La producción de dispositivos semiconductores incluye principalmente dispositivos discretos, circuitos integrados y sus procesos de embalaje.
La producción de semiconductores se puede dividir en tres etapas: producción del material del cuerpo del producto, productoobleaFabricación y montaje de dispositivos. Entre ellos, la contaminación más grave es la etapa de fabricación de obleas.
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 - resistencia uniforme - fotolitografía - revelado - grabado - difusión, implantación de iones - deposición química de vapor - pulido mecánico químico - metalización, etc.
Aguas residuales
En cada paso del proceso de fabricación de semiconductores y pruebas de embalaje se genera una gran cantidad de aguas residuales, principalmente aguas residuales ácidas-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 mecánico químico en el proceso de fabricación de chips. En el proceso de limpieza de obleas de silicona y utensilios relacionados, también se utiliza muchas veces ácido clorhídrico. Todos estos procesos se completan en tanques de grabado o equipos de limpieza exclusivos, por lo que las aguas residuales que contienen flúor se pueden descargar de forma independiente. Según la concentración, se puede dividir en aguas residuales que contienen flúor de alta concentración y aguas residuales que contienen amoníaco de baja concentración. Generalmente, la concentración de aguas residuales que contienen amoníaco de alta concentración puede alcanzar 100-1200 mg/L. La mayoría de empresas reciclan esta parte de las aguas residuales para procesos que no requieren alta calidad del agua.
2. Aguas residuales ácido-base:
Casi todos los procesos del proceso de fabricación de circuitos integrados requieren la limpieza del chip. En la actualidad, el ácido sulfúrico y el peróxido de hidrógeno son los fluidos de limpieza más utilizados en el proceso de fabricación de circuitos integrados. Al mismo tiempo, también se utilizan reactivos ácido-base como ácido nítrico, ácido clorhídrico y agua con amoníaco.
Las aguas residuales ácido-base del proceso de fabricación provienen principalmente del proceso de limpieza en el proceso de fabricación de chips. En el proceso de envasado, el chip se trata con una solución ácido-base durante la galvanoplastia y el análisis químico. Después del tratamiento, es necesario lavarlo con agua pura para producir aguas residuales de lavado ácido-base. Además, en la estación de agua pura también se utilizan reactivos ácido-base como hidróxido de sodio y ácido clorhídrico para regenerar resinas aniónicas y catiónicas para producir aguas residuales de regeneración ácido-base. El agua de cola de lavado también se produce 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 grande.
3. Aguas residuales orgánicas:
Debido a los diferentes procesos de producción, la cantidad de disolventes orgánicos utilizados en la industria de los semiconductores es muy diferente. Sin embargo, como agentes de limpieza, los disolventes orgánicos todavía se utilizan ampliamente en diversos eslabones de la fabricación de envases. Algunos disolventes se convierten en vertidos de aguas residuales orgánicas.
4. Otras aguas residuales:
El proceso de grabado del proceso de producción de semiconductores utilizará una gran cantidad de amoníaco, flúor y agua de alta pureza para la descontaminación, generando así una descarga de aguas residuales que contienen amoníaco de alta concentración.
El proceso de galvanoplastia es necesario en el proceso de envasado de semiconductores. El chip debe limpiarse después de la galvanoplastia, y en este proceso se generarán aguas residuales de limpieza de la galvanoplastia. Dado que algunos metales se utilizan en la galvanoplastia, habrá emisiones de iones metálicos en las aguas residuales de limpieza de la galvanoplastia, como plomo, estaño, disco, zinc, aluminio, etc.
Gas residual
Dado que el proceso de semiconductores exige requisitos extremadamente altos en cuanto a la limpieza del quirófano, normalmente se utilizan ventiladores para extraer diversos tipos de gases residuales volatilizados durante el proceso. Por lo tanto, las emisiones de gases residuales en la industria de los semiconductores se caracterizan por un gran volumen de escape y una baja concentración de emisiones. Las emisiones de gases residuales también se volatilizan principalmente.
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 ácido-base provienen principalmente de la difusión,ECV, CMP y procesos de grabado, que utilizan una solución de limpieza ácido-base para limpiar la oblea.
En la actualidad, el disolvente de limpieza más utilizado en el proceso de fabricación de semiconductores es una mezcla de peróxido de hidrógeno y ácido sulfúrico.
El gas residual generado en estos procesos incluye gases ácidos como ácido sulfúrico, ácido fluorhídrico, ácido clorhídrico, ácido nítrico y ácido fosfórico, y el gas alcalino es principalmente amoniaco.
2. Gases residuales orgánicos:
Los gases residuales orgánicos proceden principalmente de procesos como la fotolitografía, el revelado, el grabado y la difusión. En estos procesos, se utiliza una solución orgánica (como alcohol isopropílico) para limpiar la superficie de la oblea, y el gas residual generado por la volatilización es una de las fuentes de gas residual orgánico;
Al mismo tiempo, el fotorresistente (fotorresistente) utilizado en el proceso de fotolitografía y grabado contiene disolventes orgánicos volátiles, como el acetato de butilo, que se volatiliza a la atmósfera durante el proceso de procesamiento de obleas, que es otra fuente de gases residuales orgánicos.
3. Gases residuales tóxicos:
Los gases residuales tóxicos provienen principalmente de procesos como la epitaxia cristalina, el grabado en seco y la CVD. En estos procesos se utiliza una variedad de gases especiales de alta pureza para procesar la oblea, como silicio (SiHj), fósforo (PH3), tetracloruro de carbono (CFJ), borano, trióxido de boro, etc. Algunos gases especiales son tóxicos, asfixiante y corrosivo.
Al mismo tiempo, en el proceso de limpieza y grabado en seco después de la deposición química de vapor en la fabricación de semiconductores, se requiere una gran cantidad de gas de óxido completo (PFCS), como NFS, C2F&CR, C3FS, CHF3, SF6, etc. Estos compuestos perfluorados Tienen una fuerte absorción en la región de la luz infrarroja y permanecen en la atmósfera durante mucho tiempo. Generalmente se los considera 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 envasado de semiconductores es relativamente simple, principalmente gas ácido, resina epoxi y polvo.
Los gases residuales ácidos se generan principalmente en procesos como la galvanoplastia;
Los gases residuales de horneado se generan en el proceso de horneado después de pegar y sellar el producto;
La máquina cortadora genera gases residuales que contienen trazas de polvo de silicio durante el proceso de corte de obleas.
Problemas de contaminación ambiental
En cuanto 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 con plasma y deposición química de vapor;
· Consumo a gran escala de energía y agua en la producción y protección de la seguridad de los trabajadores;
· Reciclaje y control de la contaminación de subproductos;
· Problemas del uso de productos químicos peligrosos en los procesos de envasado.
Producción limpia
La tecnología de producción limpia de dispositivos semiconductores se puede mejorar desde los aspectos de las materias primas, los procesos y el control de procesos.
Mejorar las materias primas y la energía
En primer lugar, se debe controlar estrictamente la pureza de los materiales para reducir la introducción de impurezas y partículas.
En segundo lugar, se deben realizar diversas pruebas de temperatura, detección de fugas, vibración, descargas eléctricas de alto voltaje y otras pruebas en los componentes entrantes o productos semiacabados antes de su puesta en producción.
Además, se debe controlar estrictamente la pureza de los materiales auxiliares. Hay relativamente muchas tecnologías que pueden utilizarse para la producción limpia de energía.
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 procesos.
Por ejemplo, en la década de 1970, los disolventes orgánicos se utilizaban principalmente para limpiar obleas en la tecnología de limpieza de circuitos integrados. En la década de 1980 se utilizaban 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 términos de embalaje, la mayoría de las empresas utilizan actualmente tecnología de galvanoplastia, que provocará contaminación por metales pesados en el medio ambiente.
Sin embargo, las plantas de envasado en Shanghai ya no utilizan tecnología de galvanoplastia, por lo que los metales pesados no afectan el medio ambiente. Se puede encontrar que la industria de los semiconductores está reduciendo gradualmente su impacto en el medio ambiente mediante mejoras de procesos y sustitución química en su propio proceso de desarrollo, que también sigue la actual tendencia de desarrollo global de abogar por el diseño de procesos y productos basado en el medio ambiente.
En la actualidad, se están llevando a cabo más mejoras en los procesos locales, que incluyen:
·Reemplazo y reducción del gas PFCS exclusivamente de amonio, como el uso de gas PFC con bajo efecto invernadero para reemplazar el gas con alto efecto invernadero, como 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 a una limpieza de una sola oblea para reducir la cantidad de agentes de limpieza químicos utilizados en el proceso de limpieza.
·Estricto control de procesos:
a. Lograr la automatización del proceso de fabricación, que puede realizar un procesamiento preciso y una producción por lotes, y reducir la alta tasa de error de la operación manual;
b. Factores ambientales del proceso ultralimpio: alrededor del 5% o menos de la pérdida de rendimiento es causada por las personas y el medio ambiente. Los factores ambientales del proceso ultralimpio 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, concentración de recuento de partículas;
do. Fortalecer la detección y seleccionar puntos clave adecuados para la detección en estaciones de trabajo con grandes cantidades de residuos durante el proceso productivo.
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Hora de publicación: 13 de agosto de 2024