Производство полупроводниковых приборов в основном включает дискретные устройства, интегральные схемы и процессы их упаковки.
Производство полупроводников можно разделить на три этапа: производство материала для корпуса изделия, производство готового изделия.вафляпроизводство и сборка устройств. Среди них наиболее серьезное загрязнение окружающей среды наблюдается на этапе производства кремниевых пластин.
Загрязняющие вещества в основном делятся на сточные воды, отходящие газы и твердые отходы.
Процесс производства микросхем:
Кремниевая пластинапосле внешней шлифовки - очистка - окисление - равномерный резист - фотолитография - проявление - травление - диффузия, ионная имплантация - химическое осаждение из паровой фазы - химико-механическая полировка - металлизация и т. д.
Сточные воды
На каждом этапе производства и тестирования полупроводниковых компонентов образуется большое количество сточных вод, в основном кислотно-щелочных, аммиакосодержащих и органических.
1. Сточные воды, содержащие фтор:
Фтороводородная кислота становится основным растворителем, используемым в процессах окисления и травления, благодаря своим окислительным и коррозионным свойствам. Фторсодержащие сточные воды в этом процессе в основном образуются в результате процессов диффузии и химико-механической полировки при производстве микросхем. Соляная кислота также многократно используется в процессе очистки кремниевых пластин и сопутствующего оборудования. Все эти процессы выполняются в специальных травильных ваннах или очистном оборудовании, поэтому фторсодержащие сточные воды могут сбрасываться отдельно. По концентрации их можно разделить на высококонцентрированные фторсодержащие сточные воды и низкоконцентрированные аммиачносодержащие сточные воды. Как правило, концентрация высококонцентрированных аммиачносодержащих сточных вод может достигать 100-1200 мг/л. Большинство компаний используют эту часть сточных вод повторно для процессов, не требующих высокого качества воды.
2. Кислотно-щелочные сточные воды:
Практически на каждом этапе производства интегральных схем требуется очистка микросхемы. В настоящее время наиболее часто используемыми чистящими средствами в процессе производства интегральных схем являются серная кислота и перекись водорода. Одновременно применяются также кислотно-щелочные реагенты, такие как азотная кислота, соляная кислота и водный раствор аммиака.
Кислотно-щелочные сточные воды производственного процесса в основном образуются в процессе очистки микросхем. В процессе упаковки микросхемы обрабатываются кислотно-щелочным раствором во время гальванического покрытия и химического анализа. После обработки их необходимо промыть чистой водой, в результате чего образуются кислотно-щелочные промывочные сточные воды. Кроме того, на станциях очистки воды также используются кислотно-щелочные реагенты, такие как гидроксид натрия и соляная кислота, для регенерации анион- и катионообменных смол, в результате чего образуются кислотно-щелочные сточные воды для регенерации. В процессе промывки кислотно-щелочными отходами также образуются промывочные воды. На предприятиях по производству интегральных схем объем кислотно-щелочных сточных вод особенно велик.
3. Органические сточные воды:
Из-за различий в производственных процессах количество органических растворителей, используемых в полупроводниковой промышленности, сильно различается. Однако в качестве чистящих средств органические растворители по-прежнему широко используются на различных этапах производства упаковки. Часть растворителей попадает в органические сточные воды.
4. Прочие сточные воды:
В процессе травления при производстве полупроводников используется большое количество аммиака, фтора и высокочистой воды для обеззараживания, что приводит к образованию сточных вод с высокой концентрацией аммиака.
Процесс гальванического покрытия необходим в процессе упаковки полупроводниковых компонентов. После гальванического покрытия чип необходимо очистить, при этом образуются сточные воды, используемые для очистки гальванического покрытия. Поскольку в процессе гальванического покрытия используются некоторые металлы, в сточных водах, используемых для очистки гальванического покрытия, будут выделяться ионы металлов, таких как свинец, олово, оксид цинка, алюминий и др.
Отработанный газ
Поскольку в полупроводниковом производстве предъявляются чрезвычайно высокие требования к чистоте производственных помещений, для удаления различных типов отходящих газов, улетучивающихся в процессе, обычно используются вентиляторы. Поэтому выбросы отходящих газов в полупроводниковой промышленности характеризуются большим объемом отводимых газов и низкой концентрацией выбросов. Кроме того, выбросы отходящих газов в основном являются летучими.
Эти выбросы отработанных газов можно разделить на четыре основные категории: кислые газы, щелочные газы, органические отработанные газы и токсичные газы.
1. Кислотно-щелочные отходящие газы:
Кислотно-щелочные отходящие газы образуются главным образом в результате диффузии.ССВПроцессы химико-механической полировки (CMP) и травления, в которых для очистки пластины используется кислотно-щелочной чистящий раствор.
В настоящее время наиболее часто используемым чистящим растворителем в процессе производства полупроводников является смесь перекиси водорода и серной кислоты.
В результате этих процессов образуются отходящие газы, в том числе кислые, такие как серная кислота, фтороводородная кислота, соляная кислота, азотная кислота и фосфорная кислота, а щелочные газы представлены в основном аммиаком.
2. Органические отходящие газы:
Органические отходящие газы образуются главным образом в результате таких процессов, как фотолитография, проявление, травление и диффузия. В этих процессах для очистки поверхности пластины используется органический раствор (например, изопропиловый спирт), а отходящие газы, образующиеся в результате испарения, являются одним из источников органических отходящих газов;
В то же время фоторезист, используемый в процессе фотолитографии и травления, содержит летучие органические растворители, такие как бутилацетат, которые испаряются в атмосферу в процессе обработки пластин, являясь еще одним источником органических отходящих газов.
3. Токсичные отходящие газы:
Токсичные отходящие газы образуются главным образом в результате таких процессов, как эпитаксия кристаллов, сухое травление и химическое осаждение из газовой фазы (CVD). В этих процессах для обработки пластин используются различные высокочистые специальные газы, такие как гидроксид кремния (SiH4), фосфор (PH3), тетрахлорид углерода (CF3), боран, триоксид бора и др. Некоторые из этих специальных газов токсичны, вызывают удушье и коррозию.
В то же время, в процессе сухого травления и очистки после химического осаждения из газовой фазы в полупроводниковом производстве требуется большое количество перфторированных соединений (PFCS), таких как NFS, C2F&CR, C3FS, CHF3, SF6 и др. Эти перфторированные соединения обладают сильным поглощением в инфракрасном диапазоне и долгое время остаются в атмосфере. Они, как правило, считаются основным источником глобального парникового эффекта.
4. Отходящие газы в процессе упаковки:
По сравнению с процессом производства полупроводников, отходящие газы, образующиеся в процессе упаковки полупроводников, имеют относительно простой состав и представляют собой в основном кислые газы, эпоксидную смолу и пыль.
Кислотные отходящие газы образуются главным образом в таких процессах, как гальваническое покрытие;
В процессе спекания после нанесения пасты и герметизации изделия образуются отходящие газы;
В процессе резки пластин машина для нарезки кремниевых пластин выделяет отработанный газ, содержащий следы кремниевой пыли.
Проблемы загрязнения окружающей среды
В контексте проблем загрязнения окружающей среды в полупроводниковой промышленности основными задачами, требующими решения, являются:
• Масштабные выбросы загрязняющих веществ в атмосферу и летучих органических соединений (ЛОС) в процессе фотолитографии;
• Выделение перфторированных соединений (ПФС) в процессах плазменного травления и химического осаждения из паровой фазы;
• Масштабное потребление энергии и воды в производстве и обеспечение безопасности работников;
• Переработка и мониторинг загрязнения побочными продуктами;
• Проблемы использования опасных химических веществ в процессах упаковки.
Экологически чистое производство
Технологии экологически чистого производства полупроводниковых приборов можно усовершенствовать с точки зрения сырья, технологических процессов и контроля качества.
Улучшение качества сырья и энергоснабжения.
Во-первых, необходимо строго контролировать чистоту материалов, чтобы свести к минимуму попадание примесей и частиц.
Во-вторых, перед запуском в производство поступающие компоненты или полуфабрикаты должны пройти различные испытания на температуру, герметичность, вибрацию, воздействие высокого напряжения и другие.
Кроме того, необходимо строго контролировать чистоту вспомогательных материалов. Существует достаточно много технологий, которые можно использовать для экологически чистого производства энергии.
Оптимизация производственного процесса
Сама полупроводниковая промышленность стремится уменьшить свое воздействие на окружающую среду за счет совершенствования технологических процессов.
Например, в 1970-х годах для очистки кремниевых пластин в технологии очистки интегральных схем в основном использовались органические растворители. В 1980-х годах для очистки пластин применялись кислотные и щелочные растворы, такие как серная кислота. До 1990-х годов была разработана технология плазменной кислородной очистки.
Что касается упаковки, большинство компаний в настоящее время используют технологию гальванического покрытия, которая приводит к загрязнению окружающей среды тяжелыми металлами.
Однако на заводах по производству упаковочных материалов в Шанхае больше не используется технология гальванического покрытия, поэтому воздействие тяжелых металлов на окружающую среду отсутствует. Можно заметить, что полупроводниковая промышленность постепенно снижает свое воздействие на окружающую среду за счет совершенствования процессов и замены химических веществ в собственном процессе разработки, что также соответствует современной глобальной тенденции развития, направленной на внедрение экологически ответственного подхода к проектированию процессов и продукции.
В настоящее время проводится больше мероприятий по улучшению локальных процессов, в том числе:
• Замена и сокращение использования газообразного ПФКС, содержащего только аммоний, например, за счет замены газообразного ПФКС с высоким парниковым эффектом на газ с низким содержанием ПФКС, а также за счет улучшения технологического процесса и сокращения количества используемого в нем газообразного ПФКС;
• Улучшение процесса очистки нескольких пластин до очистки одной пластины с целью сокращения количества химических чистящих средств, используемых в процессе очистки.
• Строгий контроль технологического процесса:
а) Обеспечить автоматизацию производственного процесса, что позволит осуществлять точную обработку и серийное производство, а также снизить высокий уровень ошибок, характерный для ручного труда;
b. Факторы окружающей среды в сверхчистых производственных процессах: около 5% или менее потерь производительности вызваны людьми и окружающей средой. К факторам окружающей среды в сверхчистых производственных процессах относятся, главным образом, чистота воздуха, вода высокой чистоты, сжатый воздух, CO2, N2, температура, влажность и т. д. Уровень чистоты в чистом цехе часто измеряется максимально допустимым количеством частиц на единицу объема воздуха, то есть концентрацией частиц;
c. Укрепить систему обнаружения и выбрать соответствующие ключевые точки для обнаружения на рабочих местах с большим количеством отходов в процессе производства.
Приглашаем всех клиентов со всего мира посетить нас для дальнейшего обсуждения!
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
Дата публикации: 13 августа 2024 г.