Sản xuất thiết bị bán dẫn chủ yếu bao gồm các linh kiện rời rạc, mạch tích hợp và các quy trình đóng gói của chúng.
Sản xuất chất bán dẫn có thể được chia thành ba giai đoạn: sản xuất vật liệu thân sản phẩm, sản xuất sản phẩm.tấm wafersản xuất và lắp ráp thiết bị. Trong đó, giai đoạn sản xuất tấm bán dẫn là giai đoạn gây ô nhiễm nghiêm trọng nhất.
Các chất gây ô nhiễm chủ yếu được chia thành nước thải, khí thải và chất thải rắn.
Quy trình sản xuất chip:
Tấm siliconSau các bước mài ngoài - làm sạch - oxy hóa - phủ lớp cản quang đồng nhất - quang khắc - phát triển - khắc axit - khuếch tán, cấy ion - lắng đọng hơi hóa học - đánh bóng cơ học hóa học - mạ kim loại, v.v.
Nước thải
Mỗi công đoạn trong quy trình sản xuất và kiểm tra đóng gói chất bán dẫn đều tạo ra một lượng lớn nước thải, chủ yếu là nước thải axit-bazơ, nước thải chứa amoniac và nước thải hữu cơ.
1. Nước thải chứa flo:
Axit flohydric trở thành dung môi chính được sử dụng trong các quá trình oxy hóa và khắc do tính chất oxy hóa và ăn mòn của nó. Nước thải chứa flo trong quá trình này chủ yếu đến từ quá trình khuếch tán và quá trình đánh bóng cơ học hóa học trong quá trình sản xuất chip. Trong quá trình làm sạch tấm silicon và các dụng cụ liên quan, axit clohydric cũng được sử dụng nhiều lần. Tất cả các quá trình này đều được hoàn thành trong các bể khắc hoặc thiết bị làm sạch chuyên dụng, do đó nước thải chứa flo có thể được thải ra độc lập. Theo nồng độ, nó có thể được chia thành nước thải chứa flo nồng độ cao và nước thải chứa amoni nồng độ thấp. Nói chung, nồng độ của nước thải chứa amoni nồng độ cao có thể đạt 100-1200 mg/L. Hầu hết các công ty tái chế phần nước thải này cho các quy trình không yêu cầu chất lượng nước cao.
2. Nước thải có tính axit-bazơ:
Hầu hết mọi công đoạn trong quy trình sản xuất mạch tích hợp đều yêu cầu làm sạch chip. Hiện nay, axit sulfuric và hydro peroxide là những dung dịch làm sạch được sử dụng phổ biến nhất trong quy trình sản xuất mạch tích hợp. Đồng thời, các chất phản ứng axit-bazơ như axit nitric, axit clohydric và nước amoniac cũng được sử dụng.
Nước thải axit-bazơ trong quá trình sản xuất chủ yếu đến từ quá trình làm sạch trong sản xuất chip. Trong quá trình đóng gói, chip được xử lý bằng dung dịch axit-bazơ trong quá trình mạ điện và phân tích hóa học. Sau khi xử lý, cần phải rửa lại bằng nước tinh khiết để tạo ra nước thải rửa axit-bazơ. Ngoài ra, các chất phản ứng axit-bazơ như natri hydroxit và axit clohydric cũng được sử dụng tại trạm nước tinh khiết để tái tạo nhựa anion và cation, tạo ra nước thải tái tạo axit-bazơ. Nước thải rửa cũng được tạo ra trong quá trình rửa khí thải axit-bazơ. Tại các công ty sản xuất mạch tích hợp, lượng nước thải axit-bazơ đặc biệt lớn.
3. Nước thải hữu cơ:
Do quy trình sản xuất khác nhau, lượng dung môi hữu cơ được sử dụng trong ngành công nghiệp bán dẫn rất khác nhau. Tuy nhiên, với vai trò là chất tẩy rửa, dung môi hữu cơ vẫn được sử dụng rộng rãi trong nhiều khâu của quá trình sản xuất và đóng gói. Một số dung môi trở thành nước thải hữu cơ.
4. Nước thải khác:
Quá trình khắc trong sản xuất chất bán dẫn sẽ sử dụng một lượng lớn amoniac, flo và nước tinh khiết để khử trùng, do đó tạo ra nước thải chứa amoniac nồng độ cao.
Quá trình mạ điện là cần thiết trong quy trình đóng gói chất bán dẫn. Sau khi mạ điện, chip cần được làm sạch, và nước thải từ quá trình làm sạch mạ điện sẽ được tạo ra. Vì một số kim loại được sử dụng trong quá trình mạ điện, nên sẽ có sự phát thải ion kim loại trong nước thải làm sạch mạ điện, chẳng hạn như chì, thiếc, kẽm, nhôm, v.v.
Khí thải
Do quy trình sản xuất chất bán dẫn đòi hỏi độ sạch của phòng thao tác cực kỳ cao, nên quạt thường được sử dụng để hút các loại khí thải bay hơi trong quá trình này. Vì vậy, khí thải trong ngành công nghiệp bán dẫn có đặc điểm là thể tích khí thải lớn và nồng độ khí thải thấp. Khí thải chủ yếu cũng ở dạng bay hơi.
Các khí thải này chủ yếu được chia thành bốn loại: khí axit, khí kiềm, khí thải hữu cơ và khí độc.
1. Khí thải axit-bazơ:
Khí thải axit-bazơ chủ yếu phát sinh từ quá trình khuếch tán.Bệnh tim mạchCác quy trình CMP và khắc axit sử dụng dung dịch làm sạch axit-bazơ để làm sạch tấm bán dẫn.
Hiện nay, dung môi làm sạch được sử dụng phổ biến nhất trong quy trình sản xuất chất bán dẫn là hỗn hợp hydro peroxide và axit sulfuric.
Khí thải sinh ra trong các quá trình này bao gồm các khí có tính axit như axit sulfuric, axit hydrofluoric, axit hydrochloric, axit nitric và axit phosphoric, còn khí kiềm chủ yếu là amoniac.
2. Khí thải hữu cơ:
Khí thải hữu cơ chủ yếu phát sinh từ các quy trình như quang khắc, phát triển, khắc và khuếch tán. Trong các quy trình này, dung dịch hữu cơ (như cồn isopropyl) được sử dụng để làm sạch bề mặt tấm bán dẫn, và khí thải sinh ra do quá trình bay hơi là một trong những nguồn phát sinh khí thải hữu cơ;
Đồng thời, chất cản quang (photoresist) được sử dụng trong quá trình quang khắc và khắc axit chứa các dung môi hữu cơ dễ bay hơi, chẳng hạn như butyl axetat, bay hơi vào khí quyển trong quá trình xử lý tấm bán dẫn, đây cũng là một nguồn phát thải khí hữu cơ.
3. Khí thải độc hại:
Khí thải độc hại chủ yếu phát sinh từ các quy trình như kết tinh epitaxy, khắc khô và CVD. Trong các quy trình này, nhiều loại khí đặc biệt có độ tinh khiết cao được sử dụng để xử lý tấm bán dẫn, chẳng hạn như silic (SiHj), phốt pho (PH3), cacbon tetraclorua (CFJ), borane, boron trioxit, v.v. Một số khí đặc biệt có độc tính, gây ngạt thở và ăn mòn.
Đồng thời, trong quá trình khắc khô và làm sạch sau khi lắng đọng hơi hóa học trong sản xuất chất bán dẫn, cần một lượng lớn khí oxit perfluor hóa (PFCS), chẳng hạn như NFS, C2F&CR, C3FS, CHF3, SF6, v.v. Các hợp chất perfluor hóa này có khả năng hấp thụ mạnh trong vùng ánh sáng hồng ngoại và tồn tại trong khí quyển trong thời gian dài. Chúng thường được coi là nguồn chính gây ra hiệu ứng nhà kính toàn cầu.
4. Khí thải từ quá trình đóng gói:
So với quy trình sản xuất chất bán dẫn, khí thải sinh ra từ quy trình đóng gói chất bán dẫn tương đối đơn giản, chủ yếu là khí axit, nhựa epoxy và bụi.
Khí thải có tính axit chủ yếu được tạo ra trong các quy trình như mạ điện;
Khí thải sinh ra trong quá trình nướng bánh sau khi dán và niêm phong sản phẩm;
Máy cắt lát tạo ra khí thải chứa một lượng nhỏ bụi silicon trong quá trình cắt tấm bán dẫn.
Các vấn đề ô nhiễm môi trường
Đối với các vấn đề ô nhiễm môi trường trong ngành công nghiệp bán dẫn, những vấn đề chính cần giải quyết là:
• Phát thải quy mô lớn các chất ô nhiễm không khí và hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC) trong quá trình quang khắc;
• Phát thải các hợp chất perfluorinated (PFCS) trong quá trình khắc plasma và lắng đọng hơi hóa học;
• Tiêu thụ năng lượng và nước quy mô lớn trong sản xuất và bảo vệ an toàn cho người lao động;
• Tái chế và giám sát ô nhiễm các sản phẩm phụ;
• Các vấn đề phát sinh khi sử dụng hóa chất nguy hiểm trong quy trình đóng gói.
Sản xuất sạch
Công nghệ sản xuất sạch thiết bị bán dẫn có thể được cải thiện từ các khía cạnh nguyên vật liệu, quy trình và kiểm soát quy trình.
Cải thiện nguyên liệu thô và năng lượng
Đầu tiên, độ tinh khiết của vật liệu cần được kiểm soát nghiêm ngặt để giảm thiểu sự xâm nhập của tạp chất và các hạt.
Thứ hai, cần tiến hành các thử nghiệm khác nhau về nhiệt độ, phát hiện rò rỉ, độ rung, sốc điện cao áp và các thử nghiệm khác đối với các linh kiện hoặc bán thành phẩm đầu vào trước khi đưa vào sản xuất.
Ngoài ra, độ tinh khiết của các nguyên liệu phụ trợ cần được kiểm soát chặt chẽ. Có khá nhiều công nghệ có thể được sử dụng để sản xuất năng lượng sạch.
Tối ưu hóa quy trình sản xuất
Ngành công nghiệp bán dẫn luôn nỗ lực giảm thiểu tác động đến môi trường thông qua việc cải tiến công nghệ quy trình.
Ví dụ, vào những năm 1970, dung môi hữu cơ chủ yếu được sử dụng để làm sạch các tấm bán dẫn trong công nghệ làm sạch mạch tích hợp. Vào những năm 1980, các dung dịch axit và kiềm như axit sulfuric được sử dụng để làm sạch các tấm bán dẫn. Cho đến những năm 1990, công nghệ làm sạch bằng plasma oxy được phát triển.
Về mặt bao bì, hầu hết các công ty hiện nay đều sử dụng công nghệ mạ điện, điều này sẽ gây ô nhiễm kim loại nặng cho môi trường.
Tuy nhiên, các nhà máy đóng gói ở Thượng Hải hiện không còn sử dụng công nghệ mạ điện, do đó không còn tác động của kim loại nặng đến môi trường. Có thể thấy rằng ngành công nghiệp bán dẫn đang dần giảm thiểu tác động đến môi trường thông qua việc cải tiến quy trình và thay thế hóa chất trong quá trình phát triển của mình, điều này cũng phù hợp với xu hướng phát triển toàn cầu hiện nay là đề cao thiết kế quy trình và sản phẩm dựa trên yếu tố môi trường.
Hiện tại, nhiều cải tiến quy trình tại địa phương đang được thực hiện, bao gồm:
• Thay thế và giảm thiểu khí PFCS amoni toàn phần, chẳng hạn như sử dụng khí PFC có hiệu ứng nhà kính thấp để thay thế khí có hiệu ứng nhà kính cao, nhằm cải thiện quy trình và giảm lượng khí PFCS sử dụng trong quá trình;
• Cải tiến quy trình làm sạch nhiều tấm wafer thành làm sạch từng tấm wafer riêng lẻ để giảm lượng hóa chất tẩy rửa sử dụng trong quá trình này.
• Kiểm soát quy trình nghiêm ngặt:
a. Thực hiện tự động hóa quy trình sản xuất, giúp gia công chính xác và sản xuất hàng loạt, đồng thời giảm tỷ lệ sai sót cao do thao tác thủ công;
b. Các yếu tố môi trường của quy trình siêu sạch: khoảng 5% hoặc ít hơn tổn thất năng suất là do con người và môi trường gây ra. Các yếu tố môi trường của quy trình siêu sạch chủ yếu bao gồm độ sạch của không khí, nước tinh khiết cao, khí nén, CO2, N2, nhiệt độ, độ ẩm, v.v. Mức độ sạch của một xưởng sạch thường được đo bằng số lượng hạt tối đa cho phép trên một đơn vị thể tích không khí, tức là nồng độ hạt;
c. Tăng cường khả năng phát hiện và lựa chọn các điểm trọng yếu thích hợp để phát hiện tại các trạm làm việc có lượng chất thải lớn trong quá trình sản xuất.
Chào mừng quý khách hàng từ khắp nơi trên thế giới đến thăm và trao đổi thêm với chúng tôi!
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
Thời gian đăng bài: 13/08/2024