De productie van halfgeleidercomponenten omvat hoofdzakelijk discrete componenten, geïntegreerde schakelingen en de bijbehorende verpakkingsprocessen.
De productie van halfgeleiders kan worden onderverdeeld in drie fasen: de productie van het materiaal voor de productbehuizing, de productie van het eindproduct.wafeltjeproductie en assemblage van apparaten. De meest ernstige vervuiling vindt plaats tijdens de productie van wafers.
Verontreinigende stoffen worden hoofdzakelijk onderverdeeld in afvalwater, afvalgassen en vast afval.
Chipfabricageproces:
Siliciumwafelna extern slijpen - reinigen - oxidatie - uniforme resistlaag - fotolithografie - ontwikkeling - etsen - diffusie, ionenimplantatie - chemische dampafzetting - chemisch-mechanisch polijsten - metallisatie, enz.
Afvalwater
Bij elke processtap in de productie en verpakking van halfgeleiders wordt een grote hoeveelheid afvalwater gegenereerd, voornamelijk zuur-base-afvalwater, ammoniakhoudend afvalwater en organisch afvalwater.
1. Fluorhoudend afvalwater:
Fluorwaterstofzuur is vanwege zijn oxiderende en corrosieve eigenschappen het belangrijkste oplosmiddel dat wordt gebruikt in oxidatie- en etprocessen. Fluorhoudend afvalwater is voornamelijk afkomstig van het diffusieproces en het chemisch-mechanisch polijstproces in de chipfabricage. Ook bij het reinigen van siliciumwafers en aanverwante apparatuur wordt vaak zoutzuur gebruikt. Al deze processen vinden plaats in speciale etstanks of reinigingsapparatuur, waardoor fluorhoudend afvalwater onafhankelijk kan worden afgevoerd. Afhankelijk van de concentratie kan het worden onderverdeeld in afvalwater met een hoge fluorconcentratie en afvalwater met een lage ammoniakconcentratie. Over het algemeen kan de concentratie van afvalwater met een hoge ammoniakconcentratie oplopen tot 100-1200 mg/L. De meeste bedrijven recyclen dit deel van het afvalwater voor processen die geen hoge waterkwaliteit vereisen.
2. Zuur-base afvalwater:
Bijna elk proces in de productie van geïntegreerde schakelingen vereist dat de chip wordt gereinigd. Momenteel zijn zwavelzuur en waterstofperoxide de meest gebruikte reinigingsvloeistoffen in de productie van geïntegreerde schakelingen. Daarnaast worden ook zuur-base reagentia zoals salpeterzuur, zoutzuur en ammoniakwater gebruikt.
Het zuur-base afvalwater van het productieproces is voornamelijk afkomstig van het reinigingsproces tijdens de chipfabricage. Tijdens het verpakken wordt de chip behandeld met een zuur-base oplossing gedurende het galvaniseren en de chemische analyse. Na deze behandeling moet de chip worden gewassen met zuiver water, wat zuur-base waswater oplevert. Daarnaast worden in de zuiverwaterinstallatie ook zuur-base reagentia zoals natriumhydroxide en zoutzuur gebruikt om anion- en kationharsen te regenereren, wat zuur-base regeneratiewater oplevert. Ook wordt er tijdens het wassen van zuur-base afvalgassen afvalwater geproduceerd. Bij fabrikanten van geïntegreerde schakelingen is de hoeveelheid zuur-base afvalwater bijzonder groot.
3. Organisch afvalwater:
Vanwege de verschillende productieprocessen varieert de hoeveelheid organische oplosmiddelen die in de halfgeleiderindustrie wordt gebruikt aanzienlijk. Organische oplosmiddelen worden echter nog steeds veelvuldig gebruikt als reinigingsmiddel in diverse fasen van de verpakkingsproductie. Sommige oplosmiddelen komen uiteindelijk als organisch afvalwater terecht.
4. Overig afvalwater:
Het etsproces in de halfgeleiderproductie vereist een grote hoeveelheid ammoniak, fluor en zeer zuiver water voor decontaminatie, waardoor afvalwater met een hoge ammoniakconcentratie wordt geloosd.
Het galvaniseerproces is noodzakelijk bij de productie van halfgeleiders. Na het galvaniseren moet de chip worden gereinigd, waarbij afvalwater vrijkomt. Omdat er metalen worden gebruikt bij het galvaniseren, kunnen er metaalionen in het afvalwater terechtkomen, zoals lood, tin, zink, aluminium, enzovoort.
Afvalgas
Omdat het halfgeleiderproces extreem hoge eisen stelt aan de reinheid van de werkruimte, worden er doorgaans ventilatoren gebruikt om de verschillende soorten afvalgassen die tijdens het proces vrijkomen af te voeren. De afvalgasemissies in de halfgeleiderindustrie worden daarom gekenmerkt door een groot uitlaatvolume en een lage emissieconcentratie. De afvalgassen bestaan bovendien voornamelijk uit vluchtige stoffen.
Deze afvalgasemissies kunnen hoofdzakelijk in vier categorieën worden verdeeld: zure gassen, alkalische gassen, organische afvalgassen en giftige gassen.
1. Zuur-base afvalgas:
Zuur-base afvalgas is voornamelijk afkomstig van diffusie.Hart- en vaatziekten, CMP- en etsprocessen, waarbij een zuur-base reinigingsoplossing wordt gebruikt om de wafer te reinigen.
Momenteel is het meest gebruikte reinigingsmiddel in het halfgeleiderproductieproces een mengsel van waterstofperoxide en zwavelzuur.
Het afvalgas dat bij deze processen ontstaat, omvat zure gassen zoals zwavelzuur, fluorwaterstofzuur, zoutzuur, salpeterzuur en fosforzuur, en het alkalische gas is voornamelijk ammoniak.
2. Organisch afvalgas:
Organisch afvalgas is voornamelijk afkomstig van processen zoals fotolithografie, ontwikkeling, etsen en diffusie. Bij deze processen wordt een organische oplossing (zoals isopropylalcohol) gebruikt om het oppervlak van de wafer te reinigen, en het afvalgas dat door verdamping ontstaat, is een van de bronnen van organisch afvalgas.
Tegelijkertijd bevat de fotolak die gebruikt wordt bij fotolithografie en etsen vluchtige organische oplosmiddelen, zoals butylacetaat, die tijdens het waferverwerkingsproces in de atmosfeer verdampen en zo een andere bron van organische afvalgassen vormen.
3. Giftig afvalgas:
Giftige afvalgassen zijn voornamelijk afkomstig van processen zoals kristalepitaxie, droogetsen en CVD. Bij deze processen worden diverse zeer zuivere speciale gassen gebruikt voor de verwerking van de wafer, zoals silicium (SiHj), fosfor (PH3), tetrachloorkoolstof (CFJ), boraan, boortrioxide, enzovoort. Sommige van deze speciale gassen zijn giftig, verstikkend en corrosief.
Tegelijkertijd is er bij het droogetsen en reinigen na chemische dampafzetting in de halfgeleiderproductie een grote hoeveelheid perfluorverbindingen (PFCS) nodig, zoals NFS, C2F&CR, C3FS, CHF3, SF6, enz. Deze perfluorverbindingen absorberen sterk in het infraroodgebied en blijven lang in de atmosfeer aanwezig. Ze worden over het algemeen beschouwd als de belangrijkste bron van het wereldwijde broeikaseffect.
4. Afvalgas van het verpakkingsproces:
Vergeleken met het productieproces van halfgeleiders is het afvalgas dat vrijkomt bij het verpakken van halfgeleiders relatief eenvoudig: het bestaat voornamelijk uit zure gassen, epoxyhars en stof.
Zure afvalgassen ontstaan voornamelijk bij processen zoals galvaniseren;
Bakgas ontstaat tijdens het bakproces na het plakken en sealen van het product;
De dicingmachine produceert afvalgas dat sporen van siliciumstof bevat tijdens het snijden van de wafers.
Milieuvervuilingsproblemen
Wat betreft de milieuvervuilingsproblemen in de halfgeleiderindustrie, moeten de volgende hoofdpunten worden aangepakt:
• Grootschalige uitstoot van luchtverontreinigende stoffen en vluchtige organische verbindingen (VOC's) tijdens het fotolithografieproces;
• Emissie van perfluorverbindingen (PFCS) bij plasma-etsen en chemische dampafzettingsprocessen;
• Grootschalig energie- en waterverbruik bij de productie en de bescherming van de veiligheid van werknemers;
• Recycling en monitoring van de vervuiling van bijproducten;
• Problemen met het gebruik van gevaarlijke chemicaliën in verpakkingsprocessen.
Schone productie
De schone productietechnologie voor halfgeleiders kan worden verbeterd op het gebied van grondstoffen, processen en procesbeheersing.
Verbetering van grondstoffen en energie
Ten eerste moet de zuiverheid van de materialen strikt gecontroleerd worden om de introductie van onzuiverheden en deeltjes te verminderen.
Ten tweede moeten er diverse temperatuur-, lekdetectie-, trillings-, hoogspannings- en elektrische schoktests worden uitgevoerd op de binnenkomende componenten of halffabrikaten voordat ze in productie worden genomen.
Bovendien moet de zuiverheid van de hulpstoffen strikt gecontroleerd worden. Er zijn relatief veel technologieën die gebruikt kunnen worden voor schone energieproductie.
Optimaliseer het productieproces
De halfgeleiderindustrie zelf streeft ernaar haar impact op het milieu te verminderen door middel van verbeteringen in de procestechnologie.
In de jaren zeventig werden bijvoorbeeld voornamelijk organische oplosmiddelen gebruikt voor het reinigen van wafers in de geïntegreerde schakelingreinigingstechnologie. In de jaren tachtig werden zure en alkalische oplossingen zoals zwavelzuur gebruikt voor het reinigen van wafers. Pas in de jaren negentig werd de plasma-zuurstofreinigingstechnologie ontwikkeld.
Wat verpakkingen betreft, maken de meeste bedrijven momenteel gebruik van galvaniseertechnologie, wat zal leiden tot vervuiling van het milieu met zware metalen.
Verpakkingsfabrieken in Shanghai maken echter geen gebruik meer van galvaniseertechnologie, waardoor er geen impact van zware metalen op het milieu is. Hieruit blijkt dat de halfgeleiderindustrie haar impact op het milieu geleidelijk vermindert door procesverbeteringen en chemische vervanging in haar eigen ontwikkelingsproces. Dit sluit aan bij de huidige wereldwijde trend om proces- en productontwerp te bevorderen op basis van het milieu.
Momenteel worden er meer lokale procesverbeteringen doorgevoerd, waaronder:
• Vervanging en vermindering van ammoniumhoudend PFCS-gas, bijvoorbeeld door PFCS-gas met een laag broeikasgaseffect te gebruiken ter vervanging van gas met een hoog broeikasgaseffect, zoals het verbeteren van de processtroom en het verminderen van de hoeveelheid PFCS-gas die in het proces wordt gebruikt;
• Verbetering van de reiniging van meerdere wafers naar reiniging van individuele wafers om de hoeveelheid chemische reinigingsmiddelen die in het reinigingsproces worden gebruikt te verminderen.
• Strikte procesbeheersing:
a. Automatisering van het productieproces realiseren, waardoor nauwkeurige verwerking en serieproductie mogelijk worden en het hoge foutenpercentage van handmatige handelingen wordt verlaagd;
b. Ultraschone procesomgevingsfactoren: ongeveer 5% of minder van het opbrengstverlies wordt veroorzaakt door mens en milieu. Ultraschone procesomgevingsfactoren omvatten hoofdzakelijk luchtzuiverheid, zeer zuiver water, perslucht, CO2, N2, temperatuur, luchtvochtigheid, enz. Het reinheidsniveau van een schone werkplaats wordt vaak gemeten aan de hand van het maximaal toegestane aantal deeltjes per volume-eenheid lucht, oftewel de deeltjesconcentratie.
c. Verbeter de detectie en selecteer geschikte detectiepunten op werkplekken met grote hoeveelheden afval tijdens het productieproces.
Wij verwelkomen klanten van over de hele wereld om ons te bezoeken voor een verder gesprek!
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
Geplaatst op: 13 augustus 2024