Обзор процесса

Описание обработки кремниевых полупроводниковых устройств, либо дискретных устройств (полупроводник, содержащий только одно активное устройство, такое как транзистор), либо ИС (взаимосвязанные массивы активных и пассивных элементов на одной полупроводниковой подложке, способные выполнять по крайней мере одну функцию электронной схемы) , включает в себя множество узкоспециализированных и специфических операций. Цель этого описания состоит в том, чтобы предоставить базовую структуру и объяснить этапы основных компонентов, используемые при изготовлении кремниевого полупроводникового устройства, и связанные с этим вопросы охраны окружающей среды, здоровья и безопасности (EHS).

Изготовление ИС включает в себя последовательность процессов, которые могут повторяться много раз, прежде чем схема будет завершена. Наиболее популярные ИС используют 6 или более масок для выполнения процессов формирования паттернов, обычно от 10 до 24 масок. Изготовление микросхемы начинается с кремниевой пластины сверхвысокой чистоты диаметром от 4 до 12 дюймов. Идеально чистый кремний является почти изолятором, но некоторые примеси, называемые легирующие примеси, добавленные в количестве от 10 до 100 частей на миллион, заставляют кремний проводить электричество.

Интегральная схема может состоять из миллионов транзисторов (а также диодов, резисторов и конденсаторов), сделанных из легированного кремния, и все они соединены соответствующей схемой проводников для создания компьютерной логики, памяти или другого типа схемы. На одной пластине можно сделать сотни микросхем.

Шесть основных этапов обработки являются универсальными для всех кремниевых полупроводниковых устройств: окисление, литография, травление, легирование, химическое осаждение из паровой фазы и металлизация. Далее следуют сборка, тестирование, маркировка, упаковка и отгрузка.

Окисление

Как правило, первый этап обработки полупроводниковых устройств включает окисление внешней поверхности пластины для выращивания тонкого слоя (около одного микрона) диоксида кремния (SiO₂). Это в первую очередь защищает поверхность от загрязнений и служит маской для последующего процесса диффузии. Эта способность выращивать химически стабильную защитную пластину диоксида кремния на кремнии делает кремниевые пластины наиболее широко используемой полупроводниковой подложкой.

Окисление, обычно называемое термическим окислением, представляет собой периодический процесс, происходящий в высокотемпературной диффузионной печи. Защитный слой диоксида кремния выращивают в атмосфере, содержащей либо кислород ( O₂) (сухое окисление) или кислород в сочетании с водяным паром ( H₂О) (мокрое окисление). Температура в печи колеблется от 800 до 1,300^oC. Соединения хлора в форме хлористого водорода (HCl) также могут быть добавлены для контроля нежелательных примесей.

На новых производственных объектах наблюдается тенденция к использованию вертикальных печей для окисления. Вертикальные печи лучше удовлетворяют потребность в большем контроле загрязнения, большем размере пластин и более равномерной обработке. Они позволяют уменьшить занимаемую площадь оборудования, что экономит драгоценную площадь чистых помещений.

Сухое окисление

Кремниевые пластины, подлежащие окислению, сначала очищают с использованием моющего средства и водного раствора, а затем промывают растворителем с ксилолом, изопропиловым спиртом или другими растворителями. Очищенные пластины высушивают, загружают в держатель кварцевых пластин, называемый лодка и загружается в конец оператора (конец нагрузки) трубы или ячейки кварцевой диффузионной печи. Входной конец трубы (исходный конец) подает кислород высокой чистоты или кислородно-азотную смесь. Поток «сухого» кислорода в кварцевую трубку контролируется и гарантирует наличие избытка кислорода для роста диоксида кремния на поверхности кремниевой пластины. Основная химическая реакция:

Si + О₂ → SiO₂

Мокрое окисление

Когда вода является окислителем, обычно используются четыре метода введения водяного пара: пирофорный, высокого давления, барботер и мгновенное испарение. К основным химическим реакциям относятся:

Пирофорный и высокого давления: Si + 2O₂ + 2H₂ → SiO₂ + 2H₂O

Вспышка и барботер: Si + 2H₂O _→ SiO₂ + 2H₂

Пирофорное окисление включает в себя введение и сжигание газообразной смеси водорода и кислорода. Такие системы обычно называют сгоревший водород or факел системы. Водяной пар образуется, когда на входной конец трубки вводят надлежащее количество водорода и кислорода и дают им вступить в реакцию. Смесь необходимо точно контролировать, чтобы гарантировать правильное сгорание и предотвратить накопление взрывоопасного газообразного водорода.

Окисление под высоким давлением (HiPox) технически называется системой пиросинтеза воды и генерирует водяной пар в результате реакции сверхчистого водорода и кислорода. Затем пар закачивается в камеру высокого давления и сжимается до 10 атмосфер, что ускоряет процесс влажного окисления. Деионизированная вода также может использоваться в качестве источника пара.

In барботерное окисление деионизированную воду помещают в емкость, называемую фонтанчик для питья и поддерживается при постоянной температуре ниже его точки кипения 100°C за счет использования колбонагревателя. Газообразный азот или кислород поступает на вход барботера, насыщается водяным паром по мере подъема через воду и выходит через выход в диффузионную печь. Барботажные системы, по-видимому, являются наиболее широко используемым методом окисления.

In мгновенное окисление Деионизированная вода непрерывно капает на нагретую нижнюю поверхность кварцевого контейнера, и вода быстро испаряется, когда попадает на горячую поверхность. Азот или кислородный газ-носитель течет над испаряющейся водой и переносит водяной пар в диффузионную печь.

литография

Литография, также известная как фотолитография или просто маскирование, представляет собой метод точного формирования рисунков на оксидированной пластине. Микроэлектронная схема строится слой за слоем, каждый слой получает рисунок из маски, заданной в схеме.

Полиграфия создала настоящих предшественников современных процессов микропроизводства полупроводниковых устройств. Эти разработки относятся к изготовлению печатных форм, обычно металлических, на которых при удалении материала химическим травлением образуется рельефный рисунок поверхности. Этот же базовый метод используется при производстве мастера маски используется при изготовлении каждого слоя обработки устройства.

Разработчики схем оцифровывают основные схемы каждого уровня. Эта компьютеризированная схема позволяет быстро генерировать схему маски и облегчает любые необходимые изменения. Этот метод известен как автоматизированное проектирование (САПР). Используя мощные компьютерные алгоритмы, эти онлайн-системы проектирования позволяют разработчику размещать и изменять схемы непосредственно на экранах видеодисплеев с интерактивными графическими возможностями.

Окончательный рисунок или маска для каждого слоя схемы создается управляемым компьютером фотоплоттером или генератором шаблонов. Затем эти фоточертежи уменьшаются до фактического размера схемы, эталонная маска изготавливается на стекле с хромированным рельефом и воспроизводится на рабочей пластине, которая служит либо для контактной, либо для проекционной печати на пластине.

Эти маски очерчивают рисунок проводящих и изолирующих областей, которые переносятся на пластину с помощью фотолитографии. Большинство компаний не производят свои собственные маски, а используют маски, предоставленные производителем масок.

Уборка

Необходимость в том, чтобы внешняя поверхность пластины не содержала твердых частиц и загрязнений, требует частой очистки. Основные категории:

• очистка деионизированной водой и моющими средствами

• растворитель: изопропиловый спирт (IPA), ацетон, этанол, терпены

• кислота: плавиковая (HF), серная (H₂SO₄) и перекись водорода (H₂O₂), соляная (HCl), азотная (HNO₃) и смеси

• едкий: гидроксид аммония (NH₄ОЙ).

 

Сопротивление приложению

Пластины покрыты резистивным материалом из полимера на основе растворителя и быстро вращаются на прядильщик, который ложится тонким равномерным слоем. Затем растворители испаряются, оставляя полимерную пленку. Все резистивные материалы зависят от изменений растворимости синтетического органического полимера в выбранной промывочной жидкости проявителя, вызванных излучением (в первую очередь ультрафиолетовым). Материалы резиста классифицируются как отрицательные или положительные резисты, в зависимости от того, снижается ли растворимость в проявителе (отрицательный) или увеличивается (положительный) при воздействии радиации. В таблице 1 указан состав компонентов различных систем фоторезистов.

Таблица 1. Фоторезистивные системы

ПБ = полимерная основа; S = растворитель; Д = разработчик.

Поскольку большинство фоторезистов чувствительны к ультрафиолетовому (УФ) излучению, область обработки освещается специальным желтым светом, в котором отсутствуют чувствительные длины волн УФ (см. рис. 1).

Рис. 1. Фотолитографическое оборудование «Желтая комната»

Негативные и позитивные УФ-резисты в основном используются в промышленности. Однако электронно-лучевые и рентгеновские резисты завоевывают долю рынка благодаря более высокому разрешению. Проблемы со здоровьем при литографии в первую очередь вызваны потенциальными опасностями для репродуктивной системы, связанными с отдельными положительными резистами (например, ацетатом моноэтилового эфира этиленгликоля в качестве носителя), которые в настоящее время постепенно выводятся из употребления в промышленности. Периодические запахи негативных резистов (например, ксилола) также вызывают беспокойство у сотрудников. Из-за этих опасений промышленные гигиенисты полупроводниковой промышленности тратят много времени на отбор проб фоторезистов. Хотя это полезно для характеристики этих операций, обычное воздействие во время работы центрифуги и проявителя обычно составляет менее 5% от стандартов профессионального воздействия растворителей, используемых в процессе, в воздухе (Scarpace et al. 1989).

Было обнаружено 1-часовое воздействие ацетата моноэтилового эфира этиленгликоля с концентрацией 6.3 частей на миллион во время работы вращающейся системы. Это воздействие было в первую очередь вызвано неправильным выполнением работ при техническом обслуживании (Болдуин, Рубин и Горовиц, 1993 г.).

Сушка и предварительная выпечка

После нанесения резиста пластины перемещаются по направляющей или вручную перемещаются из центрифуги в печь с регулируемой температурой в атмосфере азота. Умеренная температура (от 70 до 90°C) вызывает отверждение фоторезиста (мягкое спекание) и испарение оставшихся растворителей.

Для обеспечения адгезии слоя резиста к пластине на пластину наносится грунтовка гексаметилдисилизан (ГМДС). Праймер связывает молекулярную воду на поверхности пластины. ГМДС применяется либо непосредственно в процессе погружения или навинчивания, либо с помощью паровой заливки, что обеспечивает технологические и экономические преимущества по сравнению с другими методами.

Выравнивание маски и экспозиция

Маска и пластина сближаются с помощью точного оптического/механического оборудования, и изображение на маске выравнивается по любому рисунку, уже существующему на пластине под слоем фоторезиста. Для первой маски выравнивание не требуется. В более старых технологиях выравнивание последовательных слоев стало возможным за счет использования бископа (микроскопа с двумя объективами) и точного контроля позиционирования пластины по отношению к маске. В более новых технологиях выравнивание выполняется автоматически с использованием контрольных точек на пластинах.

После того, как выравнивание выполнено, высокоинтенсивный ультрафиолетовый источник паров ртути или дуговой лампы освещает маску, обнажая резист в местах, не защищенных непрозрачными областями маски.

Различные методы выравнивания и экспонирования пластин включают экспонирование УФ-излучением (контактное или близкое), УФ-облучение через проекционную линзу для уменьшения (проекция), воздействие УФ-пошаговым и повторным уменьшением (проекция), рентгеновское излучение (близкое) и сканирование электронным лучом. экспозиция (прямое письмо). Основной используемый метод включает воздействие УФ-излучением от паров ртути и дуговых ламп через бесконтактные или проекционные выравниватели. УФ-резисты либо предназначены для реакции на широкий спектр длин волн УФ-излучения, либо их рецептура предназначена для реакции преимущественно на одну или несколько основных линий спектра, излучаемых лампой (например, g-линия при 435 нм, h-линия при 405 нм и i-линия при 365 нм).

Преобладающие длины волн УФ-света, используемые в настоящее время для фотомаскирования, составляют 365 нм или выше, но спектры УФ-лампы также содержат значительную энергию в области длин волн, представляющей опасность для здоровья, актиничной области ниже 315 нм. Обычно интенсивность УФ-излучения, выходящего из оборудования, меньше, чем интенсивность солнечного излучения в актиничной области и нормы, установленные для профессионального воздействия УФ-излучения.

Иногда во время технического обслуживания для юстировки УФ-лампы требуется, чтобы она была запитана вне шкафа с оборудованием или без обычных защитных фильтров. Уровни воздействия во время этой операции могут превышать пределы воздействия на рабочем месте, но стандартная одежда для чистых помещений (например, халаты, виниловые перчатки, лицевые маски и защитные очки из поликарбоната с УФ-ингибитором) обычно достаточна для ослабления УФ-излучения до значений ниже пределов воздействия (Болдуин и Стюарт, 1989 г.). ).

В то время как преобладающие длины волн для ультрафиолетовых ламп, используемых в фотолитографии, составляют 365 нм или выше, поиск более мелких функций в усовершенствованных ИС приводит к использованию источников облучения с меньшими длинами волн, таких как глубокое УФ и рентгеновское излучение. Одной из новых технологий для этой цели является использование эксимерных лазеров на фториде криптона, используемых в шаговых двигателях. Эти степперы используют длину волны 248 нм с высокой выходной мощностью лазера. Однако корпуса для этих систем удерживают балку при нормальной работе.

Как и в случае с другим оборудованием, содержащим мощные лазерные системы, используемые в производстве полупроводников, основная проблема заключается в том, что блокировки системы должны быть отключены во время выравнивания луча. Мощные лазеры также представляют собой одну из наиболее значительных электрических опасностей в полупроводниковой промышленности. Даже после отключения питания внутри инструмента существует значительный потенциал удара. Элементы управления и соображения безопасности для этих систем рассматриваются Эшером, Уэзерсом и Лабонвиллем (1993).

Одним из передовых источников излучения, используемых в литографии, является рентгеновское излучение. Уровни излучения от источников рентгеновской литографии могут привести к мощности дозы, приближающейся к 50 миллизивертам (5 бэр) в год в центре оборудования. Для минимизации воздействия рекомендуется ограничить доступ к участкам внутри экранированной стены (Rooney and Leavey 1989).

Развивающийся

На этапе проявления неполимеризованные участки резиста растворяются и удаляются. Проявитель на основе растворителя наносится на поверхность пластины, покрытой резистом, путем погружения, распыления или распыления. Растворы-проявители указаны в таблице 1. Промывка растворителем (n-бутилацетат, изопропиловый спирт, ацетон и т. д.) обычно наносят после проявителя для удаления любого остаточного материала. Оставшийся после проявления резист защищает отдельные слои при последующей обработке.

Выпекание

После выравнивания, экспонирования и проявления резиста пластины затем перемещаются в другую печь с регулируемой температурой в атмосфере азота. В печи с более высокой температурой (от 120 до 135°C) фоторезист отвердевает и полностью полимеризуется на поверхности пластины (запекание).

Снятие фоторезиста

Затем проявленная пластина выборочно травится с использованием влажных или сухих химикатов (см. «Травление» ниже). Оставшийся фоторезист необходимо удалить с пластины перед дальнейшей обработкой. Это делается либо с помощью влажных химических растворов в ваннах с регулируемой температурой, либо с помощью плазменного озолителя или сухого химиката. В таблице 2 указаны как влажные, так и сухие химические компоненты. Далее следует обсуждение сухого химического плазменного травления с использованием того же оборудования и принципов работы, что и при плазменном озолении.

---

Таблица 2. Инструмент для удаления фоторезиста

Мокрая химия

 Кислота

Серная (H₂SO₄) и хромовые (CrO₃)

Серная (H₂SO₄) и персульфат аммония ((NH₄)₂S₂O₈)

Серная (H₂SO₄) и перекись водорода (H₂O₂)

Organics

Фенолы, серная кислота, трихлорбензол, перхлорэтилен

Эфиры гликоля, этаноламин, триэтаноламин

Гидроксид натрия и силикаты (положительный резист)

Сухой химический

Плазменное озоление (зачистка)

ВЧ (радиочастотный) источник питания — частота 13.56 МГц или 2,450 МГц.

Кислород (O₂) исходный газ

Вакуумные насосные системы

—Масляная смазка с ловушкой жидким азотом (старая технология)
— Смазка инертными перфторполиэфирными жидкостями (более новая технология)
— Сухой насос (новейшая технология)

---

Этчинг

Травление удаляет слои диоксида кремния (SiO₂), металлы и поликремний, а также резисты в соответствии с желаемыми рисунками, очерченными резистом. Двумя основными категориями травления являются влажное и сухое химическое травление. Преимущественно используется влажное травление, включающее растворы, содержащие травители (обычно смесь кислот) нужной концентрации, которые вступают в реакцию с удаляемыми материалами. Сухое травление предполагает использование реактивных газов под вакуумом в камере с высоким напряжением, что также удаляет желаемые слои, не защищенные резистом.

Мокрая химия

Растворы для влажного химического травления размещаются в травильных ваннах с регулируемой температурой, изготовленных из полипропилена (полипро), огнестойкого полипропилена (FRPP) или поливинилхлорида (ПВХ). Ванны, как правило, оборудованы приточно-вытяжной вентиляцией кольцевого типа или щелевой вытяжкой в ​​задней части станции влажного химического травления. Вертикальные вытяжки с ламинарным потоком подают равномерно отфильтрованный воздух, не содержащий твердых частиц, на верхнюю поверхность травильных ванн. Обычные химические растворы для влажного травления представлены в таблице 3 в зависимости от протравливаемого поверхностного слоя.

Таблица 3. Мокрые химические травители

 

Вертикально установленные колпаки подачи потока при использовании в сочетании с брызгозащитными экранами и вытяжной вентиляцией могут создавать зоны турбулентности воздуха внутри станции влажного химического травления. В результате возможно снижение эффективности местной вытяжной вентиляции по улавливанию и отводу летучих загрязнителей воздуха из находящихся в эксплуатации ванн травления.

Основной проблемой при влажном травлении является возможность контакта кожи с концентрированными кислотами. Хотя все кислоты, используемые при травлении, могут вызывать кислотные ожоги, воздействие плавиковой кислоты (HF) вызывает особую озабоченность. Задержка между контактом с кожей и болью (до 24 часов для растворов с содержанием HF менее 20 % и от 1 до 8 часов для растворов с содержанием HF от 20 до 50 %) может привести к задержке лечения и более серьезным ожогам, чем ожидалось (Hathaway et al., 1991). .

Исторически кислотные ожоги были особой проблемой в отрасли. Однако в последние годы количество случаев контакта кожи с кислотами сократилось. Частично это снижение было вызвано улучшениями в процессе травления, связанными с продуктом, такими как переход на сухое травление, использование большего количества робототехники и установка систем дозирования химикатов. Снижение частоты кислотных ожогов также может быть связано с лучшими методами обработки, более широким использованием средств индивидуальной защиты, более продуманными мокрыми палубами и лучшим обучением — все это требует постоянного внимания, если уровень будет снижаться еще больше (Болдуин и Уильямс, 1996 г.). ).

Сухой химический

Сухое химическое травление представляет собой область растущего интереса и использования из-за его способности лучше контролировать процесс травления и снижать уровень загрязнения. Сухая химическая обработка эффективно травит желаемые слои за счет использования химически активных газов или физической бомбардировки.

Были разработаны химически реактивные системы плазменного травления, которые могут эффективно травить кремний, диоксид кремния, нитрид кремния, алюминий, тантал, соединения тантала, хром, вольфрам, золото и стекло. Используются два типа систем реакторов плазменного травления: бочкообразные, или цилиндрические, и плоскопараллельные, или плоские. Оба работают по одним и тем же принципам и в основном различаются только конфигурацией.

Плазма похожа на газ, за ​​исключением того, что некоторые атомы или молекулы плазмы ионизированы и могут содержать значительное количество свободных радикалов. Типичный реактор состоит из камеры вакуумного реактора, содержащей пластину, обычно изготовленную из алюминия, стекла или кварца; источник радиочастотной (РЧ) энергии - обычно на частоте 450 кГц, 13.56 МГц или 40.5 МГц и модуль управления для контроля времени обработки, состава газа-реагента, расхода газа и уровня мощности РЧ. Кроме того, источник вакуума форвакуумного насоса с масляной смазкой (более старая технология) или сухим (более новая технология) находится на одной линии с камерой реактора. Пластины загружаются в реактор по отдельности или в кассетах, насос откачивает камеру и вводится газ-реагент (обычно четырехфтористый углерод). При ионизации газа образуется плазма травления, которая вступает в реакцию с пластинами с образованием летучих продуктов, которые откачиваются. Введение свежего газа-реагента в камеру поддерживает активность травления. В таблице 4 указаны материалы и плазмообразующие газы, используемые для травления различных слоев.

Таблица 4. Газы плазменного травления и травящиеся материалы

 

Другой метод, который в настоящее время разрабатывается для травления, - это микроволновая обработка. Он использует микроволновый разряд высокой плотности для создания метастабильных атомов с длительным временем жизни, которые травят материал почти так, как если бы он был погружен в кислоту.

Процессы физического травления аналогичны пескоструйной очистке в том смысле, что атомы аргона используются для физической бомбардировки слоя, подлежащего травлению. Для удаления смещенного материала используется вакуумная насосная система. Реактивное ионное травление включает комбинацию химического и физического сухого травления.

Процесс распыления представляет собой процесс ионного удара и передачи энергии. Травление распылением включает систему распыления, в которой пластина, подлежащая травлению, прикрепляется к отрицательному электроду или мишени в цепи тлеющего разряда. Материал вылетает из пластины при бомбардировке положительными ионами, обычно аргоном, что приводит к дислокации поверхностных атомов. Питание обеспечивается источником ВЧ на частоте 450 кГц. Встроенная вакуумная система используется для контроля давления и удаления реагентов.

Ионно-лучевое травление и фрезерование — это щадящий процесс травления, в котором используется пучок низкоэнергетических ионов. Ионно-лучевая система состоит из источника для генерации ионного пучка, рабочей камеры, в которой происходит травление или фрезерование, приспособления с мишенью для удержания пластин в ионном пучке, системы вакуумного насоса, поддерживающей электроники и инструментов. Ионный пучок извлекается из ионизированного газа (аргона или аргона/кислорода) или плазмы, создаваемой электрическим разрядом. Разряд получают приложением напряжения между термокатодом, излучающим электроны, и анодным цилиндром, расположенным во внешнем диаметре области разряда.

Ионно-лучевое измельчение осуществляется в низкоэнергетическом диапазоне ионной бомбардировки, когда происходят только поверхностные взаимодействия. Эти ионы, обычно в диапазоне от 500 до 1,000 эВ, поражают цель и брызгать слюной поверхностных атомов, разрушая силы, связывающие атом с его соседом. Ионно-лучевое травление выполняется в несколько более высоком диапазоне энергий, что связано с более резким смещением поверхностных атомов.

Реактивное ионное травление (РИТ) представляет собой комбинацию физического распыления и химического травления реактивных частиц при низких давлениях. RIE использует ионную бомбардировку для достижения направленного травления, а также химически активный газ, четырехфтористый углерод (CF₄) или четыреххлористый углерод (CCl₄), чтобы поддерживать хорошую селективность травленого слоя. Пластину помещают в камеру с атмосферой химически активного газового соединения при низком давлении около 0.1 торр (1.3 х 10^-4 атмосфера). Электрический разряд создает плазму реактивных «свободных радикалов» (ионов) с энергией в несколько сотен электрон-вольт. Ионы ударяются о поверхность пластины вертикально, где они вступают в реакцию с образованием летучих частиц, которые удаляются встроенной вакуумной системой низкого давления.

У машин для сухого травления иногда есть цикл очистки, который используется для удаления отложений, скапливающихся внутри реакционных камер. Исходные соединения, используемые для плазмы цикла очистки, включают трифторид азота (NF₃), гексафторэтан (C₂F₆) и октафторпропан ( C₃F₈).

Эти три газа, используемые в процессе очистки, и многие газы, используемые в травлении, являются краеугольным камнем экологической проблемы, стоящей перед полупроводниковой промышленностью, которая возникла в середине 1990-х годов. Было установлено, что несколько высокофторированных газов обладают значительным потенциалом глобального потепления (или парникового эффекта). (Эти газы также называются ПФУ, перфторированные соединения.) Длительное время жизни в атмосфере, высокий потенциал глобального потепления и значительное увеличение использования ПФУ, таких как NF.₃, C₂F₆, C₃F₈, КФ₄, трифторметан (CHF₃) и гексафторид серы (SF₆) заставили полупроводниковую промышленность сосредоточиться на способах сокращения выбросов.

Выбросы в атмосферу ПФУ в полупроводниковой промышленности связаны с низкой эффективностью инструментов (многие инструменты потребляют только от 10 до 40% используемого газа) и неадекватным оборудованием для снижения выбросов в атмосферу. Мокрые скрубберы неэффективны для удаления ПФУ, и испытания многих установок для сжигания показали низкую эффективность удаления некоторых газов, особенно CF.₄. Многие из этих установок сгорания вышли из строя C₂F₆ и C₃F₈ в CF₄. Кроме того, высокая стоимость владения этими средствами борьбы с выбросами, потребляемая ими мощность, выделение ими других газов, вызывающих глобальное потепление, и побочных продуктов их сгорания опасных загрязнителей воздуха указывают на то, что борьба со сжиганием не является подходящим методом для контроля выбросов ПФУ.

Повышение эффективности технологических инструментов, выявление и разработка более экологически чистых альтернатив этим газам сухого травления, а также рекуперация/рециркуляция выхлопных газов — вот основные экологические задачи, связанные с установками для сухого травления.

Основное внимание в области гигиены труда для машин для сухого травления уделялось потенциальному воздействию на обслуживающий персонал, работающий с реакционными камерами, насосами и другим сопутствующим оборудованием, которое может содержать остатки продуктов реакции. Сложность плазменных травильных машин и сложность характеристики запахов, связанных с их обслуживанием, сделали их предметом многих исследований.

Продукты реакции, образующиеся в плазменных травителях металлов, представляют собой сложную смесь хлорированных и фторированных соединений. Техническое обслуживание травильных станков по металлу часто связано с кратковременными операциями, которые вызывают сильный запах. Было обнаружено, что гексахлорэтан является основной причиной появления запаха в одном типе травильных установок для алюминия (Helb et al., 1983). В другом случае главной проблемой был хлорид циана: уровни воздействия в 11 раз превышали предел воздействия на рабочем месте 0.3 ppm (Baldwin 1985). В других типах травителей хлористый водород вызывает запах; максимальное измеренное воздействие составило 68 частей на миллион (Балдуин, Рубин и Горовиц, 1993). Дополнительную информацию по этому вопросу см. в Mueller and Kunesh (1989).

Сложность химического состава выхлопных газов установок для травления металлов побудила исследователей разработать экспериментальные методы изучения токсичности этих смесей (Bauer et al. 1992a). Применение этих методов в исследованиях на грызунах указывает на то, что некоторые из этих химических смесей предположительно являются мутагенами (Bauer et al. 1992b) и предполагаемыми репродуктивными токсинами (Schmidt et al. 1995).

Поскольку установки для сухого травления работают как закрытые системы, химическое воздействие на операторов оборудования обычно не происходит, пока система закрыта. Единственным редким исключением является случай, когда цикл продувки старых травильных установок периодического действия недостаточно длинный для надлежащего удаления травильных газов. Сообщалось о кратковременном, но раздражающем воздействии соединений фтора, уровень которых ниже предела обнаружения для типичных процедур контроля промышленной гигиены, когда дверцы этих травильных установок были открыты. Обычно это можно исправить, просто увеличив продолжительность цикла продувки перед открытием дверцы камеры травления.

Основная опасность воздействия радиочастотной энергии на оператора возникает во время плазменного травления и озоления (Cohen 1986; Jones 1988). Как правило, утечка радиочастотной энергии может быть вызвана:

• смещенные двери
• трещины и дыры в шкафах
• металлические столы и электрические кабели, действующие как антенны из-за неправильного заземления травильного станка
• отсутствие поглощающего экрана в смотровом окне травильного станка (Jones, 1988; Horowitz, 1992).

 

Радиочастотное облучение также может происходить во время технического обслуживания травильных станков, особенно если шкаф с оборудованием был снят. Экспозиция 12.9 мВт/см² был найден в верхней части старой модели плазменного травителя со снятой крышкой для обслуживания (Horowitz 1992). Фактическая утечка радиочастотного излучения в зоне, где стоит оператор, обычно не превышала 4.9 мВт/см.².

легирование

Формирование электрического соединения или границы между p и n областей в монокристаллической кремниевой пластине является важным элементом для функционирования всех полупроводниковых устройств. Соединения позволяют току течь в одном направлении гораздо легче, чем в другом. Они обеспечивают основу для диодных и транзисторных эффектов во всех полупроводниках. В интегральной схеме контролируемое количество элементарных примесей или примесей должно быть введено в выбранные протравленные области кремниевой подложки или пластины. Это можно сделать методами диффузии или ионной имплантации. Независимо от используемой технологии одни и те же типы или примеси используются для производства полупроводниковых переходов. В таблице 5 указаны основные компоненты, используемые для легирования, их физическое состояние, электрический тип (p or n) и основной используемый метод соединения - диффузионная или ионная имплантация.

Таблица 5. Добавки для формирования переходов при диффузии и ионной имплантации

 

Обычное химическое воздействие на операторов как диффузионных печей, так и аппаратов для ионной имплантации невелико — обычно меньше предела обнаружения стандартных процедур отбора проб гигиены труда. Химические проблемы, связанные с технологическим процессом, связаны с возможностью выброса токсичных газов.

Еще в 1970-х годах прогрессивные производители полупроводников начали устанавливать первые системы непрерывного газоанализа горючих и токсичных газов. Основное внимание в этом мониторинге уделялось обнаружению аварийных выбросов наиболее токсичных легирующих газов с пороговыми значениями запаха, превышающими пределы воздействия на рабочем месте (например, арсин и диборан).

Большинство мониторов промышленной гигиены в полупроводниковой промышленности используются для обнаружения утечек легковоспламеняющихся и токсичных газов. Однако на некоторых объектах также используются системы непрерывного мониторинга для:

• анализировать выбросы выхлопных труб (дымов)
• количественно определить концентрации летучих химических веществ в окружающем воздухе
• определять и количественно определять запахи в сказочных помещениях.

 

Технологии, наиболее часто используемые в полупроводниковой промышленности для этого типа мониторинга, включают колориметрическое обнаружение газа (например, непрерывный детектор газа MDA), электрохимические датчики (например, мониторы sensydyne) и инфракрасное преобразование Фурье (например, Telos ACM) (Балдуин и Уильямс, 1996). .

Вещание

Вещание термин, используемый для описания перемещения легирующих примесей из областей с высокой концентрацией на стороне источника диффузионной печи в области с более низкой концентрацией внутри кремниевой пластины. Диффузия - наиболее распространенный метод образования соединений.

Этот метод включает в себя воздействие на пластину нагретой атмосферы внутри диффузионной печи. Печь содержит желаемые легирующие примеси в форме пара, что приводит к созданию областей легированной электрической активности либо p or n. Наиболее часто используемые легирующие примеси: бор для р-типа; и фосфор (P), мышьяк (As) или сурьма (Sb) для n-типа (см. таблицу 5).

Обычно пластины укладываются в кварцевый носитель или лодочку и помещаются в диффузионную печь. Диффузионная печь содержит длинную кварцевую трубку и механизм точного контроля температуры. Температурный контроль чрезвычайно важен, так как скорость диффузии различных примесей кремния в первую очередь зависит от температуры. Диапазон рабочих температур от 900 до 1,300 ^oC, в зависимости от конкретной легирующей примеси и процесса.

Нагрев кремниевой пластины до высокой температуры позволяет атомам примесей медленно диффундировать через кристаллическую структуру. Примеси перемещаются через диоксид кремния медленнее, чем через сам кремний, что позволяет тонкому оксиду шаблон, служащий маской, и тем самым позволяя легирующей примеси проникать в кремний только там, где он незащищен. После накопления достаточного количества примесей пластины удаляются из печи, и диффузия фактически прекращается.

Для максимального контроля большинство диффузий выполняются в два этапа:предварительное осаждение и вбивать. Предварительное осаждение или диффузия с постоянным источником является первым этапом и происходит в печи, температура в которой выбирается для достижения наилучшего контроля количества примесей. Температура определяет растворимость легирующей примеси. После сравнительно короткой обработки перед осаждением пластина физически перемещается во вторую печь, обычно при более высокой температуре, где вторая термообработка нагнетает легирующую добавку до желаемой глубины диффузии в решетке кремниевой пластины.

Источники легирующей примеси, используемые на этапе предварительного осаждения, находятся в трех различных химических состояниях: газообразном, жидком и твердом. В таблице 5 указаны различные типы примесей диффузионного источника и их физические состояния.

Газы обычно подаются из баллонов со сжатым газом с регуляторами или регуляторами давления, запорными клапанами и различными приспособлениями для продувки и распределяются по металлическим трубкам малого диаметра.

Жидкости обычно дозируются из барботеров, которые насыщают поток газа-носителя, обычно азота, парами жидкой легирующей примеси, как описано в разделе о мокром окислении. Другой способ дозирования жидкости – использование крутиться добавка аппарат. Это влечет за собой помещение твердой легирующей примеси в раствор с жидким растворителем-носителем, затем капание раствора на пластину и вращение, аналогично нанесению фоторезистов.

Твердые источники могут иметь форму пластины нитрида бора, которая помещается между двумя пластинами кремния для легирования, а затем помещается в диффузионную печь. Кроме того, твердые примеси в виде порошка или гранул могут быть помещены в кварцевая бомба корпус (триоксид мышьяка), вручную сбрасываемый в исходный конец диффузионной трубы или загружаемый в отдельную исходную печь на одной линии с основной диффузионной печью.

При отсутствии надлежащего контроля воздействие мышьяка выше 0.01 мг/м³ сообщалось во время очистки печи для осаждения (Wade et al., 1981) и во время очистки камер корпуса источника для твердотельных ионных имплантатов (McCarthy, 1985; Baldwin, King and Scarpace, 1988). Эти воздействия произошли, когда не были приняты меры предосторожности для ограничения количества пыли в воздухе. Однако, когда остатки оставались влажными во время очистки, воздействие снижалось до намного ниже предела воздействия в воздухе.

В более старых диффузионных технологиях существует угроза безопасности при снятии, очистке и установке печных труб. Опасности включают в себя возможные порезы от разбитой кварцевой посуды и ожоги кислотой во время ручной очистки. В более новых технологиях эти опасности уменьшаются за счет на месте очистка трубки, которая устраняет большую часть ручного обращения.

Операторы диффузионных печей чаще всего подвергаются воздействию электромагнитных полей крайне низкой частоты (например, от 50 до 60 Гц) в чистых помещениях при производстве полупроводников. Сообщалось о среднем воздействии более 0.5 микротесла (5 мГс) во время фактической работы печей (Crawford et al. 1993). В этом исследовании также было отмечено, что средний измеренный уровень воздействия на персонал чистых помещений, работающий вблизи диффузионных печей, был заметно выше, чем у других работников чистых помещений. Этот вывод согласовывался с точечными измерениями, о которых сообщили Розенталь и Абдоллахзаде (1991), которые обнаружили, что диффузионные печи давали показания близости (на расстоянии 5 см или 2 дюйма) до 10–15 микротесл, при этом окружающие поля постепенно уменьшались с расстоянием. чем другое изученное оборудование для чистых помещений; даже на расстоянии 6 футов от диффузионных печей заявленная плотность потока составляла от 1.2 до 2 мкТл (Crawford et al. 1993). Эти уровни выбросов значительно ниже текущих предельных значений воздействия на здоровье, установленных Всемирной организацией здравоохранения и установленных отдельными странами.

Ионная имплантация

Ионная имплантация — это новый метод введения примесных элементов при комнатной температуре в кремниевые пластины для формирования перехода. Ионизированные атомы легирующей примеси (т. е. атомы, лишенные одного или нескольких электронов) ускоряются до высокой энергии, пропуская их через разность потенциалов в десятки тысяч вольт. В конце своего пути они ударяются о пластину и внедряются на разную глубину в зависимости от их массы и энергии. Как и при обычной диффузии, узорчатый оксидный слой или рисунок фоторезиста избирательно маскирует пластину от ионов.

Типичная система ионной имплантации состоит из ионного источника (газообразный источник легирующей примеси, обычно в небольших колбах для лекций), аналитического оборудования, ускорителя, фокусирующей линзы, ловушки нейтрального луча, технологической камеры сканера и вакуумной системы (обычно три отдельных набора встроенных форвакуумные и маслодиффузионные насосы). Поток электронов генерируется из горячей нити за счет сопротивления, дугового разряда или электронного луча с холодным катодом.

Как правило, после имплантации пластин выполняется этап высокотемпературного отжига (от 900 до 1,000°C) с помощью отжига лазерным лучом или импульсного отжига с источником электронного луча. Процесс отжига помогает восстановить повреждение внешней поверхности имплантированной пластины, вызванное бомбардировкой ионами легирующей примеси.

С появлением безопасной системы доставки газовых баллонов с арсином, фосфином и трехфтористым бором, используемых в устройствах для ионной имплантации, возможность катастрофического выброса этих газов значительно снизилась. Эти небольшие газовые баллоны заполнены соединением, на котором адсорбированы арсин, фосфин и трифторид бора. Газы вытягиваются из цилиндров с помощью вакуума.

Ионные имплантеры представляют собой одну из наиболее значительных электрических опасностей в полупроводниковой промышленности. Даже после отключения питания внутри инструмента существует значительный потенциал удара, который необходимо рассеять перед работой внутри имплантера. Для всего вновь устанавливаемого оборудования, но особенно для ионных имплантантов, требуется тщательный анализ операций по техническому обслуживанию и опасностей, связанных с электричеством.

Воздействие гидридов (вероятно, смеси арсина и фосфина) до 60 частей на миллиард было обнаружено во время технического обслуживания крионасоса устройства для ионного имплантирования (Балдуин, Рубин и Горовиц, 1993). Кроме того, высокие концентрации как арсина, так и фосфина могут выделять газы из загрязненных частей имплантата, которые удаляются во время профилактического обслуживания (Flipp, Hunsaker and Herring 1992).

Портативные пылесосы с высокоэффективными фильтрами для подавления твердых частиц (HEPA) используются для очистки загрязненных мышьяком рабочих поверхностей в зонах ионной имплантации. Воздействие свыше 1,000 мкг/м³ были измерены при неправильной очистке пылесосов HEPA. Пылесосы HEPA при выбросе в рабочее пространство также могут эффективно распространять характерный запах, похожий на гидрид, связанный с очисткой линии пучка ионного имплантанта (Балдуин, Рубин и Горовиц, 1993).

Несмотря на озабоченность, не было опубликованных отчетов о значительном воздействии легирующего газа во время замены масла в вакуумных насосах, используемых с легирующими присадками, возможно, потому, что это обычно делается в закрытой системе. Отсутствие сообщений о воздействии также может быть результатом низкого уровня газовыделения гидридов из отработанного масла.

Результат полевого исследования, в ходе которого 700 мл отработанного масла для форвакуумного насоса из устройства для ионного имплантирования, в котором использовались как арсин, так и фосфин, нагревали, показал определяемые концентрации переносимых по воздуху гидридов в головном пространстве насоса только тогда, когда температура масла в насосе превышала 70^oC (Балдуин, Кинг и Скарпейс, 1988). Поскольку нормальные рабочие температуры механических форвакуумных насосов составляют от 60 до 80^oC, это исследование не указало на возможность значительного воздействия.

При ионной имплантации рентгеновские лучи формируются попутно во время операции. Большинство аппаратов для имплантации имеют достаточную защиту корпуса (включая свинцовую пленку, расположенную вокруг корпуса ионного источника и прилегающих дверей доступа), чтобы поддерживать воздействие на сотрудников менее 2.5 микрозивертов (0.25 миллибэр) в час (Maletskos and Hanley 1983). Однако было обнаружено, что у старой модели имплантеров утечка рентгеновского излучения на поверхность устройства превышала 20 микрозивертов в час (мкЗв/ч) (Baldwin, King and Scarpace 1988). Эти уровни были снижены до уровня менее 2.5 мкЗв/ч после установки дополнительной свинцовой защиты. У другой старой модели ионного имплантера была обнаружена утечка рентгеновского излучения вокруг входной двери (до 15 мкЗв/ч) и в смотровом окне (до 3 мкЗв/ч). Для снижения возможного облучения была добавлена ​​дополнительная свинцовая защита (Балдуин, Рубин и Горовиц, 1993).

В дополнение к рентгеновскому облучению от ионных имплантеров была постулирована возможность образования нейтронов, если имплантер работает при напряжении выше 8 миллионов электрон-вольт (МэВ) или в качестве источника ионов используется газообразный дейтерий (Rogers 1994). Однако обычно имплантеры рассчитаны на работу при энергиях значительно ниже 8 МэВ, а дейтерий обычно не используется в промышленности (Балдуин и Уильямс, 1996).

Химическое осаждение из паровой фазы

Химическое осаждение из паровой фазы (CVD) включает нанесение дополнительного материала на поверхность кремниевой пластины. Установки CVD обычно работают как закрытая система, в результате чего химическое воздействие на операторов незначительно или отсутствует. Однако при очистке некоторых предварительных скрубберов CVD может произойти кратковременное воздействие хлористого водорода выше 5 частей на миллион (Baldwin and Stewart 1989). Обычно используются две широкие категории осаждения — эпитаксиальное и более общая категория неэпитаксиального CVD.

Эпитаксиальное химическое осаждение из паровой фазы

Эпитаксиальный рост представляет собой строго контролируемое осаждение тонкой монокристаллической пленки материала, который сохраняет ту же кристаллическую структуру, что и существующий слой пластины подложки. Он служит матрицей для изготовления полупроводниковых компонентов в последующих процессах диффузии. Большинство эпитаксиальных пленок выращивают на подложках из одного и того же материала, например кремния на кремнии, в процессе, называемом гомоэпитаксией. Выращивание слоев различных материалов на подложке, такой как кремний на сапфире, называется гетероэпитаксией обработки устройства ИС.

Для выращивания эпитаксиальных слоев используются три основных метода: паровая фаза, жидкая фаза и молекулярный пучок. Жидкофазная и молекулярно-лучевая эпитаксии в основном используются при обработке приборов III-V (например, GaAs). Они обсуждаются в статье «Производство полупроводников III-V».

Методом парофазной эпитаксии выращивают пленки методом CVD молекул при температуре от 900 до 1,300°С.^oC. Пары, содержащие кремний и контролируемые количества примесей p- или n-типа в газе-носителе (обычно водороде), пропускают над нагретыми пластинами для осаждения легированных слоев кремния. Процесс обычно проводят при атмосферном давлении.

В таблице 6 указаны четыре основных типа парофазной эпитаксии, параметры и протекающие химические реакции.

Таблица 6. Основные категории газофазной эпитаксии кремния

 

Последовательность осаждения, обычно выполняемая в эпитаксиальном процессе, включает:

• очистка подложки- физическую очистку, обезжиривание растворителем, кислотную очистку (серная, азотная и соляная, фтористоводородная - обычная последовательность) и операцию сушки.

• загрузка пластин

• разогреть- продувка азотом и нагрев примерно до 500 ° C, затем используется газообразный водород, а ВЧ-генераторы индуктивно нагревают пластины.

• травление хлористым водородом (HCl) —обычно в камеру реактора подается HCl с концентрацией от 1 до 4%.

• отложение— дозируется источник кремния и легирующие газы, которые осаждаются на поверхность пластины

• остывать-газообразный водород снова переключился на азот при 500°C

• разгрузка.

 

Неэпитаксиальное химическое осаждение из паровой фазы

В то время как эпитаксиальный рост является высокоспецифичной формой CVD, при которой осажденный слой имеет ту же ориентацию кристаллической структуры, что и слой подложки, неэпитаксиальный CVD представляет собой образование стабильного соединения на нагретой подложке в результате термической реакции или разложения газообразных соединений.

CVD можно использовать для осаждения многих материалов, но при обработке кремниевых полупроводников, помимо эпитаксиального кремния, обычно встречаются следующие материалы:

• поликристаллический кремний (polySi)

• диоксид кремния (SiO₂- как легированные, так и нелегированные; p-легированное стекло)

• нитрид кремния ( Si₃N₄).

 

Каждый из этих материалов может быть нанесен различными способами, и каждый из них имеет множество применений.

В таблице 7 указаны три основные категории сердечно-сосудистых заболеваний с использованием рабочей температуры в качестве механизма дифференциации.

Таблица 7. Основные категории химического осаждения кремния из паровой фазы (CVD)

* Примечание: реакции не являются стехиометрически сбалансированными.

**Общие, патентованные или товарные знаки для реакторных систем CVD.

 

Следующие компоненты присутствуют почти во всех типах оборудования CVD:

• реакционная камера
• газорегуляторная секция
• контроль времени и последовательности
• источник тепла для подложек
• обработка стоков.

 

В основном, процесс CVD влечет за собой подачу контролируемых количеств исходных газов кремния или нитрида в сочетании с газами-носителями азота и/или водорода и легирующим газом, если это необходимо, для химической реакции в камере реактора. Тепло применяется для обеспечения необходимой энергии для химической реакции в дополнение к контролю температуры поверхности реактора и пластин. После завершения реакции непрореагировавший исходный газ вместе с газом-носителем выпускаются через систему обработки сточных вод и выбрасываются в атмосферу.

Пассивация является функциональным типом ССЗ. Он включает в себя наращивание защитного оксидного слоя на поверхности кремниевой пластины, как правило, в качестве последнего этапа изготовления перед производственной обработкой. Слой обеспечивает электрическую стабильность, изолируя поверхность интегральной схемы от электрических и химических условий окружающей среды.

Металлизация

После изготовления устройств на кремниевой подложке их необходимо соединить вместе для выполнения функций схемы. Этот процесс известен как металлизация. Металлизация обеспечивает средства проводки или соединения самых верхних слоев интегральных схем путем нанесения сложных узоров из проводящих материалов, которые направляют электрическую энергию внутри схем.

Широкий процесс металлизации дифференцируется в зависимости от размера и толщины слоев осаждаемых металлов и других материалов. Эти:

• тонкая пленка- приблизительная толщина пленки один микрон или менее

• толстая пленка- приблизительная толщина пленки 10 мкм или более

• обшивка- толщина пленки варьируется от тонкой до толстой, но обычно это толстые пленки.

 

Наиболее распространенными металлами, используемыми для металлизации кремниевых полупроводников, являются: алюминий, никель, хром или сплав, называемый нихромом, золото, германий, медь, серебро, титан, вольфрам, платина и тантал.

Тонкие или толстые пленки также можно напылять или наносить на различные керамические или стеклянные подложки. Некоторые примеры этих подложек: оксид алюминия (96% Al₂0₃), бериллий (99% BeO), боросиликатное стекло, пирокерам и кварц (SiO₂).

Тонкая пленка

Тонкопленочная металлизация часто применяется с использованием высоковакуумного или частичновакуумного осаждения или метода испарения. Основными типами высоковакуумного напыления являются электронно-лучевое, мгновенное и резистивное напыление, в то время как напыление в частичном вакууме осуществляется в основном распылением.

Для выполнения любого типа тонкопленочной вакуумной металлизации система обычно состоит из следующих основных компонентов:

• камера, которую можно вакуумировать, чтобы обеспечить достаточный вакуум для осаждения

• вакуумный насос (или насосы) для уменьшения окружающего газа в камере

• приборы для контроля уровня вакуума и других параметров

• способ нанесения или испарения слоев металлизирующего материала.

 

Электронно-лучевое испарениечасто называют Электронный луч, использует сфокусированный пучок электронов для нагрева материала металлизации. Пучок электронов высокой интенсивности генерируется аналогично тому, как это делается в телевизионном кинескопе. Поток электронов ускоряется электрическим полем обычно от 5 до 10 кВ и фокусируется на испаряемом материале. Сфокусированный пучок электронов плавит материал, содержащийся в водоохлаждаемом блоке с большим углублением, называемым очагом. Затем расплавленный материал испаряется внутри вакуумной камеры и конденсируется на холодных пластинах, а также на всей поверхности камеры. Затем выполняются стандартные операции фоторезиста, экспонирования, проявления и влажного или сухого травления, чтобы очертить сложную металлизированную схему.

Быстрое испарение Еще один способ нанесения тонких металлизированных пленок. Этот метод в основном используется, когда необходимо одновременно испарить смесь двух материалов (сплавов). Некоторые примеры двухкомпонентных пленок: никель/хром (нихром), монооксид хрома/кремния (SiO) и алюминий/кремний.

При мгновенном испарении керамический стержень нагревается за счет термического сопротивления, и непрерывно подаваемая катушка с проволокой, поток гранул или вибрационно распределяемый порошок контактируют с горячей нитью или стержнем. Затем испаренные металлы покрывают внутреннюю камеру и поверхности пластин.

Резистивное испарение (также известное как испарение нити) — самая простая и наименее дорогая форма осаждения. Испарение осуществляется путем постепенного увеличения тока, протекающего через нить, чтобы сначала расплавить петли испаряемого материала, тем самым смачивая нить. Как только нить смачивается, ток через нить увеличивается до тех пор, пока не произойдет испарение. Основным преимуществом резистивного испарения является широкий спектр материалов, которые можно испарять.

Работы по техническому обслуживанию иногда выполняются на внутренней поверхности камер осаждения электронно-лучевого испарителя, называемых колпаками. Когда головы специалистов по техническому обслуживанию находятся внутри колпаков, может произойти значительное облучение. Удаление металлических остатков, которые оседают на внутренней поверхности колпаков, может привести к таким воздействиям. Например, воздействие на техников, намного превышающее предел воздействия серебра в воздухе, было измерено во время удаления остатков из испарителя, используемого для осаждения серебра (Baldwin and Stewart 1989).

Очистка остатков колпака с помощью органических чистящих растворителей также может привести к сильному воздействию растворителей. Во время этого типа очистки технический персонал подвергался воздействию метанола выше 250 частей на миллион. Это воздействие можно устранить, используя воду в качестве чистящего растворителя вместо метанола (Балдуин и Стюарт, 1989).

Ассоциация напыление процесс происходит в газовой атмосфере низкого давления или частичного вакуума с использованием либо постоянного электрического тока (постоянный ток, или катодное напыление), либо высокочастотного напряжения в качестве источника высокой энергии. При распылении ионы инертного газа аргона вводятся в вакуумную камеру после достижения удовлетворительного уровня вакуума с помощью форвакуумного насоса. Электрическое поле формируется путем подачи высокого напряжения, обычно 5,000 В, между двумя противоположно заряженными пластинами. Этот высокоэнергетический разряд ионизирует атомы газообразного аргона и заставляет их двигаться и ускоряться к одной из пластин в камере, называемой мишенью. Когда ионы аргона ударяются о мишень, изготовленную из осаждаемого материала, они смещают или распыляют эти атомы или молекулы. Выбитые атомы металлизирующего материала затем осаждаются тонкой пленкой на кремниевых подложках, обращенных к мишени.

Было обнаружено, что утечка радиочастотного излучения сбоку и сзади на многих старых распылительных установках превышает допустимый предел воздействия на рабочем месте (Болдуин и Стюарт, 1989). Большая часть утечек была связана с трещинами в шкафах, вызванными неоднократным снятием ремонтных панелей. В более новых моделях того же производителя панели с проволочной сеткой вдоль швов предотвращают значительные утечки. Старые напылители можно дооснастить проволочной сеткой или, в качестве альтернативы, можно использовать медную ленту для покрытия швов, чтобы уменьшить утечку.

Толстая пленка

Структура и размеры большинства толстых пленок несовместимы с металлизацией кремниевых интегральных схем, в первую очередь из-за ограничений по размеру. Толстые пленки используются в основном для металлизации гибридных электронных структур, например, при производстве ЖК-дисплеев.

Процесс шелкографии является доминирующим методом нанесения толстой пленки. Обычно используемыми толстопленочными материалами являются палладий, серебро, диоксид титана и стекло, золото-платина и стекло, золото-стекло и серебро-стекло.

Толстые резистивные пленки обычно наносятся на керамическую подложку и формируются с помощью технологии шелкографии. металлокерамика представляет собой резистивную толстую пленку, состоящую из суспензии проводящих металлических частиц в керамической матрице с органической смолой в качестве наполнителя. Типичные металлокерамические структуры состоят из оксида хрома, серебра или свинца в матрице из монооксида или диоксида кремния.

Обшивка

При формировании металлических пленок на полупроводниковых подложках используются два основных метода нанесения покрытий: гальваническое и химическое осаждение.

In гальванопокрытиеПокрываемая подложка помещается на катод или отрицательно заряженную клемму гальванического резервуара и погружается в раствор электролита. Электрод из покрываемого металла служит анодом или положительно заряженным выводом. При пропускании через раствор постоянного тока положительно заряженные ионы металлов, которые растворяются в растворе с анода, мигрируют и оседают на катоде (подложке). Этот метод покрытия используется для формирования проводящих пленок из золота или меди.

In электроосаждение, одновременное восстановление и окисление металла, подлежащего покрытию, используется для образования свободного атома или молекулы металла. Поскольку этот метод не требует электропроводности в процессе нанесения покрытия, его можно использовать с подложками изолирующего типа. Никель, медь и золото являются наиболее распространенными металлами, наносимыми таким образом.

Легирование/отжиг

После осаждения и травления металлизированных межсоединений можно выполнить последний этап легирования и отжига. Легирование заключается в помещении металлизированных подложек, обычно с алюминием, в низкотемпературную диффузионную печь, чтобы обеспечить контакт с низким сопротивлением между металлическим алюминием и кремниевой подложкой. Наконец, либо во время стадии сплавления, либо непосредственно после нее пластины часто подвергают воздействию газовой смеси, содержащей водород, в диффузионной печи при температуре от 400 до 500°C. Этап отжига предназначен для оптимизации и стабилизации характеристик устройства путем объединения водорода с незадействованными атомами на границе раздела кремний-диоксид кремния или вблизи нее.

Облицовка и металлизация тыльной стороны

Существует также необязательный этап обработки металлизацией, называемый обратным наплавом. Задняя сторона пластины может быть притерта или отшлифована с использованием влажного абразивного раствора и давления. Металл, такой как золото, может быть нанесен на обратную сторону пластины путем напыления. Это облегчает крепление отделенной матрицы к упаковке при окончательной сборке.

Сборка и тестирование

Непроизводственная обработка, которая включает в себя внешнюю упаковку, крепления, герметизацию, сборку и испытания, обычно выполняется на отдельных производственных объектах и ​​часто выполняется в странах Юго-Восточной Азии, где выполнение этих трудоемких работ менее затратно. Кроме того, требования к вентиляции для технологического процесса и контроля твердых частиц, как правило, различны (не чистые помещения) в непроизводственных производственных зонах. Эти заключительные этапы производственного процесса включают в себя операции, включающие пайку, обезжиривание, испытания с использованием химикатов и источников излучения, а также обрезку и маркировку с помощью лазеров.

Пайка при производстве полупроводников обычно не приводит к сильному воздействию свинца. Чтобы предотвратить тепловое повреждение интегральной схемы, температура припоя поддерживается ниже температуры, при которой может произойти значительное образование паров расплавленного свинца (430°C). Однако очистка паяльного оборудования путем соскабливания или очистки щеткой от остатков свинца может привести к воздействию свинца выше 50 мкг/м.³ (Болдуин и Стюарт, 1989). Кроме того, воздействие свинца 200 мкг/м³ имели место, когда во время операций пайки волной припоя использовались неправильные методы удаления окалины (Болдуин и Уильямс, 1996).

Одной из растущих проблем, связанных с операциями пайки, является раздражение дыхательных путей и астма из-за воздействия продуктов пиролиза флюсов припоя, особенно во время ручной пайки или операций подкраски, где исторически местная вытяжная вентиляция обычно не использовалась (в отличие от операций пайки волной припоя, которые последние несколько десятилетий обычно заключали в вытяжные шкафы) (Goh and Ng 1987). Подробнее читайте в статье «Печатная плата и сборка компьютера».

Поскольку канифоль в флюсе припоя является сенсибилизатором, все воздействия должны быть снижены до минимума, независимо от результатов отбора проб воздуха. Новые установки для пайки особенно должны иметь местную вытяжную вентиляцию, когда пайка должна выполняться в течение длительного периода времени (например, более 2 часов).

Пары от ручной пайки будут подниматься вертикально на тепловых потоках, попадая в зону дыхания работника, когда человек наклоняется над местом пайки. Контроль обычно достигается с помощью эффективной местной вытяжной вентиляции с высокой скоростью и малым объемом на наконечнике припоя.

Устройства, которые возвращают отфильтрованный воздух на рабочее место, могут, если эффективность фильтрации недостаточна, вызвать вторичное загрязнение, которое может повлиять на людей в рабочем помещении, кроме тех, кто занимается пайкой. Отфильтрованный воздух не должен возвращаться в рабочее помещение, за исключением случаев, когда объем пайки невелик и в помещении имеется хорошая общая вентиляция.

Сортировка и испытание вафель

После того, как изготовление пластины завершено, каждая полностью готовая пластина проходит процесс сортировки пластин, при котором интегральные схемы на каждой конкретной матрице электрически тестируются с помощью зондов, управляемых компьютером. Отдельная пластина может содержать от ста до многих сотен отдельных кристаллов или чипов, которые необходимо протестировать. После завершения испытаний штампы физически маркируются однокомпонентной эпоксидной смолой, дозируемой автоматически. Красный и синий используются для идентификации и сортировки кристаллов, которые не соответствуют требуемым электрическим характеристикам.

Разделение штампов

Когда устройства или схемы на пластине протестированы, промаркированы и отсортированы, отдельные кристаллы на пластине должны быть физически разделены. Для разделения отдельных штампов был разработан ряд методов: алмазная скрайбировка, лазерная скрайбировка и распиловка алмазным кругом.

Алмазное скрайбирование является старейшим используемым методом и включает в себя нанесение алмазного наконечника точной формы на пластину вдоль линии или «улицы», разделяющей отдельные штампы на поверхности пластины. Несовершенство кристаллической структуры, вызванное скрайбированием, позволяет пластине изгибаться и ломаться вдоль этой линии.

Лазерное скрайбирование — относительно новый метод разделения штампов. Лазерный луч генерируется импульсным мощным неодим-иттриевым лазером. Луч создает канавку в кремниевой пластине вдоль линий разметки. Канавка служит линией, по которой пластина ломается.

Широко используемый метод разделения штампов — мокрая распиловка — резка подложек вдоль улицы с помощью высокоскоростной циркулярной алмазной пилы. Пиление может либо частично прорезать (разметить), либо полностью прорезать (нарезать кубиками) кремниевую подложку. При распиловке образуется влажная суспензия материала, убираемого с улицы.

Die прикрепить и склеить

Индивидуальная матрица или чип должны быть прикреплены к несущей упаковке и металлической выводной рамке. Носители обычно изготавливаются из изоляционного материала, керамики или пластика. Керамические материалы-носители обычно изготавливаются из оксида алюминия (Al₂O₃), но, возможно, может состоять из бериллия (BeO) или стеатита (MgO-SiO₂). Пластиковые носители представляют собой термопластичные или термореактивные смолы.

Крепление отдельной матрицы обычно осуществляется с помощью одного из трех различных типов крепления: эвтектического, преформного и эпоксидного. Эвтектическое крепление матрицы включает использование эвтектического припоя, такого как золото-кремний. В этом методе слой металлического золота предварительно наносится на заднюю сторону штампа. При нагревании пакета выше температуры эвтектики (370°C для золота и кремния) и размещении на нем штампа образуется связь между штампом и корпусом.

Склеивание преформы предполагает использование небольшого кусочка специального композиционного материала, который будет прилипать как к штампу, так и к упаковке. Преформу помещают на место прикрепления штампа к упаковке и дают расплавиться. Затем матрицу протирают по всей области до тех пор, пока матрица не будет прикреплена, а затем упаковка охлаждается.

Эпоксидное соединение предполагает использование эпоксидного клея для прикрепления штампа к корпусу. На упаковку наносится капля эпоксидной смолы, а поверх нее кладется штамп. Возможно, упаковку придется запекать при повышенной температуре, чтобы эпоксидная смола застыла должным образом.

Как только кристалл физически прикреплен к корпусу, необходимо обеспечить электрические соединения между интегральной схемой и выводами корпуса. Это достигается с помощью методов термокомпрессии, ультразвукового или термозвукового соединения для прикрепления золотых или алюминиевых проводов между контактными областями на кремниевом чипе и выводами корпуса.

Термокомпрессионное соединение часто используется с золотой проволокой и включает нагрев корпуса примерно до 300°С.^oC и формирование связи между проволокой и контактными площадками с использованием как тепла, так и давления. Используются два основных типа термокомпрессионного соединения:склеивание шариков и клиновое соединение. Связывание шариков, которое используется только с золотой проволокой, подает проволоку через капиллярную трубку, сжимает ее, а затем водородное пламя плавит проволоку. Кроме того, это формирует новый шарик на конце провода для следующего цикла склеивания. При клиновидном склеивании используется клиновидный инструмент для склеивания и микроскоп, используемые для точного позиционирования кремниевого чипа и корпуса на контактной площадке. Процесс проводят в инертной атмосфере.

Ультразвуковое склеивание использует импульс ультразвуковой высокочастотной энергии, чтобы обеспечить чистящее действие, которое формирует связь между проволокой и контактной площадкой. Ультразвуковое соединение в основном используется с алюминиевой проволокой и часто предпочтительнее термокомпрессионного соединения, поскольку оно не требует нагрева микросхемы во время операции соединения.

Термозвуковое склеивание - это недавнее технологическое изменение в скреплении золотой проволокой. Он включает использование комбинации ультразвуковой и тепловой энергии и требует меньше тепла, чем термокомпрессионное соединение.

Инкапсуляция

Основная цель инкапсуляции состоит в том, чтобы поместить интегральную схему в корпус, отвечающий электрическим, термическим, химическим и физическим требованиям, связанным с применением интегральной схемы.

Наиболее широко используемыми типами корпусов являются корпус с радиальным выводом, плоский пакет и корпус с двумя рядами (DIP). Упаковки радиального типа в основном изготавливаются из ковара, сплава железа, никеля и кобальта, с уплотнениями из твердого стекла и коварными выводами. В плоских упаковках используются металлосвинцовые рамы, обычно изготовленные из алюминиевого сплава в сочетании с керамическими, стеклянными и металлическими компонентами. Двухрядные упаковки, как правило, являются наиболее распространенными и часто используют керамику или формованные пластмассы.

Формованные пластиковые полупроводниковые корпуса в основном производятся двумя отдельными процессами:трансферное литье и литье под давлением. Трансферное формование является преобладающим методом герметизации пластмасс. В этом методе щепа устанавливается на необрезанные свинцовые рамы, а затем партиями загружается в формы. Порошкообразные или гранулированные формы термореактивных пластиковых формовочных масс плавятся в нагретом котле, а затем нагнетаются (перемещаются) под давлением в загруженные формы. Системы формовочных масс в форме порошка или гранул могут использоваться на эпоксидных, силиконовых или силиконовых/эпоксидных смолах. Система обычно состоит из смеси:

• термореактивные смолы—эпоксидная смола, силикон или силикон/эпоксидная смола

• отвердители— эпоксидные новолаки и эпоксидные ангидриды

• наполнители- плавленый или кристаллический диоксид кремния (SiO₂) и оксид алюминия ( Al₂O₃), обычно 50-70% по весу

• огнестойкий материал– триоксид сурьмы (Sb₂O₃) обычно 1-5% по массе.

 

При литье под давлением используется либо термопластичный, либо термореактивный состав для литья под давлением, который нагревается до точки плавления в цилиндре при контролируемой температуре и под давлением через сопло подается в форму. Смола быстро затвердевает, форма открывается, и упаковка выталкивается. В литье под давлением используется широкий спектр пластиковых компаундов, причем эпоксидные и полифениленсульфидные (PPS) смолы являются новейшими разработками в области герметизации полупроводников.

Окончательная упаковка кремниевого полупроводникового устройства классифицируется в соответствии с его устойчивостью к утечке или способностью изолировать интегральную схему от окружающей среды. Они бывают герметичными (воздухонепроницаемыми) и негерметичными.

Проверка на герметичность и сжигание

Тестирование на утечку это процедура, разработанная для проверки фактической герметизирующей способности или герметичности упакованного устройства. Используются две распространенные формы проверки на утечку: обнаружение утечки гелия и обнаружение утечки радиоактивного индикатора.

При обнаружении утечек гелия готовые упаковки помещаются в атмосферу с давлением гелия на определенный период времени. Гелий способен проникать сквозь несовершенства упаковки. После извлечения из камеры наддува гелия пакет переносится в камеру масс-спектрометра и проверяется на утечку гелия из дефектов пакета.

Во втором методе гелий заменяют радиоактивным индикаторным газом, обычно криптоном-85 (Kr-85), и измеряют вытекание радиоактивного газа из упаковки. В нормальных условиях облучение персонала в результате этого процесса составляет менее 5 миллизивертов (500 миллибэр) в год (Балдуин и Стюарт, 1989). Элементы управления для этих систем обычно включают:

• изоляция в помещениях с доступом только для необходимого персонала

• вывесили таблички с предупреждением о радиации на дверях помещений с Кр-85

• непрерывные радиационные мониторы с сигнализацией и автоматическим отключением/изоляцией

• специальная вытяжная система и помещение с отрицательным давлением

• мониторинг облучения с помощью индивидуальной дозиметрии (например, значки радиационной пленки)

• регулярное техническое обслуживание сигнализаций и блокировок

• регулярные проверки на утечку радиоактивных материалов

• инструктаж по технике безопасности для операторов и техников

• обеспечение радиационного облучения на разумно достижимом низком уровне (ALARA).

 

Кроме того, материалы, вступающие в контакт с Kr-85 (например, открытые микросхемы, отработанное насосное масло, клапаны и уплотнительные кольца), проверяются, чтобы убедиться, что они не излучают чрезмерных уровней радиации из-за остаточного газа в них, прежде чем они будут удалены из контролируемая территория. Leach-Marshal (1991) предоставляет подробную информацию о воздействии и контроле от систем обнаружения утечек Kr-85.

Записать в представляет собой температурную и электрическую нагрузку для определения надежности конечного упакованного устройства. Устройства помещают в печь с регулируемой температурой на продолжительный период времени, используя либо атмосферу окружающей среды, либо инертную атмосферу азота. Температуры колеблются от 125°C до 200°C (в среднем 150°C), а периоды времени от нескольких часов до 1,000 часов (в среднем 48 часов).

Финальный тест

Для окончательной характеристики производительности упакованного кремниевого полупроводникового устройства проводится окончательное электрическое испытание. Из-за большого количества и сложности необходимых тестов компьютер выполняет и оценивает тестирование многочисленных параметров, важных для конечного функционирования устройства.

Отметить и упаковать

Физическая идентификация конечного упакованного устройства осуществляется с помощью различных систем маркировки. Двумя основными категориями маркировки компонентов являются контактная и бесконтактная печать. Контактная печать обычно включает ротационную офсетную технику с использованием красок на основе растворителей. Бесконтактная печать, при которой маркировка переносится без физического контакта, включает струйную печать или тонерную печать с использованием чернил на основе растворителей или лазерную маркировку.

Растворители, используемые в качестве носителя для печатных красок и в качестве предварительного очистителя, обычно состоят из смеси спиртов (этанол) и сложных эфиров (этилацетат). В большинстве систем маркировки компонентов, кроме лазерной маркировки, используются чернила, которые требуют дополнительного этапа для закрепления или отверждения. Этими методами отверждения являются воздушное отверждение, тепловое отверждение (тепловое или инфракрасное) и ультрафиолетовое отверждение. Краски ультрафиолетового отверждения не содержат растворителей.

Системы лазерной маркировки используют мощный диоксид углерода (CO₂) лазер или мощный неодимовый: иттриевый лазер. Эти лазеры обычно встроены в оборудование и имеют блокируемые шкафы, ограничивающие путь луча и точку, в которой луч касается цели. Это устраняет опасность лазерного луча при нормальной работе, но возникает проблема, когда блокировка безопасности отключена. Наиболее распространенной операцией, при которой необходимо снять ограждения луча и отключить блокировки, является юстировка лазерного луча.

Во время этих операций по техническому обслуживанию помещение, в котором находится лазер, в идеале должно быть эвакуировано, за исключением необходимого технического персонала, при этом двери в помещение должны быть заперты и вывешены соответствующие знаки безопасности при работе с лазером. Однако мощные лазеры, используемые в производстве полупроводников, часто располагаются на больших открытых производственных площадях, что делает непрактичным перемещение необслуживающего персонала во время технического обслуживания. Для таких ситуаций обычно устанавливается временная зона контроля. Обычно эти зоны контроля состоят из лазерных завес или сварочных экранов, способных противостоять прямому контакту с лазерным лучом. Вход во временную зону управления обычно осуществляется через вход в лабиринт, который вывешивается с предупреждающим знаком всякий раз, когда блокировка лазера не работает. Другие меры предосторожности при юстировке луча аналогичны тем, которые требуются при работе с мощным лазером с открытым лучом (например, обучение, защита глаз, письменные процедуры и т. д.).

Мощные лазеры также представляют собой одну из наиболее значительных электрических опасностей в полупроводниковой промышленности. Даже после отключения питания внутри инструмента существует значительный потенциал удара, который необходимо рассеять перед работой внутри шкафа.

Наряду с опасностью луча и опасностью поражения электрическим током следует также соблюдать осторожность при обслуживании систем лазерной маркировки из-за возможности химического загрязнения огнестойкими триоксидом сурьмы и бериллием (керамические упаковки, содержащие это соединение, будут маркированы). Во время маркировки мощными лазерами может образовываться дым, оседающий на поверхностях оборудования и фильтрах дымоудаления.

В прошлом обезжириватели использовались для очистки полупроводников перед нанесением на них идентификационных кодов. Воздействие растворителя, превышающее применимый предел воздействия переносимого по воздуху на рабочем месте, может легко произойти, если голова оператора находится под охлаждающими змеевиками, которые вызывают повторную конденсацию паров, как это может произойти, когда оператор пытается поднять упавшие детали или когда техник очищает остатки со дна единица (Болдуин и Стюарт, 1989). Использование обезжиривающих средств в полупроводниковой промышленности значительно сократилось из-за ограничений на использование озоноразрушающих веществ, таких как хлорфторуглероды и хлорсодержащие растворители.

Анализ отказов и обеспечение качества

Лаборатории анализа отказов и качества обычно выполняют различные операции, используемые для обеспечения надежности устройств. Некоторые из операций, выполняемых в этих лабораториях, представляют потенциальную опасность для сотрудников. К ним относятся:

• Маркировочные тесты использование различных растворителей и агрессивных смесей в нагреваемых стаканах на плитах. Местная вытяжная вентиляция (LEV) в виде металлического колпака с адекватными скоростями потока необходима для контроля летучих выбросов. Растворы моноэтаноламина могут привести к воздействию, превышающему его предел воздействия в воздухе (Baldwin and Williams 1996).

• проверка на пузыри/утечки использование высокомолекулярных фторуглеродов (торговое название Fluorinerts)

• рентгеновские упаковочные единицы.

 

Кобальт-60 (до 26,000 5 кюри) используется в облучателях для проверки способности ИС выдерживать воздействие гамма-излучения в военных и космических приложениях. В нормальных условиях облучение персонала в результате этой операции составляет менее 500 миллизивертов (1989 миллибэр) в год (Балдуин и Стюарт, 85 г.). Элементы управления для этой несколько специализированной операции аналогичны тем, которые используются для систем с малыми утечками Кр-XNUMX (например, изолированное помещение, непрерывные радиационные мониторы, контроль облучения персонала и т. д.).

Малые источники альфа-излучения со «специальной лицензией» (например, микро- и милликюри америция-241) используются в процессе анализа отказов. Эти источники покрыты тонким защитным покрытием, называемым окном, которое позволяет испускать альфа-частицы из источника для проверки способности интегральной схемы работать при бомбардировке альфа-частицами. Обычно источники периодически проверяют (например, раз в полгода) на утечку радиоактивного материала, которая может произойти, если защитное окно повреждено. Любая обнаруживаемая утечка обычно приводит к удалению источника и отправке его обратно производителю.

Кабинетные рентгеновские системы используются для проверки толщины металлических покрытий и выявления дефектов (например, пузырьков воздуха в пакетах пресс-форм). Несмотря на то, что они не являются значительным источником утечек, эти устройства обычно проверяют на периодической основе (например, ежегодно) с помощью ручного измерительного прибора на наличие утечек рентгеновского излучения и проверяют, чтобы убедиться, что дверные замки работают должным образом.

Доставка и оплата

Доставка является конечной точкой участия большинства производителей кремниевых полупроводниковых устройств. Торговые производители полупроводников продают свою продукцию другим производителям конечной продукции, в то время как несвободные производители используют устройства для производства своей собственной конечной продукции.

Исследование здоровья

На каждом этапе процесса используется определенный набор химикатов и инструментов, что приводит к определенным проблемам EHS. В дополнение к опасениям, связанным со специфическими этапами обработки кремниевых полупроводниковых устройств, в эпидемиологическом исследовании изучались последствия для здоровья работников полупроводниковой промышленности (Schenker et al., 1992). См. также обсуждение в статье «Влияние на здоровье и закономерности заболевания».

Основной вывод исследования заключался в том, что работа на предприятиях по производству полупроводников связана с повышенным уровнем самопроизвольных абортов (САБ). В историческом компоненте исследования количество изучаемых беременностей у производственных и непроизводственных работников было примерно равным (447 и 444 соответственно), но самопроизвольных абортов у производственных (n=67) было больше, чем у непроизводственных (n=46). . С поправкой на различные факторы, которые могли вызвать систематическую ошибку (возраст, этническая принадлежность, курение, стресс, социально-экономический статус и история беременности), относительный риск (RR) выдумки против невыдумки составил 1.43 (95% доверительный интервал = 0.95-2.09). .

Исследователи связали повышенный уровень SAB с воздействием определенных эфиров гликоля на основе этилена (EGE), используемых в производстве полупроводников. Конкретные эфиры гликоля, которые участвовали в исследовании и которые подозреваются в неблагоприятном воздействии на репродуктивную функцию, включают:

• 2-метоксиэтанол (CAS 109-86-4)

• 2-метоксиэтилацетат (CAS 110-49-6)

• 2-этоксиэтилацетат (CAS 111-15-9).

 

Хотя это и не является частью исследования, два других эфира гликоля, используемые в промышленности, 2-этоксиэтанол (CAS 110-80-5) и диметиловый эфир диэтиленгликоля (CAS 111-96-6), обладают аналогичными токсическими эффектами и были запрещены некоторыми производителей полупроводников.

В дополнение к повышенному уровню SAB, связанному с воздействием определенных эфиров гликоля, исследование также пришло к выводу:

• Непоследовательная связь существовала для воздействия фтора (при травлении) и SAB.

• Самооценка стресса была сильным независимым фактором риска САБ среди женщин, работающих на производственных участках.

• Женщинам, работающим в производственной сфере, потребовалось больше времени, чтобы забеременеть, по сравнению с женщинами, не работающими в производственной сфере.

• Увеличение респираторных симптомов (раздражение глаз, носа и горла и свистящее дыхание) наблюдалось у производственных рабочих по сравнению с рабочими, не занятыми на производстве.

• Скелетно-мышечные симптомы дистальных отделов верхних конечностей, такие как боль в кистях, запястьях, локтях и предплечьях, были связаны с работой в производственной комнате.

• Дерматит и выпадение волос (алопеция) чаще регистрировались среди производственных рабочих, чем среди непроизводственных рабочих.

 

Обзор оборудования

Сложность оборудования для производства полупроводников в сочетании с постоянным совершенствованием производственных процессов делает проверку нового технологического оборудования перед установкой важной для минимизации рисков EHS. Два процесса проверки оборудования помогают гарантировать, что новое полупроводниковое технологическое оборудование будет иметь соответствующие средства контроля EHS: маркировка CE и стандарты Semiconductor Equipment and Materials International (SEMI).

Маркировка CE является заявлением производителя о том, что маркированное таким образом оборудование соответствует требованиям всех применимых директив Европейского Союза (ЕС). Для оборудования для производства полупроводников наиболее применимыми считаются Директива по машинному оборудованию (MD), Директива по электромагнитной совместимости (EMC) и Директива по низкому напряжению (LVD).

В случае Директивы по электромагнитной совместимости необходимо привлечь компетентный орган (организацию, официально уполномоченную государством-членом ЕС) для определения требований к тестированию и утверждения результатов проверки. MD и LVD могут быть оценены либо производителем, либо нотифицированным органом (организацией, официально уполномоченной государством-членом ЕС). Независимо от выбранного пути (самооценка или третья сторона) именно зарегистрированный импортер несет ответственность за то, чтобы импортируемый продукт имел маркировку СЕ. Они могут использовать информацию третьих лиц или результаты собственной оценки в качестве основания для своей уверенности в том, что оборудование соответствует требованиям применимых директив, но, в конечном счете, они сами подготовят декларацию о соответствии и нанесут маркировку СЕ.

Semiconductor Equipment and Materials International — международная торговая ассоциация, представляющая поставщиков полупроводникового и плоскопанельного оборудования и материалов. Среди ее направлений деятельности — разработка добровольных технических стандартов, которые представляют собой соглашения между поставщиками и покупателями, направленные на повышение качества и надежности продукции при разумной цене и стабильных поставках.

Два стандарта SEMI, которые специально применяются к проблемам EHS для нового оборудования, — это SEMI S2 и SEMI S8. СЕМИ С2-93, Правила техники безопасности для оборудования для производства полупроводников, представляет собой минимальный набор рекомендаций по EHS, основанных на производительности, для оборудования, используемого в производстве полупроводников. ПОЛУ С8-95, Руководство пользователя по эргономическим критериям успеха для поставщиков, расширяет раздел эргономики в SEMI S2.

Многие производители полупроводников требуют, чтобы новое оборудование было сертифицировано третьей стороной как отвечающее требованиям SEMI S2. Рекомендации по интерпретации SEMI S2-93 и SEMI S8-95 содержатся в публикации отраслевого консорциума SEMATECH (SEMATECH 1996). Дополнительная информация о SEMI доступна во всемирной сети (http://www.semi.org).

Химическая обработка

Дозирование жидкости

Благодаря тому, что автоматизированные системы дозирования химикатов стали правилом, а не исключением, количество химических ожогов у сотрудников снизилось. Однако в этих автоматизированных системах дозирования химикатов должны быть установлены надлежащие меры безопасности. К ним относятся:

• обнаружение утечек и автоматическое отключение на источнике подачи и в распределительных коробках

• двойная изоляция линий, если химическое вещество считается опасным материалом

• датчики высокого уровня на конечных точках (ванна или емкость для инструментов)

• отключение насоса по времени (позволяет перекачивать в определенное место только определенное количество воды, прежде чем он автоматически отключится).

Раздача газа

Безопасность газораспределения значительно улучшилась за последние годы с появлением новых типов клапанов для баллонов, дроссельных отверстий, встроенных в баллон, автоматических панелей продувки газа, обнаружения и отключения при высокой скорости потока, а также более сложного оборудования для обнаружения утечек. Из-за своих пирофорных свойств и широкого использования в качестве исходного сырья силановый газ представляет наибольшую взрывоопасность в промышленности. Однако инциденты, связанные с газообразным силаном, стали более предсказуемыми благодаря новым исследованиям, проведенным Factory Mutual и SEMATECH. Благодаря правильно подобранным дроссельным отверстиям (RFO), давлению нагнетания и скорости вентиляции большинство взрывоопасных ситуаций было устранено (SEMATECH 1995).

В последние годы произошло несколько инцидентов, связанных с безопасностью, из-за неконтролируемого смешивания несовместимых газов. Из-за этих инцидентов производители полупроводников часто пересматривают установки газовых линий и ящики для инструментального газа, чтобы исключить неправильное смешивание и / или обратный поток газов.

Химические проблемы обычно вызывают наибольшие опасения в производстве полупроводников. Однако большинство травм и смертей в отрасли являются результатом нехимических опасностей.

Электрическая безопасность

Существует множество электрических опасностей, связанных с оборудованием, используемым в этой отрасли. Защитные блокировки играют важную роль в обеспечении электробезопасности, но специалисты по техническому обслуживанию часто отключают эти блокировки. Значительный объем работ по техническому обслуживанию обычно выполняется, когда оборудование все еще находится под напряжением или только частично обесточено. Наиболее значительные электрические опасности связаны с ионными имплантатами и источниками питания лазеров. Даже после отключения питания в инструменте существует значительный потенциал удара, который необходимо рассеять перед работой внутри инструмента. Процесс проверки SEMI S2 в Соединенных Штатах и ​​маркировка CE в Европе помогли улучшить электрическую безопасность нового оборудования, но операции по техническому обслуживанию не всегда учитываются должным образом. Для всего вновь установленного оборудования необходимо тщательно изучить операции по техническому обслуживанию и опасности поражения электрическим током.

Вторым в списке опасности поражения электрическим током является комплект оборудования, генерирующего радиочастотную энергию в процессах травления, напыления и очистки камеры. Надлежащее экранирование и заземление необходимы для сведения к минимуму риска радиочастотных ожогов.

Эти опасности поражения электрическим током и многие инструменты, не отключаемые во время операций по техническому обслуживанию, требуют, чтобы техники по техническому обслуживанию использовали другие средства для своей защиты, такие как процедуры блокировки/маркировки. Опасности поражения электрическим током — не единственные источники энергии, для которых предусмотрена блокировка/маркировка. Другие источники энергии включают линии под давлением, многие из которых содержат опасные газы или жидкости, а также пневматические средства управления. Разъединители для управления этими источниками энергии должны находиться в легкодоступном месте — в потрясающий (изготовление) или место погони, где сотрудник будет работать, а не в неудобных местах, таких как субфабрики.

Эргономика

Взаимодействие между работником и инструментом продолжает вызывать травмы. Мышечные напряжения и растяжения довольно распространены в полупроводниковой промышленности, особенно среди специалистов по техническому обслуживанию. Доступ к насосам, крышкам камер и т. д. часто плохо спроектирован во время изготовления инструмента и во время размещения инструмента на производстве. Насосы должны быть на колесах или помещены в выдвижные ящики или поддоны. Подъемные устройства должны быть включены для многих операций.

Простое обращение с пластинами создает эргономические риски, особенно на старых предприятиях. В более новых установках обычно используются пластины большего размера, и поэтому требуется больше автоматизированных систем обработки. Многие из этих систем обработки пластин считаются роботизированными устройствами, и вопросы безопасности, связанные с этими системами, должны учитываться при их проектировании и установке (ANSI 1986).

Пожарная Безопасность

В дополнение к газообразному силану, о котором уже говорилось, газообразный водород потенциально может представлять значительную пожароопасность. Тем не менее, он лучше изучен, и в отрасли не возникло многих серьезных проблем, связанных с водородом.

Наиболее серьезная пожароопасность сейчас связана с мокрые палубы или травильные ванны. Типичные пластиковые конструкционные материалы (поливинилхлорид, полипропилен и огнестойкий полипропилен) были задействованы в производстве. пожары. Источником воспламенения может быть нагреватель ванны травления или гальванического покрытия, электрическое управление, установленное непосредственно на пластике, или соседний инструмент. Если с одним из этих пластиковых инструментов возникает пожар, частицы загрязнения и коррозионно-активные продукты горения распространяются по всей фабрике. Экономические потери высоки из-за простоя фабрики, в то время как площадь и оборудование возвращаются к стандартам чистых помещений. Часто какое-то дорогостоящее оборудование невозможно должным образом обеззаразить, и приходится приобретать новое оборудование. Таким образом, надлежащая профилактика пожаров и противопожарная защита имеют решающее значение.

Противопожарную защиту можно решить с помощью различных негорючих строительных материалов. Нержавеющая сталь является предпочтительным конструкционным материалом для этих мокрых настилов, но часто процесс «не принимает» металлический инструмент. Пластмассы с меньшим потенциалом воспламенения/задымления существуют, но еще не были должным образом протестированы, чтобы определить, будут ли они совместимы с процессами производства полупроводников.

В целях противопожарной защиты эти инструменты должны быть защищены беспрепятственной спринклерной защитой. Размещение фильтров HEPA над влажными скамейками часто блокирует спринклерные головки. В этом случае под фильтрами устанавливаются дополнительные спринклерные головки. Многие компании также требуют, чтобы система обнаружения и тушения пожара была установлена ​​внутри полостей этих инструментов, где возникает много пожаров.

 

Назад