A produção de dispositivos semicondutores inclui principalmente dispositivos discretos, circuitos integrados e seus processos de embalagem.
A produção de semicondutores pode ser dividida em três etapas: produção do material do corpo do produto, produção do produtobolachafabricação e montagem de dispositivos. Dentre eles, a poluição mais grave é a etapa de fabricação do wafer do produto.
Os poluentes são divididos principalmente em águas residuais, gases residuais e resíduos sólidos.
Processo de fabricação de chips:
Bolacha de silícioapós retificação externa - limpeza - oxidação - resistência uniforme - fotolitografia - revelação - ataque químico - difusão, implantação iônica - deposição química de vapor - polimento químico-mecânico - metalização, etc.
Águas Residuais
Uma grande quantidade de águas residuais é gerada em cada etapa do processo de fabricação de semicondutores e testes de embalagens, principalmente águas residuais ácido-base, águas residuais contendo amônia e águas residuais orgânicas.
1. Águas residuais contendo flúor:
O ácido fluorídrico torna-se o principal solvente utilizado em processos de oxidação e ataque químico devido às suas propriedades oxidantes e corrosivas. As águas residuais contendo flúor no processo vêm principalmente do processo de difusão e do processo de polimento químico-mecânico no processo de fabricação de chips. No processo de limpeza de pastilhas de silício e utensílios relacionados, o ácido clorídrico também é utilizado muitas vezes. Todos esses processos são concluídos em tanques de corrosão ou equipamentos de limpeza dedicados, para que as águas residuais contendo flúor possam ser descarregadas de forma independente. De acordo com a concentração, pode ser dividido em águas residuais contendo flúor de alta concentração e águas residuais contendo amônia de baixa concentração. Geralmente, a concentração de águas residuais contendo amônia em alta concentração pode atingir 100-1200 mg/L. A maioria das empresas recicla esta parte das águas residuais para processos que não requerem água de alta qualidade.
2. Águas residuais ácido-base:
Quase todos os processos de fabricação de circuitos integrados exigem a limpeza do chip. Atualmente, o ácido sulfúrico e o peróxido de hidrogênio são os fluidos de limpeza mais comumente usados no processo de fabricação de circuitos integrados. Ao mesmo tempo, também são utilizados reagentes ácido-base, como ácido nítrico, ácido clorídrico e água com amônia.
As águas residuais ácido-base do processo de fabricação vêm principalmente do processo de limpeza no processo de fabricação de chips. No processo de embalagem, o chip é tratado com solução ácido-base durante galvanoplastia e análise química. Após o tratamento, ele precisa ser lavado com água pura para produzir águas residuais de lavagem ácido-base. Além disso, reagentes ácido-base, como hidróxido de sódio e ácido clorídrico, também são usados na estação de água pura para regenerar resinas aniônicas e catiônicas para produzir águas residuais de regeneração ácido-base. A água residual de lavagem também é produzida durante o processo de lavagem de gases residuais ácido-base. Nas empresas fabricantes de circuitos integrados, a quantidade de águas residuais ácido-base é particularmente grande.
3. Águas residuais orgânicas:
Devido aos diferentes processos de produção, a quantidade de solventes orgânicos utilizados na indústria de semicondutores é muito diferente. No entanto, como agentes de limpeza, os solventes orgânicos ainda são amplamente utilizados em diversos elos da fabricação de embalagens. Alguns solventes tornam-se descargas de águas residuais orgânicas.
4. Outras águas residuais:
O processo de gravação do processo de produção de semicondutores utilizará uma grande quantidade de amônia, flúor e água de alta pureza para descontaminação, gerando assim descarga de águas residuais contendo amônia em alta concentração.
O processo de galvanoplastia é necessário no processo de embalagem de semicondutores. O chip precisa ser limpo após a galvanoplastia, e neste processo serão geradas águas residuais de limpeza da galvanoplastia. Como alguns metais são usados na galvanoplastia, haverá emissões de íons metálicos nas águas residuais de limpeza da galvanoplastia, como chumbo, estanho, disco, zinco, alumínio, etc.
Gás residual
Como o processo de semicondutores possui requisitos extremamente elevados para a limpeza da sala de cirurgia, ventiladores são normalmente usados para extrair vários tipos de gases residuais volatilizados durante o processo. Portanto, as emissões de gases residuais na indústria de semicondutores são caracterizadas por um grande volume de exaustão e baixa concentração de emissões. As emissões de gases residuais também são principalmente volatilizadas.
Estas emissões de gases residuais podem ser divididas principalmente em quatro categorias: gás ácido, gás alcalino, gás residual orgânico e gás tóxico.
1. Gás residual ácido-base:
Os gases residuais ácido-base provêm principalmente da difusão,DCV, CMP e processos de gravação, que utilizam solução de limpeza ácido-base para limpar o wafer.
Atualmente, o solvente de limpeza mais utilizado no processo de fabricação de semicondutores é uma mistura de peróxido de hidrogênio e ácido sulfúrico.
Os gases residuais gerados nestes processos incluem gases ácidos, como ácido sulfúrico, ácido fluorídrico, ácido clorídrico, ácido nítrico e ácido fosfórico, e o gás alcalino é principalmente amônia.
2. Gás residual orgânico:
Os gases residuais orgânicos provêm principalmente de processos como fotolitografia, revelação, gravação e difusão. Nesses processos, solução orgânica (como álcool isopropílico) é usada para limpar a superfície do wafer, e o gás residual gerado pela volatilização é uma das fontes de gás residual orgânico;
Ao mesmo tempo, o fotorresiste (fotorresiste) utilizado no processo de fotolitografia e gravação contém solventes orgânicos voláteis, como o acetato de butila, que volatiliza na atmosfera durante o processo de processamento do wafer, que é outra fonte de gases residuais orgânicos.
3. Gás residual tóxico:
Os gases residuais tóxicos provêm principalmente de processos como epitaxia cristalina, ataque a seco e CVD. Nestes processos, uma variedade de gases especiais de alta pureza são usados para processar o wafer, como silício (SiHj), fósforo (PH3), tetracloreto de carbono (CFJ), borano, trióxido de boro, etc. asfixiante e corrosivo.
Ao mesmo tempo, no processo de gravação a seco e limpeza após a deposição química de vapor na fabricação de semicondutores, é necessária uma grande quantidade de gás de óxido completo (PFCS), como NFS, C2F&CR, C3FS, CHF3, SF6, etc. possuem forte absorção na região da luz infravermelha e permanecem por muito tempo na atmosfera. Geralmente são considerados a principal fonte do efeito estufa global.
4. Gás residual do processo de embalagem:
Comparado com o processo de fabricação de semicondutores, o gás residual gerado pelo processo de embalagem de semicondutores é relativamente simples, principalmente gás ácido, resina epóxi e poeira.
Os gases residuais ácidos são gerados principalmente em processos como galvanoplastia;
O gás residual do cozimento é gerado no processo de cozimento após a colagem e selagem do produto;
A máquina de cortar cubos gera gases residuais contendo vestígios de pó de silício durante o processo de corte do wafer.
Problemas de poluição ambiental
Para os problemas de poluição ambiental na indústria de semicondutores, os principais problemas que precisam ser resolvidos são:
· Emissão em larga escala de poluentes atmosféricos e compostos orgânicos voláteis (COVs) no processo de fotolitografia;
· Emissão de compostos perfluorados (PFCS) em processos de corrosão por plasma e deposição química de vapor;
· Consumo em larga escala de energia e água na produção e proteção da segurança dos trabalhadores;
· Monitoramento de reciclagem e poluição de subprodutos;
· Problemas de utilização de produtos químicos perigosos em processos de embalagem.
Produção limpa
A tecnologia de produção limpa de dispositivos semicondutores pode ser melhorada nos aspectos de matérias-primas, processos e controle de processos.
Melhorar as matérias-primas e a energia
Primeiro, a pureza dos materiais deve ser rigorosamente controlada para reduzir a introdução de impurezas e partículas.
Em segundo lugar, vários testes de temperatura, detecção de vazamentos, vibração, choque elétrico de alta tensão e outros testes devem ser realizados nos componentes recebidos ou produtos semiacabados antes de serem colocados em produção.
Além disso, a pureza dos materiais auxiliares deve ser rigorosamente controlada. Existem relativamente muitas tecnologias que podem ser usadas para a produção limpa de energia.
Otimize o processo de produção
A própria indústria de semicondutores se esforça para reduzir seu impacto no meio ambiente por meio de melhorias na tecnologia de processos.
Por exemplo, na década de 1970, os solventes orgânicos foram usados principalmente para limpar wafers na tecnologia de limpeza de circuitos integrados. Na década de 1980, soluções ácidas e alcalinas, como o ácido sulfúrico, foram usadas para limpar wafers. Até a década de 1990, a tecnologia de limpeza com oxigênio por plasma foi desenvolvida.
Em termos de embalagens, a maioria das empresas utiliza atualmente tecnologia de galvanoplastia, o que causará poluição por metais pesados ao meio ambiente.
No entanto, as fábricas de embalagens em Xangai não utilizam mais a tecnologia de galvanoplastia, portanto não há impacto dos metais pesados no meio ambiente. Verifica-se que a indústria de semicondutores está gradualmente a reduzir o seu impacto no ambiente através de melhorias de processos e substituição de produtos químicos no seu próprio processo de desenvolvimento, o que também segue a actual tendência de desenvolvimento global de defender processos e design de produtos baseados no ambiente.
Atualmente, estão sendo realizadas mais melhorias de processos locais, incluindo:
·Substituição e redução do gás PFCS totalmente amônio, como o uso de gás PFC com baixo efeito estufa para substituir gases com alto efeito estufa, como melhorar o fluxo do processo e reduzir a quantidade de gás PFCS usado no processo;
· Melhorar a limpeza de múltiplos wafers para limpeza de wafer único para reduzir a quantidade de agentes de limpeza químicos usados no processo de limpeza.
·Rigoroso controle de processo:
um. Realize a automação do processo de fabricação, que pode realizar processamento preciso e produção em lote, e reduzir a alta taxa de erro da operação manual;
b. Fatores ambientais de processo ultralimpo, cerca de 5% ou menos da perda de rendimento é causada por pessoas e pelo meio ambiente. Os fatores ambientais do processo ultralimpo incluem principalmente limpeza do ar, água de alta pureza, ar comprimido, CO2, N2, temperatura, umidade, etc. O nível de limpeza de uma oficina limpa é frequentemente medido pelo número máximo de partículas permitidas por unidade de volume de ar, isto é, concentração de contagem de partículas;
c. Fortaleça a detecção e selecione pontos-chave apropriados para detecção em estações de trabalho com grandes quantidades de resíduos durante o processo de produção.
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Horário da postagem: 13 de agosto de 2024