Образование сточных вод в процессе производства полупроводниковых изделий

ОБРАЗОВАНИЕ СТОЧНЫХ ВОД В ПРОЦЕССЕ ПРОИЗВОДСТВА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ИЗДЕЛИЙ

В данной статье рассмотрена схема образования сточных вод в процессе производства полупроводниковых изделий, способы очистки вод от нерастворимых соединений.

Для изготовления полупроводниковых изделий используют различные методы. Но во всех случаях в процессе производства повторяется ряд основных технологических операций. Технологический процесс включает операции водного контроля компонентов полупроводниковых материалов, изготовление полупроводниковых материалов и их механическую и химическую обработку, эпитаксиальное наращивание слоя полупроводника, получение защитной диэлектрической пленки, фотолитографическую обработку этой пленки, ионную имплантацию и диффузию примесей для получения активных и пассивных областей структуры, нанесение омических контактов и создание пассивных тонкопленочных компонентов- резисторов и конденсаторов, разделение пластин на кристаллы, сборку и герметизацию приборов, измерение электрических параметров и испытания приборов. [1-7]

Схема технологических процессов образования стоков при производстве полупроводниковых изделий из арсенида галлия в общем виде представлена на рисунке.

Механическая обработка в производстве полупроводниковых приборов заключается в получении заготовок необходимых размеров и форм с требуемым качеством поверхности путем резания слитков на пластины, шлифования, полирования пластин различными механическими и механо- химическими методами [1-6]

В процессе резки выделяется большое количество тепла. Для охлаждения места реза подается охлаждающая жидкость - проточная вода или специальная эмульсия сложного состава, выполняющие одновременно функции антифрикционной жидкости и облегчающие сбор отходов обрабатываемого материала [1,4,6]. Расход жидкости составляет 1,5-2 л/мин. на фрезу [1,6].

До 45 % взвеси исходного продукта содержат сточные воды, образующиеся в процессе резки полупроводниковых пластин. Степень дисперсности зависит от вида резки, скорости резания и толщины режущего диска.

Концентрация взвешенных веществ в сточной жидкости определяется расходом охлаждающей воды.

Операции шлифования и полирования в технологии полупроводниковых приборов выполняют для улучшения плоскостности и плоско- параллельности пластин после резания, подгонки пластин в размер по толщине, получение требуемого класса чистоты поверхности и др.

Шлифование может осуществляться сухим абразивом; как показала практика, наиболее эффективно шлифование производится абразивными водными суспензиями, роль которых сводится к распределению зерен по поверхности шлифовального круга и удалению разрушенных зерен и частиц полупроводника, к снижению трения и отведения теплоты.

Промстоки содержат зерна абразива и частицы разрушенного полупроводника. Дисперсный состав частиц взвеси зависит от твердости и размера исходных абразивных зерен и колеблется в пределах 5... 100 мкм.

Для того чтобы уменьшить повреждения поверхности, оставшиеся после шлифовки, пластины полупроводника подвергают полировке.

Механическую полировку полупроводниковых материалов проводят оптическими, металлографическими или химико-динамическими методами. При металлографической полировке доминируют эффекты резания, а при оптической - тепловые эффекты. Глубина нарушенного слоя для механического полирования порядка 0,7... 1,5 мкм.

При оптической полировке абразивы - окись хрома, окись церия или смесь окисей других редкоземельных металлов - применяют в виде водных суспензий, которые распыляют на полированную плоскость станка для полировки оптических стекол.

При полировке окисью алюминия обычно используют водную суспензию А1203 с добавлением небольшого количества НС1 до получения величины pH = 8,3... 10, окись алюминия агломерирует. Перед полировкой в суспензию добавляют гидроокись калия или натрия [2,6]. Суспензия приготавливается на высокочистой воде.

В процессе полирования образуются стоки, содержащие абразивную пыль, кислоты, щелочи, а также различные вида синтетических алмазов и смачивающих жидкостей.

Химическую обработку применяют для вытравливания окон в маскирующих покрытиях, для удаления его заполимеризованных остатков, для получения контактных площадок и разводки в слое металлизации, для стабилизации и модифицирования электрофизических свойств поверхности полупроводника [1,6,7]. Применяют различные виды травителей (окислители HN03; Н202; Н202; водные растворы КОН, NaOH, растворы галогенов Cl2,Br2,J2).

Сточные воды после химического полирования включают в себя отработанные травильные растворы (H2S04 :Н202: Н20 = 4:1:1 концентрированная плавиковая кислота HF ) или (H2S04 :Н202 : Н20 = 4:1:1 концентрированная плавиковая кислота HF NaOH 1,0 моль/л): Н20 (0,76 моль/л), растворители (трихлорэтилен, ацетон, метанол, этанол и др.), а также продукты химического взаимодействия растворов травления с материалом обрабатываемых деталей.

По концентрации загрязнений они делятся на концентрированные и промывные (малоконцентрированные). К концентрированным относятся стоки, образованные отработанными, загрязненными технологическими растворами. Эти стоки отличаются высокой концентрацией загрязнений и периодичностью сброса.

Таким образом, в ходе производства полупроводниковых приборов образуются сточные воды, содержащие разнообразные виды загрязняющих компонентов. Данные стоки характеризуются весьма малыми расходами, но высокими концентрациями загрязняющих веществ, которые находятся в растворимых и нерастворимых формах. Наиболее распространенным и токсичным загрязняющим компонентом сточных вод является соединения мышьяка от механической и химической обработки изделий, а также процессов эпитаксии, фотолитографии и производства арсина.

Список литературы

Ноздратенко С.А., Акулыпин А.А., Акулыпин А.А.. Исследование процесса очистки сточных вод обратным осмосом. Прогрессивные технологии и процессы. Сборник научных статей 2-й Международной молодежной научно-практической конференции в 3-х томах. 2015. С. 265-268.

Акулыпин А.А., Крыгина А.М., Акулыпин А.А..Очистка сточных вод от нерастворимых форм мышьяка. Известия Юго-Западного государственного университета. №5-2 (38). С. 116-118.

Акулыпин А.А. Исследование состава и методов очистки сточных вод, образующихся в процессе механической обработки полупроводниковых материалов. Тезисы докладов юбилейной конференции ученых Курского политехнического института. 1994.С. 113-114.

Губанов Л.И., Акулыпин А.А., Фукин К.К., Горбунов А.В., Фурман Р.В. Очистка мышьякосодержащих стоков методом электрокоагуляции. Депонированная рукопись №3846 03.06.1985

Найденко В.В., Губанов Л.И., Акулыпин А.А.. Очистка производственных сточных вод от соединений мышьяка. Водоснабжение и санитарная техника. 1987. №12. С. 6-8 УДК 69.022.32

Количество показов: 876