalmente dispositivos discretos, circuitos integrados y sus procesos de encapsulado.
La producción de semiconductores se puede dividir en tres etapas: producción del material del cuerpo del producto, producción del productoobleafabricación y ensamblaje de dispositivos. Entre ellos, la etapa de fabricación de obleas del producto es la que genera mayor contaminación.
Los contaminantes se dividen principalmente en aguas residuales, gases residuales y residuos sólidos.
Proceso de fabricación de chips:
oblea de silicioDespués del pulido externo - limpieza - oxidación - fotorresina uniforme - fotolitografía - revelado - grabado - difusión, implantación iónica - deposición química de vapor - pulido químico-mecánico - metalización, etc.
aguas residuales
En cada etapa del proceso de fabricación y prueba de empaquetado de semiconductores se genera una gran cantidad de aguas residuales, principalmente aguas residuales ácido-base, aguas residuales que contienen amoníaco y aguas residuales orgánicas.
1. Aguas residuales que contienen flúor:
El ácido fluorhídrico se convierte en el principal disolvente utilizado en los procesos de oxidación y grabado debido a sus propiedades oxidantes y corrosivas. Las aguas residuales que contienen flúor en el proceso provienen principalmente del proceso de difusión y del proceso de pulido químico-mecánico en la fabricación de chips. En el proceso de limpieza de obleas de silicio y utensilios relacionados, también se utiliza ácido clorhídrico con frecuencia. Todos estos procesos se completan en tanques de grabado o equipos de limpieza específicos, por lo que las aguas residuales que contienen flúor pueden descargarse de forma independiente. Según la concentración, se pueden dividir en aguas residuales con alta concentración de flúor y aguas residuales con baja concentración de amoníaco. Generalmente, la concentración de aguas residuales con alta concentración de amoníaco puede alcanzar los 100-1200 mg/L. La mayoría de las empresas reciclan esta parte de las aguas residuales para procesos que no requieren una alta calidad del agua.
2. Aguas residuales ácido-base:
Casi todos los procesos de fabricación de circuitos integrados requieren la limpieza del chip. Actualmente, el ácido sulfúrico y el peróxido de hidrógeno son los fluidos de limpieza más utilizados. Asimismo, se emplean reactivos ácido-base como el ácido nítrico, el ácido clorhídrico y el agua amoniacal.
Las aguas residuales ácido-base del proceso de fabricación provienen principalmente del proceso de limpieza en la fabricación de chips. En el proceso de empaquetado, el chip se trata con una solución ácido-base durante la galvanoplastia y el análisis químico. Tras el tratamiento, se lava con agua pura, generando aguas residuales de lavado ácido-base. Además, en la planta de agua pura se utilizan reactivos ácido-base como el hidróxido de sodio y el ácido clorhídrico para regenerar resinas aniónicas y catiónicas, produciendo aguas residuales de regeneración ácido-base. También se generan aguas residuales de lavado durante el proceso de lavado de gases residuales ácido-base. En las empresas de fabricación de circuitos integrados, la cantidad de aguas residuales ácido-base es particularmente elevada.
3. Aguas residuales orgánicas:
Debido a los diferentes procesos de producción, la cantidad de disolventes orgánicos utilizados en la industria de semiconductores varía considerablemente. Sin embargo, como agentes de limpieza, los disolventes orgánicos siguen utilizándose ampliamente en diversas etapas de la fabricación de envases. Algunos de estos disolventes terminan en las aguas residuales orgánicas.
4. Otras aguas residuales:
El proceso de grabado en la producción de semiconductores utiliza una gran cantidad de amoníaco, flúor y agua de alta pureza para la descontaminación, generando así una descarga de aguas residuales con alta concentración de amoníaco.
El proceso de galvanoplastia es necesario en el empaquetado de semiconductores. Tras la galvanoplastia, el chip debe limpiarse, lo que genera aguas residuales. Dado que en la galvanoplastia se utilizan metales como plomo, estaño, zinc y aluminio, estas aguas residuales contienen iones metálicos.
Gas residual
Dado que el proceso de fabricación de semiconductores exige una limpieza extrema en la sala de operaciones, se suelen utilizar ventiladores para extraer los diversos gases residuales que se volatilizan durante el proceso. Por lo tanto, las emisiones de gases residuales en la industria de semiconductores se caracterizan por un gran volumen de extracción y una baja concentración de emisiones. Además, la mayoría de los gases residuales se volatilizan.
Estas emisiones de gases residuales se pueden dividir principalmente en cuatro categorías: gases ácidos, gases alcalinos, gases residuales orgánicos y gases tóxicos.
1. Gas residual ácido-base:
Los gases residuales ácidos y básicos provienen principalmente de la difusión,Enfermedad cardiovascular, procesos de CMP y grabado, que utilizan una solución de limpieza ácido-base para limpiar la oblea.
Actualmente, el disolvente de limpieza más utilizado en el proceso de fabricación de semiconductores es una mezcla de peróxido de hidrógeno y ácido sulfúrico.
Los gases residuales generados en estos procesos incluyen gases ácidos como ácido sulfúrico, ácido fluorhídrico, ácido clorhídrico, ácido nítrico y ácido fosfórico, y el gas alcalino es principalmente amoníaco.
2. Gases residuales orgánicos:
Los gases residuales orgánicos provienen principalmente de procesos como la fotolitografía, el revelado, el grabado y la difusión. En estos procesos, se utiliza una solución orgánica (como el alcohol isopropílico) para limpiar la superficie de la oblea, y el gas residual generado por la volatilización es una de las fuentes de gases residuales orgánicos;
Al mismo tiempo, la fotorresina utilizada en el proceso de fotolitografía y grabado contiene disolventes orgánicos volátiles, como el acetato de butilo, que se volatiliza en la atmósfera durante el proceso de procesamiento de la oblea, lo que constituye otra fuente de gases residuales orgánicos.
3. Gases residuales tóxicos:
Los gases residuales tóxicos provienen principalmente de procesos como la epitaxia de cristales, el grabado en seco y la deposición química de vapor (CVD). En estos procesos, se utilizan diversos gases especiales de alta pureza para procesar la oblea, como silicio (SiHj), fósforo (PH3), tetracloruro de carbono (CFJ), borano, trióxido de boro, etc. Algunos de estos gases son tóxicos, asfixiantes y corrosivos.
Al mismo tiempo, en el proceso de grabado en seco y limpieza posterior a la deposición química en fase vapor en la fabricación de semiconductores, se requiere una gran cantidad de gases perfluorados (PFCS), como NFS, C2F&CR, C3FS, CHF3, SF6, etc. Estos compuestos perfluorados presentan una fuerte absorción en la región de la luz infrarroja y permanecen en la atmósfera durante mucho tiempo. Generalmente se consideran la principal fuente del efecto invernadero global.
4. Gas residual del proceso de envasado:
En comparación con el proceso de fabricación de semiconductores, el gas residual generado por el proceso de encapsulado de semiconductores es relativamente simple y se compone principalmente de gas ácido, resina epoxi y polvo.
Los gases residuales ácidos se generan principalmente en procesos como la galvanoplastia;
Los gases residuales del horneado se generan durante el proceso de horneado, después del pegado y sellado del producto;
La máquina de corte genera gases residuales que contienen trazas de polvo de silicio durante el proceso de corte de las obleas.
Problemas de contaminación ambiental
En lo que respecta a los problemas de contaminación ambiental en la industria de los semiconductores, los principales problemas que deben resolverse son:
• Emisión a gran escala de contaminantes atmosféricos y compuestos orgánicos volátiles (COV) en el proceso de fotolitografía;
• Emisión de compuestos perfluorados (PFCS) en procesos de grabado por plasma y deposición química en fase vapor;
• Gran consumo de energía y agua en la producción y en la protección de la seguridad de los trabajadores;
• Reciclaje y control de la contaminación generada por los subproductos;
• Problemas derivados del uso de productos químicos peligrosos en los procesos de envasado.
Producción limpia
La tecnología de producción limpia de dispositivos semiconductores puede mejorarse desde los aspectos de materias primas, procesos y control de procesos.
Mejorar las materias primas y la energía.
En primer lugar, la pureza de los materiales debe controlarse estrictamente para reducir la introducción de impurezas y partículas.
En segundo lugar, antes de que los componentes o productos semiacabados que llegan a la planta de producción, se deben realizar diversas pruebas de temperatura, detección de fugas, vibración, descargas eléctricas de alto voltaje y otras.
Además, la pureza de los materiales auxiliares debe controlarse rigurosamente. Existen numerosas tecnologías que pueden utilizarse para la producción de energía limpia.
Optimizar el proceso de producción
La propia industria de los semiconductores se esfuerza por reducir su impacto en el medio ambiente mediante mejoras en la tecnología de sus procesos.
Por ejemplo, en la década de 1970, los disolventes orgánicos se utilizaban principalmente para limpiar las obleas en la tecnología de limpieza de circuitos integrados. En la década de 1980, se emplearon soluciones ácidas y alcalinas, como el ácido sulfúrico, para limpiar las obleas. Hasta la década de 1990, se desarrolló la tecnología de limpieza con oxígeno por plasma.
En lo que respecta al embalaje, la mayoría de las empresas utilizan actualmente la tecnología de galvanoplastia, lo que provoca una fuerte contaminación ambiental por metales pesados.
Sin embargo, las plantas de envasado en Shanghái ya no utilizan tecnología de galvanoplastia, por lo que no hay impacto ambiental de metales pesados. Se observa que la industria de semiconductores está reduciendo gradualmente su impacto ambiental mediante mejoras en los procesos y la sustitución de productos químicos en su propio desarrollo, lo que también se alinea con la tendencia global actual de promover el diseño de procesos y productos con criterios ambientales.
Actualmente se están llevando a cabo más mejoras en los procesos locales, entre las que se incluyen:
·Sustitución y reducción del gas PFCS totalmente amoniacal, como por ejemplo el uso de gas PFC con bajo efecto invernadero para sustituir el gas con alto efecto invernadero, como por ejemplo la mejora del flujo del proceso y la reducción de la cantidad de gas PFCS utilizado en el proceso;
• Mejorar la limpieza de múltiples obleas, transformándola en limpieza de una sola oblea, para reducir la cantidad de agentes químicos de limpieza utilizados en el proceso.
·Control estricto del proceso:
a. Lograr la automatización del proceso de fabricación, lo que permite un procesamiento preciso y la producción por lotes, y reduce la alta tasa de errores de la operación manual;
b. Factores ambientales del proceso ultra limpio, alrededor del 5% o menos de la pérdida de rendimiento es causada por las personas y el medio ambiente. Los factores ambientales del proceso ultra limpio incluyen principalmente la limpieza del aire, agua de alta pureza, aire comprimido, CO2, N2, temperatura, humedad, etc. El nivel de limpieza de un taller limpio a menudo se mide por el número máximo de partículas permitidas por unidad de volumen de aire, es decir, la concentración de recuento de partículas;
c. Reforzar la detección y seleccionar puntos clave apropiados para la detección en estaciones de trabajo con grandes cantidades de residuos durante el proceso de producción.
¡Invitamos a clientes de todo el mundo a visitarnos para conversar más a fondo!
https://www.vet-china.com/
https://www.facebook.com/people/Ningbo-Miami-Advanced-Material-Technology-Co-Ltd/100085673110923/
https://www.linkedin.com/company/100890232/admin/page-posts/published/
https://www.youtube.com/@user-oo9nl2qp6j
Fecha de publicación: 13 de agosto de 2024