13 bannière

 

83. Microélectronique et semi-conducteurs

Éditeur de chapitre : Michael E.Williams


Table des matières

Tableaux et figures

Profil général
Michael E.Williams

Fabrication de semi-conducteurs en silicium
David G. Baldwin, James R. Rubin et Afsaneh Gerami

Écrans à cristaux liquides
David G. Baldwin, James R. Rubin et Afsaneh Gerami

III-V Fabrication de semi-conducteurs
David G. Baldwin, Afsaneh Gerami et James R. Rubin

Assemblage de circuits imprimés et d'ordinateurs
Michael E.Williams

Effets sur la santé et schémas de maladies
Donald V. Lassiter

Questions environnementales et de santé publique
Bouchon liégeux

Tables

Cliquez sur un lien ci-dessous pour afficher le tableau dans le contexte de l'article.

1. Systèmes photorésist
2. Décapants photorésist
3. Agents de gravure chimiques humides
4. Gaz de gravure au plasma et matériaux gravés
5. Dopants de formation de jonction pour la diffusion
6. Grandes catégories d'épitaxie de silicium
7. Principales catégories de MCV
8. Nettoyage des écrans plats
9. Processus PWB : Environnement, santé et sécurité
10. Génération et contrôle des déchets PWB
11. Génération et contrôle des déchets contenant des PCB
12. Génération de déchets et contrôles
13. Matrice des besoins prioritaires

Figures

Pointez sur une vignette pour voir la légende de la figure, cliquez pour voir la figure dans le contexte de l'article.

MIC060F7MICO10F2MIC010F3MIC020F3MIC030F1MIC050F4MICO50F5MIC050F6MIC060F6MIC060F7MIC060F2MIC060F3MIC060F4MIC060F5


Cliquez pour revenir en haut de la page

Samedi, Mars 19 2011 20: 40

Profil général

La diversité des processus et des produits au sein de l'industrie de la microélectronique et des semi-conducteurs est immense. La discussion sur la santé et la sécurité au travail dans ce chapitre porte sur la production de circuits intégrés (CI) à semi-conducteurs (à la fois dans les produits à base de silicium et les composés de valence III-V), la production de cartes de câblage imprimé (PWB), les cartes de circuits imprimés (PCB) assemblage et assemblage d'ordinateurs.

L'industrie est composée de nombreux segments majeurs. L'Electronics Industry Association utilise la délimitation suivante dans les rapports de données sur les tendances pertinentes, les ventes et l'emploi au sein de l'industrie :

  • Composants electroniques
  • l'électronique grand public
  • monde de télécommunications
  • communication de défense
  • ordinateurs et équipements périphériques
  • électronique industrielle
  • électronique médicale.

 

Les composants électroniques comprennent les tubes électroniques (par exemple, les tubes de réception, à usage spécial et de télévision), les produits à semi-conducteurs (par exemple, les transistors, les diodes, les circuits intégrés, les diodes électroluminescentes (DEL) et les écrans à cristaux liquides (LCD)) et les produits passifs et autres composants (par exemple, condensateurs, résistances, bobines, transformateurs et interrupteurs).

L'électronique grand public comprend les téléviseurs et autres produits audio et vidéo domestiques et portables, ainsi que les équipements d'information tels que les ordinateurs personnels, les télécopieurs et les répondeurs téléphoniques. Le matériel et les logiciels de jeux électroniques, les systèmes de sécurité domestique, les cassettes audio et vidéo vierges et les disquettes, les accessoires électroniques et le total des piles primaires relèvent également de la rubrique électronique grand public.

Outre les ordinateurs à usage général et spécialisés, les ordinateurs et les équipements périphériques comprennent les équipements de stockage auxiliaires, les équipements d'entrée/sortie (par exemple, les claviers, les souris, les lecteurs optiques et les imprimantes), les terminaux, etc. Alors que les télécommunications, les communications de défense et l'électronique industrielle et médicale utilisent une partie de la même technologie, ces segments impliquent également des équipements spécialisés.

L'émergence de l'industrie de la microélectronique a eu un impact profond sur l'évolution et la structure de l'économie mondiale. Le rythme du changement au sein des pays industrialisés du monde a été fortement influencé par les progrès de cette industrie, en particulier dans l'évolution du circuit intégré. Ce rythme de changement est représenté graphiquement dans la chronologie du nombre de transistors par puce de circuit intégré (voir figure 1).

Figure 1. Transistors par puce de circuit intégré

MICO10F1

L'importance économique des ventes mondiales de semi-conducteurs est considérable. La figure 2 est une projection de la Semiconductor Industry Association pour les ventes mondiales et régionales de semi-conducteurs de 1993 à 1998.

Figure 2. Prévisions des ventes mondiales de semi-conducteurs

MICO10F2

Les industries de l'assemblage de circuits intégrés et d'ordinateurs/électroniques pour semi-conducteurs sont uniques par rapport à la plupart des autres catégories industrielles en ce qui concerne la composition relative de leur main-d'œuvre de production. La zone de fabrication de semi-conducteurs compte un pourcentage élevé d'opératrices qui font fonctionner l'équipement de traitement. Les tâches liées à l'opérateur ne nécessitent généralement pas de soulever de lourdes charges ou une force physique excessive. En outre, de nombreuses tâches professionnelles impliquent une motricité fine et une attention aux détails. Les travailleurs masculins prédominent dans les tâches liées à la maintenance, les fonctions d'ingénierie et la gestion. Une composition similaire se retrouve dans la partie de l'assemblage informatique/électronique de ce segment de l'industrie. Une autre caractéristique inhabituelle de cette industrie est la concentration de la fabrication dans la région Asie/Pacifique du monde. Cela est particulièrement vrai dans le l'assemblage final or dorsal processus dans l'industrie des semi-conducteurs. Ce traitement implique le positionnement et le placement de la puce de circuit intégré fabriquée (techniquement connue sous le nom de puce) sur un support de puce et une grille de connexion. Ce traitement nécessite un positionnement précis de la puce, généralement au microscope, et une motricité très fine. Encore une fois, les travailleuses prédominent dans cette partie du processus, la majorité de la production mondiale étant concentrée dans le Pacifique, avec des concentrations élevées à Taïwan, en Malaisie, en Thaïlande, en Indonésie et aux Philippines, et un nombre croissant en Chine et au Vietnam.

Les zones de fabrication de circuits intégrés à semi-conducteurs présentent diverses propriétés et caractéristiques inhabituelles propres à cette industrie. A savoir, le traitement IC implique des régimes et des exigences de contrôle des particules extrêmement stricts. Une zone de fabrication de CI moderne typique peut être classée comme une salle blanche de classe 1 ou moins. À titre de méthode de comparaison, un environnement extérieur serait supérieur à la classe 500,000 100,000; une pièce typique dans une maison d'environ la classe 10,000 XNUMX ; et une zone d'assemblage back-end de semi-conducteurs d'environ la classe XNUMX XNUMX. Pour atteindre ce niveau de contrôle des particules, il faut en fait placer le travailleur de la fabrication dans une enceinte totalement fermée. costumes de lapin qui ont des systèmes d'alimentation en air et de filtration pour contrôler les niveaux de particules générées par les travailleurs dans la zone de fabrication. Les occupants humains des zones de fabrication sont considérés comme de très puissants générateurs de particules fines provenant de leur air expiré, de la perte de peau et de cheveux, ainsi que de leurs vêtements et chaussures. Cette exigence de porter des vêtements confinés et d'isoler les routines de travail a contribué à donner aux employés l'impression de travailler dans un environnement de travail «non hospitalier». Voir la figure 3. De plus, dans la zone photolithographique, le traitement consiste à exposer la plaquette à une solution photoactive, puis à modeler une image sur la surface de la plaquette à l'aide d'une lumière ultraviolette. Pour atténuer la lumière ultraviolette (UV) indésirable de cette zone de traitement, des lumières jaunes spéciales sont utilisées (elles n'ont pas la composante de longueur d'onde UV que l'on trouve normalement dans l'éclairage intérieur). Ces lumières jaunes aident à faire sentir aux travailleurs qu'ils se trouvent dans un environnement de travail différent et peuvent éventuellement avoir un effet désorientant sur certaines personnes.

Figure 3. Une salle blanche à la pointe de la technologie

MIC010F3

 

Noir

Présentation du processus

La description du traitement des dispositifs semi-conducteurs au silicium, soit des dispositifs discrets (un semi-conducteur contenant un seul dispositif actif, tel qu'un transistor) ou des circuits intégrés (réseaux interconnectés d'éléments actifs et passifs dans un seul substrat semi-conducteur capable d'effectuer au moins une fonction de circuit électronique) , implique de nombreuses opérations très techniques et spécifiques. L'intention de cette description est de fournir un cadre de base et une explication des principales étapes des composants utilisés dans la fabrication d'un dispositif semi-conducteur au silicium et des problèmes d'environnement, de santé et de sécurité (EHS) associés.

La fabrication d'un circuit intégré implique une séquence de processus qui peuvent être répétés plusieurs fois avant qu'un circuit ne soit complet. Les circuits intégrés les plus populaires utilisent 6 masques ou plus pour compléter les processus de structuration, 10 à 24 masques étant typiques. La fabrication d'un microcircuit commence par une tranche de silicium ultra-pure de 4 à 12 pouces de diamètre. Le silicium parfaitement pur est presque un isolant, mais certaines impuretés, appelées les dopants, ajoutés en quantités de 10 à 100 parties par million, font que le silicium est conducteur d'électricité.

Un circuit intégré peut être constitué de millions de transistors (également des diodes, des résistances et des condensateurs) en silicium dopé, tous connectés par le motif approprié de conducteurs pour créer la logique informatique, la mémoire ou un autre type de circuit. Des centaines de microcircuits peuvent être réalisés sur une plaquette.

Six étapes majeures de traitement de fabrication sont universelles pour tous les dispositifs semi-conducteurs au silicium : oxydation, lithographie, gravure, dopage, dépôt chimique en phase vapeur et métallisation. Viennent ensuite l'assemblage, les tests, le marquage, l'emballage et l'expédition.

Oxydation

Généralement, la première étape du traitement des dispositifs semi-conducteurs implique l'oxydation de la surface extérieure de la plaquette pour faire croître une fine couche (environ un micron) de dioxyde de silicium (SiO2). Cela protège principalement la surface des impuretés et sert de masque pour le processus de diffusion ultérieur. Cette capacité à faire croître une tranche protectrice chimiquement stable de dioxyde de silicium sur du silicium fait des tranches de silicium le substrat semi-conducteur le plus largement utilisé.

L'oxydation, communément appelée oxydation thermique, est un procédé discontinu qui se déroule dans un four de diffusion à haute température. La couche protectrice de dioxyde de silicium est développée dans des atmosphères contenant soit de l'oxygène (O2) (oxydation sèche) ou de l'oxygène combiné à de la vapeur d'eau (H2O) (oxydation humide). Les températures dans le four vont de 800 à 1,300 XNUMXoC. Des composés chlorés sous forme de chlorure d'hydrogène (HCl) peuvent également être ajoutés pour aider à contrôler les impuretés indésirables.

La tendance dans les nouvelles installations de fabrication est aux fours d'oxydation verticaux. Les fours verticaux répondent mieux au besoin d'un meilleur contrôle de la contamination, d'une taille de plaquette plus grande et d'un traitement plus uniforme. Ils permettent un encombrement réduit de l'équipement qui préserve l'espace précieux au sol de la salle blanche.

Oxydation sèche

Les tranches de silicium à oxyder sont d'abord nettoyées à l'aide d'une solution de détergent et d'eau, et rincées au solvant avec du xylène, de l'alcool isopropylique ou d'autres solvants. Les tranches nettoyées sont séchées, chargées dans un support de tranches de quartz appelé Boat et chargé dans le côté opérateur (fin de charge) du tube ou de la cellule du four à diffusion en quartz. L'extrémité d'entrée du tube (extrémité source) fournit de l'oxygène de haute pureté ou un mélange oxygène/azote. Le débit d'oxygène « sec » est contrôlé dans le tube de quartz et garantit qu'un excès d'oxygène est disponible pour la croissance du dioxyde de silicium sur la surface de la plaquette de silicium. La réaction chimique de base est :

Oui + O2 → Si O2

Oxydation humide

Quatre méthodes d'introduction de vapeur d'eau sont couramment utilisées lorsque l'eau est l'agent oxydant : pyrophorique, haute pression, barboteur et flash. Les réactions chimiques de base sont :

Pyrophorique et haute pression : Si + 2O2 + 2 H2 → Si O2 + 2H2O

Flash et barboteur : Si + 2H2O → SiO2 + 2H2

Oxydation pyrophorique implique l'introduction et la combustion d'un mélange gazeux hydrogène/oxygène. De tels systèmes sont généralement appelés hydrogène brûlé or torche systèmes. La vapeur d'eau est produite lorsque des quantités appropriées d'hydrogène et d'oxygène sont introduites à l'extrémité d'entrée du tube et laissées réagir. Le mélange doit être contrôlé avec précision pour garantir une bonne combustion et éviter l'accumulation d'hydrogène gazeux explosif.

Oxydation à haute pression (HiPox) est techniquement appelé un système de pyrosynthèse de l'eau et génère de la vapeur d'eau par la réaction d'hydrogène et d'oxygène ultra-purs. La vapeur est ensuite pompée dans une chambre à haute pression et pressurisée à 10 atmosphères, ce qui accélère le processus d'oxydation par voie humide. L'eau déionisée peut également être utilisée comme source de vapeur.

In oxydation du barboteur l'eau déminéralisée est placée dans un récipient appelé barboteur et maintenu à une température constante en dessous de son point d'ébullition de 100°C grâce à l'utilisation d'un chauffe-ballon. L'azote ou l'oxygène gazeux pénètre par le côté entrée du barboteur, se sature de vapeur d'eau lorsqu'il monte dans l'eau et sort par la sortie dans le four à diffusion. Les systèmes de barbotage semblent être la méthode d'oxydation la plus largement utilisée.

In oxydation éclair de l'eau désionisée coule en continu dans la surface inférieure chauffée d'un récipient en quartz et l'eau s'évapore rapidement une fois qu'elle touche la surface chaude. L'azote ou le gaz porteur d'oxygène s'écoule sur l'eau qui s'évapore et transporte la vapeur d'eau dans le four de diffusion.

Lithographie

La lithographie, également connue sous le nom de photolithographie ou simplement de masquage, est une méthode de formation précise de motifs sur la tranche oxydée. Le circuit microélectronique est construit couche par couche, chaque couche recevant un motif à partir d'un masque prescrit dans la conception du circuit.

Les métiers de l'imprimerie ont développé les véritables antécédents des processus de microfabrication de dispositifs à semi-conducteurs d'aujourd'hui. Ces développements concernent la fabrication de plaques d'impression, généralement en métal, sur lesquelles l'enlèvement de matière par attaque chimique produit un motif en relief de surface. Cette même technique de base est utilisée dans la production maître masques utilisé dans la fabrication de chaque couche de traitement d'un dispositif.

Les concepteurs de circuits numérisent les circuits de base de chaque couche. Ce schéma informatisé permet une génération rapide du circuit du masque et facilite les modifications éventuellement nécessaires. Cette technique est connue sous le nom de conception assistée par ordinateur (CAO). Utilisant de puissants algorithmes informatiques, ces systèmes de conception en ligne permettent au concepteur de disposer et de modifier les circuits directement sur des écrans d'affichage vidéo avec des capacités graphiques interactives.

Le dessin final, ou masque, pour chaque couche de circuits est créé par un phototraceur piloté par ordinateur ou un générateur de motifs. Ces dessins phototracés sont ensuite réduits à la taille réelle du circuit, un masque maître réalisé sur verre avec relief chromé, et reproduit sur une plaque de travail qui sert soit à l'impression par contact soit par projection sur le wafer.

Ces masques délimitent le motif des zones conductrices et isolantes qui sont transférées sur la tranche par photolithographie. La plupart des entreprises ne produisent pas leurs propres masques, mais utilisent ceux fournis par un fabricant de masques.

Nettoyage

Le besoin d'une surface de plaquette extérieure exempte de particules et de contamination nécessite un nettoyage fréquent. Les grandes catégories sont :

  • lavage à l'eau déminéralisée et au détergent
  • solvant : alcool isopropylique (IPA), acétone, éthanol, terpènes
  • acide : fluorhydrique (HF), sulfurique (H2SO4) et le peroxyde d'hydrogène (H2O2), chlorhydrique (HCl), nitrique (HNO3) et mélanges
  • caustique : hydroxyde d'ammonium (NH4OH).

 

Résister à l'application

Les tranches sont recouvertes d'un matériau de réserve de polymère à base de solvant et mises en rotation rapide sur un fileur, qui étale une fine couche uniforme. Les solvants s'évaporent alors, laissant un film polymérique. Tous les matériaux de réserve dépendent des changements induits par le rayonnement (principalement ultraviolet) dans la solubilité d'un polymère organique synthétique dans un rinçage de révélateur sélectionné. Les matériaux de réserve sont classés comme des réserves négatives ou positives, selon que la solubilité dans le révélateur diminue (négative) ou augmente (positive) lors de l'exposition au rayonnement. Le tableau 1 identifie la composition des composants de divers systèmes de photorésist.

Tableau 1. Systèmes de photorésist

Ultra-violet

Proche (350–450 nm)

Négatif

PB
S
D

Caoutchouc aliphatique à base d'azoture (isoprène)
Acétate de n-butyle, xylène, n-méthyl-2-pyrrolidone, éthylbenzène
Xylène, hydrocarbures aliphatiques, acétate de n-butyle,
Solvant Stoddard (distillats de pétrole)

 

Positif

PB
S


D

Ortho-diazocétone
Acétate d'éther monométhylique de propylène glycol, lactate d'éthyle, méthyl
propionate de méthoxy, éthoxy propionate d'éthyle, acétate de n-butyle, xylène,
chlorotoluène
Hydroxyde de sodium, silicates, hydroxyde de potassium

Profond (200–250 nm)

Principalement
résistances positives

   

Faisceau d'électrons (environ 100 nm)

 

Négatif

PB
S
D

Copolymère-acrylate d'éthyle et méthacrylate de glycidyle (COP)
n / a
n / a

 

Positif

PB

S
D

Polyméthylméthacrylate, polyfluoralkylméthacrylate, polyalkylaldéhyde, poly-cyanoéthylacrylate
Acétate d'éther monométhylique de propylène glycol
Alcalin ou IPA, acétate d'éthyle ou méthylisobutylcétone (MIBK)

Rayons X (0.5 à 5 nm)

 

Négatif

PB
S
D

Copolymère-acrylate d'éthyle et méthacrylate de glycidyle (COP)
n / a
n / a

 

Positif

PB

S
D

Polyméthacrylate de méthyle, ortho-diazocétone, poly
(hexa-fluorobutylméthacrylate), poly (butène-1-sulfone)
Acétate d'éther monométhylique de propylène glycol
n / a

PB = base polymère ; S = solvant ; D = développeur.

Étant donné que la plupart des résines photosensibles sont sensibles à la lumière ultraviolette (UV), la zone de traitement est éclairée par des lumières jaunes spéciales dépourvues de longueurs d'onde UV sensibles (voir figure 1).

Figure 1. Équipement de photolithographie « chambre jaune »

MIC020F3

Les résines UV négatives et positives sont principalement utilisées dans l'industrie. Cependant, les résistances aux faisceaux d'électrons et aux rayons X gagnent des parts de marché en raison de leurs résolutions plus élevées. Les problèmes de santé liés à la lithographie sont principalement causés par les risques potentiels pour la reproduction associés à certaines résines positives (par exemple, l'acétate d'éther monoéthylique d'éthylène glycol en tant que support) qui sont actuellement éliminées par l'industrie. Les odeurs occasionnelles des résines négatives (par exemple, le xylène) inquiètent également les employés. En raison de ces préoccupations, les hygiénistes industriels de l'industrie des semi-conducteurs passent beaucoup de temps à échantillonner les opérations de photorésist. Bien que cela soit utile pour caractériser ces opérations, les expositions de routine pendant les opérations d'essorage et de développement sont généralement inférieures à 5 % des normes atmosphériques pour l'exposition professionnelle aux solvants utilisés dans le processus (Scarpace et al. 1989).

Une exposition d'une heure à l'acétate d'éther monoéthylique d'éthylèneglycol de 1 ppm a été trouvée pendant le fonctionnement d'un système de centrifugation. Cette exposition était principalement causée par de mauvaises pratiques de travail lors de l'opération d'entretien (Baldwin, Rubin et Horowitz 6.3).

Séchage et précuisson

Après l'application de la résine, les tranches sont déplacées sur une piste ou déplacées manuellement de la centrifugeuse vers un four à température contrôlée avec une atmosphère d'azote. Une température modérée (70 à 90°C) provoque le durcissement de la résine photosensible (cuisson douce) et l'évaporation des solvants restants.

Pour assurer l'adhésion de la couche de réserve à la plaquette, un primaire, l'hexaméthyldisilizane (HMDS), est appliqué sur la plaquette. L'amorce fixe l'eau moléculaire à la surface de la plaquette. Le HMDS est appliqué soit directement dans un processus d'immersion ou de centrifugation, soit via un amorçage à la vapeur qui offre des avantages de processus et de coût par rapport aux autres méthodes.

Alignement du masque et exposition

Le masque et la plaquette sont rapprochés à l'aide d'un équipement optique/mécanique précis, et l'image sur le masque est alignée sur tout motif existant déjà dans la plaquette sous la couche de résine photosensible. Pour le premier masque, aucun alignement n'est nécessaire. Dans les technologies plus anciennes, l'alignement des couches successives est rendu possible par l'utilisation d'un biscope (microscope à double lentille) et de commandes de précision pour positionner la plaquette par rapport au masque. Dans les nouvelles technologies, l'alignement se fait automatiquement à l'aide de points de référence sur les tranches.

Une fois l'alignement effectué, une source de vapeur de mercure ultraviolette à haute intensité ou de lampe à arc brille à travers le masque, exposant la résine à des endroits non protégés par des régions opaques du masque.

Les différentes méthodes d'alignement et d'exposition des plaquettes comprennent l'exposition aux UV (contact ou proximité), l'exposition aux UV à travers une lentille de projection pour la réduction (projection), l'exposition par étape UV et la réduction répétée (projection), l'inondation aux rayons X (proximité) et le balayage par faisceau d'électrons exposition (écriture directe). La principale méthode utilisée implique l'exposition aux UV des vapeurs de mercure et des lampes à arc via des aligneurs de proximité ou de projection. Les résines UV sont soit conçues pour réagir à un large spectre de longueurs d'onde UV, soit elles sont formulées pour réagir préférentiellement à une ou plusieurs des principales raies du spectre émises par la lampe (par exemple, la raie g à 435 nm, la raie h à 405 nm et ligne i à 365 nm).

Les longueurs d'onde prédominantes de la lumière UV actuellement utilisées dans le photomasquage sont de 365 nm ou plus, mais les spectres des lampes UV contiennent également une énergie significative dans la région de longueur d'onde préoccupante pour la santé, la région actinique inférieure à 315 nm. Normalement, l'intensité du rayonnement UV s'échappant de l'équipement est inférieure à la fois à ce qui est présent dans la région actinique de la lumière du soleil et aux normes fixées pour l'exposition professionnelle aux UV.

Occasionnellement pendant l'entretien, l'alignement de la lampe UV nécessite qu'elle soit alimentée à l'extérieur de l'armoire de l'équipement ou sans les filtres de protection normaux. Les niveaux d'exposition au cours de cette opération peuvent dépasser les limites d'exposition professionnelle, mais une tenue de salle blanche standard (par exemple, des blouses, des gants en vinyle, des masques faciaux et des lunettes de sécurité en polycarbonate avec inhibiteur d'UV) est généralement suffisante pour atténuer la lumière UV en dessous des limites d'exposition (Baldwin et Stewart 1989 ).

Alors que les longueurs d'onde prédominantes pour les lampes ultraviolettes utilisées en photolithographie sont de 365 nm ou plus, la recherche de fonctionnalités plus petites dans les circuits intégrés avancés conduit à l'utilisation de sources d'exposition avec des longueurs d'onde plus petites, telles que les rayons UV et X profonds. Une nouvelle technologie à cet effet est l'utilisation de lasers à excimère krypton-fluorure utilisés dans les steppers. Ces steppers utilisent une longueur d'onde de 248 nm avec des sorties de puissance laser élevées. Cependant, les enceintes de ces systèmes contiennent le faisceau pendant le fonctionnement normal.

Comme avec d'autres équipements contenant des systèmes laser haute puissance utilisés dans la fabrication de semi-conducteurs, la principale préoccupation est de savoir quand les verrouillages du système doivent être vaincus pendant l'alignement du faisceau. Les lasers à haute puissance sont également l'un des risques électriques les plus importants dans l'industrie des semi-conducteurs. Même après la mise hors tension, un potentiel de choc important existe dans l'outil. Les contrôles et les considérations de conception de sécurité pour ces systèmes sont couverts par Escher, Weathers et Labonville (1993).

Les rayons X sont une source d'exposition de technologie avancée utilisée en lithographie. Les niveaux d'émission des sources de lithographie à rayons X peuvent entraîner des débits de dose approchant 50 millisieverts (5 rems) par an au centre de l'équipement. Il est recommandé de restreindre l'accès aux zones à l'intérieur du mur blindé pour minimiser l'exposition (Rooney et Leavey 1989).

Développement

Au cours de l'étape de développement, les zones non polymérisées de la réserve sont dissoutes et éliminées. Un révélateur à base de solvant est appliqué sur la surface de tranche recouverte de réserve par immersion, pulvérisation ou atomisation. Les solutions de révélateur sont identifiées dans le tableau 1. Un rinçage au solvant (n-acétate de butyle, alcool isopropylique, acétone, etc.) est généralement appliqué après le révélateur pour éliminer tout matériau résiduel. La réserve restante après le développement protège les couches individuelles lors du traitement ultérieur.

Patisserie

Après alignement, exposition et développement de la réserve, les tranches passent ensuite dans un autre four à température contrôlée avec une atmosphère d'azote. Le four à température plus élevée (120 à 135°C) provoque le durcissement et la polymérisation complète de la résine photosensible sur la surface de la plaquette (cuisson dure).

Décapage de la résine photosensible

La plaquette développée est ensuite sélectivement gravée à l'aide de produits chimiques humides ou secs (voir « Gravure » ci-dessous). La résine photosensible restante doit être retirée de la plaquette avant un traitement ultérieur. Cela se fait soit en utilisant des solutions chimiques humides dans des bains à température contrôlée, soit en utilisant un incinérateur au plasma ou un produit chimique sec. Le tableau 2 identifie les constituants chimiques humides et secs. Une discussion sur la gravure au plasma chimique sèche - utilisant le même équipement et les mêmes principes de fonctionnement que l'incinération au plasma - suit.


Tableau 2. Décapants de photorésist

Produit chimique humide

 Acide

Sulfurique (H2SO4) et chromique (CrO3)

Sulfurique (H2SO4) et le persulfate d'ammonium ((NH4)2S2O8)

Sulfurique (H2SO4) et le peroxyde d'hydrogène (H2O2)

Organics

Phénols, acides sulfuriques, trichlorobenzène, perchloroéthylène

Éthers de glycol, éthanolamine, triéthanolamine

Hydroxyde de sodium et silicates (résine positive)

Produit chimique sec

Incinération au plasma (décapage)

Source d'alimentation RF (radiofréquence) - fréquence 13.56 MHz ou 2,450 XNUMX MHz

L'oxygène (O2) source de gaz

Systèmes de pompe à vide

—Huile lubrifiée avec piège à azote liquide (ancienne technologie)
—Lubrifié avec des fluides perfluoropolyéther inertes (nouvelle technologie)
—Pompe sèche (technologie la plus récente)


Gravure

La gravure élimine les couches de dioxyde de silicium (SiO2), les métaux et le polysilicium, ainsi que les résines, selon les motifs souhaités délimités par la résine. Les deux principales catégories de gravure sont les produits chimiques humides et secs. La gravure humide est principalement utilisée et implique des solutions contenant les agents de gravure (généralement un mélange d'acides) aux concentrations souhaitées, qui réagissent avec les matériaux à éliminer. La gravure sèche implique l'utilisation de gaz réactifs sous vide dans une chambre hautement sous tension, qui élimine également les couches souhaitées non protégées par la réserve.

Produit chimique humide

Les solutions de gravure chimique humide sont logées dans des bains de gravure à température contrôlée en polypropylène (poly-pro), en polypropylène ignifuge (FRPP) ou en chlorure de polyvinyle (PVC). Les bains sont généralement équipés soit d'une ventilation par plénum de type annulaire, soit d'un échappement à fentes à l'arrière de la station de gravure chimique par voie humide. Les hottes à flux laminaire vertical fournissent de l'air exempt de particules uniformément filtré à la surface supérieure des bains de gravure. Les solutions chimiques de gravure humide courantes sont présentées dans le tableau 3, en relation avec la couche de surface à graver.

Tableau 3. Acides chimiques humides

Matériel à graver

Etchants

Silicium

Silicium polycristallin (Si)

Acides fluorhydrique, nitrique, acétique et iode
L'hydroxyde de potassium
Éthylène diamine/catéchol
Fluorure d'ammonium, acides acétique et nitrique glacial

Dioxyde de silicium (SiO2)

Gravure à l'oxyde tamponné (BOE) - Fluorhydrique et
fluorure d'ammonium
BOE, éthylène glycol, éther monométhylique
Fluorhydrique et nitrique (P-etch)

Nitrure de silicium (Si3N4)

Acides phosphorique et fluorhydrique

Oxyde CVD ou gravure au tampon

Fluorure d'ammonium, acides acétique et fluorhydrique

Métaux

Aluminium (Al)

Acides phosphorique, nitrique, acétique et chlorhydrique
Hydroxyde de sodium, hydroxyde de potassium

Chrome-Nickel (Cr/Ni)

Nitrate d'ammonium cérique et acide nitrique
Acides chlorhydrique et nitrique (eau régale)

Or (Au)

Acides chlorhydrique et nitrique (eau régale)
Iodure de potassium (KI)
Cyanure de potassium (KCN) et peroxyde d'hydrogène (H2O2)
Chlorure ferrique (FeCl3) et acide chlorhydrique

Argent (Ag)

Nitrate ferrique (FeNO3) et éthylène glycol
Acide nitrique

Composé

Laits en poudre

Concentration standard (%)

Acide acétique

CH3COOH

36

Fluorure d'ammonium

NH4F

40

L'acide acétique glacial

CH3COOH

99.5

Acide chlorhydrique

HCl

36

Acide hydrofluorique

HF

49

Acide nitrique

HNO3  

67

Acide phosphorique

H3PO4  

85

L'hydroxyde de potassium

KOH

50 ou 10

Hydroxyde de sodium

NaOH

50 ou 10

acide sulfurique

H2SO4  

96

 

Les capots d'alimentation à flux montés verticalement, lorsqu'ils sont utilisés en conjonction avec des écrans anti-éclaboussures et une ventilation d'échappement, peuvent créer des zones de turbulence d'air dans la station de gravure chimique humide. En conséquence, une diminution est possible de l'efficacité de la ventilation par aspiration locale dans la capture et l'acheminement des contaminants atmosphériques fugitifs des bains de gravure utilisés.

La principale préoccupation de la gravure humide est la possibilité d'un contact cutané avec les acides concentrés. Alors que tous les acides utilisés dans la gravure peuvent provoquer des brûlures acides, l'exposition à l'acide fluorhydrique (HF) est particulièrement préoccupante. Le délai entre le contact avec la peau et la douleur (jusqu'à 24 heures pour les solutions à moins de 20 % de HF et de 1 à 8 heures pour les solutions à 20 à 50 %) peut entraîner un traitement retardé et des brûlures plus graves que prévu (Hathaway et al. 1991) .

Historiquement, les brûlures à l'acide ont été un problème particulier au sein de l'industrie. Cependant, l'incidence du contact cutané avec des acides a été réduite ces dernières années. Une partie de cette réduction a été causée par des améliorations liées au produit dans le processus de gravure, telles que le passage à la gravure sèche, l'utilisation de plus de robotique et l'installation de systèmes de distribution de produits chimiques. La réduction du taux de brûlures à l'acide peut également être attribuée à de meilleures techniques de manipulation, à une plus grande utilisation d'équipements de protection individuelle, à des ponts humides mieux conçus et à une meilleure formation - qui nécessitent tous une attention continue si le taux doit diminuer davantage (Baldwin et Williams 1996 ).

Produit chimique sec

La gravure chimique sèche est un domaine d'intérêt et d'utilisation croissants en raison de sa capacité à mieux contrôler le processus de gravure et à réduire les niveaux de contamination. Le traitement chimique à sec grave efficacement les couches souhaitées grâce à l'utilisation de gaz chimiquement réactifs ou par bombardement physique.

Des systèmes de gravure au plasma chimiquement réactifs ont été développés qui peuvent graver efficacement le silicium, le dioxyde de silicium, le nitrure de silicium, l'aluminium, le tantale, les composés du tantale, le chrome, le tungstène, l'or et le verre. Deux types de systèmes de réacteurs de gravure au plasma sont utilisés - le barillet, ou cylindrique, et la plaque parallèle, ou planaire. Les deux fonctionnent sur les mêmes principes et ne varient principalement que dans la configuration.

Un plasma est similaire à un gaz sauf que certains des atomes ou molécules du plasma sont ionisés et peuvent contenir un nombre substantiel de radicaux libres. Le réacteur typique consiste en une chambre de réacteur sous vide contenant la plaquette, généralement en aluminium, verre ou quartz; une source d'énergie radiofréquence (RF) - généralement à 450 kHz, 13.56 MHz ou 40.5 MHz et un module de contrôle pour contrôler le temps de traitement, la composition du gaz réactif, le débit de gaz et le niveau de puissance RF. De plus, une source de vide à pompe primaire lubrifiée à l'huile (technologie plus ancienne) ou sèche (technologie plus récente) est alignée avec la chambre du réacteur. Les plaquettes sont chargées dans le réacteur, soit individuellement, soit dans des cassettes, une pompe fait le vide dans la chambre et le gaz réactif (généralement du tétrafluorure de carbone) est introduit. L'ionisation du gaz forme le plasma de gravure, qui réagit avec les tranches pour former des produits volatils qui sont pompés. L'introduction de gaz réactif frais dans la chambre maintient l'activité de gravure. Le tableau 4 identifie les matériaux et les gaz plasma utilisés pour graver différentes couches.

Tableau 4. Gaz de gravure au plasma et matériaux gravés

Matières

Gaz

Silicium

Polysilicium (polySi) et Silicium

FC + O2, CCl4 ou FC3Cl, FC4 et HCl

Dioxyde de silicium (SiO2)

C2F6, C3F8, FC4, SiF4, C5F12, CHF3, CCl2F2, SF6, HF

Nitrure de silicium (Si3N4)

CF4 + Ar, CF4 + O2, FC4 + H2

Métaux

Aluminium (Al)

CCl4 ou BCl3 + He ou Ar

Chrome (Cr)

CCl4

Oxyde de chrome (CrO3)

Cl2 + Ar ou CCl4 +Ar

Arséniure de gallium (GaAs)

CCl2F2

vanadium (V)

CF4

Titane (Ti)

CF4

Tantule (Ta)

CF4

Molybdène (Mo)

CF4

Tungstène (W)

CF4

 

Une autre méthode en cours de développement pour la gravure est la micro-onde en aval. Il utilise une décharge micro-onde à haute densité de puissance pour produire des atomes métastables avec de longues durées de vie qui gravent le matériau presque comme s'il était immergé dans de l'acide.

Les processus de gravure physique sont similaires au sablage en ce sens que des atomes de gaz d'argon sont utilisés pour bombarder physiquement la couche à graver. Un système de pompe à vide est utilisé pour retirer le matériau disloqué. La gravure ionique réactive implique une combinaison de gravure sèche chimique et physique.

Le processus de pulvérisation cathodique est un processus d'impact ionique et de transfert d'énergie. La gravure par pulvérisation comprend un système de pulvérisation, où la plaquette à graver est fixée à une électrode négative ou à une cible dans un circuit de décharge luminescente. Le matériau pulvérise de la plaquette par bombardement avec des ions positifs, généralement de l'argon, et entraîne la dislocation des atomes de surface. L'alimentation est fournie par une source RF à une fréquence de 450 kHz. Un système de vide en ligne est utilisé pour le contrôle de la pression et l'élimination des réactifs.

La gravure et le fraisage par faisceau d'ions est un processus de gravure doux qui utilise un faisceau d'ions à faible énergie. Le système à faisceau ionique se compose d'une source pour générer le faisceau ionique, d'une chambre de travail dans laquelle se produit la gravure ou le fraisage, d'une fixation avec une plaque cible pour maintenir les plaquettes dans le faisceau ionique, d'un système de pompe à vide, de l'électronique de support et des instruments. Le faisceau d'ions est extrait d'un gaz ionisé (argon ou argon/oxygène) ou plasma, qui est créé par la décharge électrique. La décharge est obtenue en appliquant une tension entre une cathode à filament chaud émetteur d'électrons et un cylindre anodique situé dans le diamètre extérieur de la zone de décharge.

Le broyage par faisceau d'ions est effectué dans la plage de basse énergie du bombardement ionique, où seules les interactions de surface se produisent. Ces ions, généralement dans la gamme de 500 à 1,000 XNUMX eV, frappent une cible et crachoter atomes de surface en brisant les forces liant l'atome à son voisin. La gravure par faisceau d'ions est effectuée dans une plage d'énergie légèrement supérieure, ce qui implique une dislocation plus spectaculaire des atomes de surface.

La gravure ionique réactive (RIE) est une combinaison de pulvérisation physique et de gravure d'espèces réactives chimiques à basse pression. RIE utilise le bombardement ionique pour réaliser une gravure directionnelle et également un gaz chimiquement réactif, le tétrafluorure de carbone (CF4) ou le tétrachlorure de carbone (CCl4), pour maintenir une bonne sélectivité de la couche gravée. Une plaquette est placée dans une chambre avec une atmosphère de composé gazeux chimiquement réactif à une basse pression d'environ 0.1 torr (1.3 x 10-4 atmosphère). Une décharge électrique crée un plasma de « radicaux libres » réactifs (ions) d'une énergie de quelques centaines d'électrons volts. Les ions frappent verticalement la surface de la plaquette, où ils réagissent pour former des espèces volatiles qui sont éliminées par un système de vide en ligne à basse pression.

Les graveurs à sec ont parfois un cycle de nettoyage qui est utilisé pour éliminer les dépôts qui s'accumulent à l'intérieur des chambres de réaction. Les composés parents utilisés pour les plasmas du cycle de nettoyage comprennent le trifluorure d'azote (NF3), hexafluoroéthane (C2F6) et octafluoropropane (C3F8).

Ces trois gaz utilisés dans le processus de nettoyage, et de nombreux gaz utilisés dans la gravure, sont la pierre angulaire d'un problème environnemental auquel l'industrie des semi-conducteurs est confrontée et qui a fait surface au milieu des années 1990. Plusieurs des gaz hautement fluorés ont été identifiés comme ayant un potentiel significatif de réchauffement global (ou d'effet de serre). (Ces gaz sont également appelés PFC, composés perfluorés.) La longue durée de vie dans l'atmosphère, le potentiel de réchauffement climatique élevé et l'utilisation accrue significative des PFC comme le NF3, C2F6, C3F8, FC4, trifluorométhane (CHF3) et l'hexafluorure de soufre (SF6) a amené l'industrie des semi-conducteurs à se concentrer sur les moyens de réduire ses émissions.

Les émissions atmosphériques de PFC provenant de l'industrie des semi-conducteurs sont dues à une faible efficacité des outils (de nombreux outils ne consommaient que 10 à 40 % du gaz utilisé) et à un équipement de réduction des émissions atmosphériques inadéquat. Les épurateurs humides ne sont pas efficaces pour éliminer les PFC, et des tests sur de nombreuses unités de combustion ont révélé des efficacités de destruction médiocres pour certains gaz, en particulier les CF4. Beaucoup de ces unités de combustion sont tombées en panne C2F6 et C3F8 dans les FC4. En outre, le coût élevé de possession de ces outils de réduction, leur demande en énergie, leur dégagement d'autres gaz à effet de serre et leurs sous-produits de combustion de polluants atmosphériques dangereux indiquaient que la réduction de la combustion n'était pas une méthode appropriée pour contrôler les émissions de PFC.

Rendre les outils de traitement plus efficaces, identifier et développer des alternatives plus respectueuses de l'environnement à ces gaz de gravure à sec et la récupération/recyclage des gaz d'échappement ont été les accents environnementaux associés aux gravures à sec.

L'accent principal de l'hygiène professionnelle pour les graveurs à sec a été mis sur les expositions potentielles du personnel de maintenance travaillant sur les chambres de réaction, les pompes et autres équipements associés pouvant contenir des résidus de produits de réaction. La complexité des graveurs plasma et la difficulté à caractériser les odeurs liées à leur maintenance en ont fait l'objet de nombreuses investigations.

Les produits de réaction formés dans les graveurs de métaux au plasma sont un mélange complexe de composés chlorés et fluorés. L'entretien des graveurs de métaux implique souvent des opérations de courte durée qui génèrent de fortes odeurs. L'hexachloroéthane s'est avéré être la principale cause d'odeur dans un type de graveur d'aluminium (Helb et al. 1983). Dans un autre, le chlorure de cyanogène était le principal problème : les niveaux d'exposition étaient 11 fois supérieurs à la limite d'exposition professionnelle de 0.3 ppm (Baldwin 1985). Dans encore d'autres types de graveurs, le chlorure d'hydrogène est associé à l'odeur; l'exposition maximale mesurée était de 68 ppm (Baldwin, Rubin et Horowitz 1993). Pour plus d'informations sur le sujet, voir Mueller et Kunesh (1989).

La complexité des chimies présentes dans les gaz d'échappement des graveurs de métaux a conduit les chercheurs à développer des méthodes expérimentales pour étudier la toxicité de ces mélanges (Bauer et al. 1992a). L'application de ces méthodes dans les études sur les rongeurs indique que certains de ces mélanges chimiques sont présumés mutagènes (Bauer et al. 1992b) et présumés toxiques pour la reproduction (Schmidt et al. 1995).

Étant donné que les graveurs à sec fonctionnent comme des systèmes fermés, l'exposition chimique des opérateurs de l'équipement ne se produit généralement pas lorsque le système est fermé. Une rare exception à cela est lorsque le cycle de purge des anciens graveurs discontinus n'est pas assez long pour éliminer correctement les gaz de gravure. Des expositions brèves mais irritantes à des composés fluorés qui sont en dessous de la limite de détection pour les procédures typiques de surveillance de l'hygiène industrielle ont été signalées lorsque les portes de ces graveurs sont ouvertes. Normalement, cela peut être corrigé en augmentant simplement la durée du cycle de purge avant d'ouvrir la porte de la chambre de gravure.

La principale préoccupation concernant l'exposition de l'opérateur à l'énergie RF survient lors de la gravure au plasma et de l'incinération (Cohen 1986 ; Jones 1988). En règle générale, la fuite d'énergie RF peut être causée par :

  • portes mal alignées
  • fissures et trous dans les armoires
  • tables métalliques et câbles électriques faisant office d'antennes en raison d'une mauvaise mise à la terre du graveur
  • pas d'écran atténuateur dans la fenêtre de visualisation du graveur (Jones 1988; Horowitz 1992).

 

L'exposition aux RF peut également se produire lors de la maintenance des graveurs, en particulier si l'armoire de l'équipement a été retirée. Une exposition de 12.9 mW/cm2 a été trouvé au sommet d'un ancien modèle de graveur à plasma dont le couvercle a été retiré pour l'entretien (Horowitz 1992). La fuite de rayonnement RF réelle dans la zone où se tient l'opérateur était généralement inférieure à 4.9 mW/cm2.

dopage

La formation d'une jonction électrique ou d'une frontière entre p et de n régions dans une plaquette de silicium monocristallin est l'élément essentiel pour le fonctionnement de tous les dispositifs à semi-conducteurs. Les jonctions permettent au courant de circuler dans un sens beaucoup plus facilement que dans l'autre. Ils fournissent la base des effets de diode et de transistor dans tous les semi-conducteurs. Dans un circuit intégré, un nombre contrôlé d'impuretés élémentaires ou de dopants, doit être introduit dans des régions gravées sélectionnées du substrat de silicium, ou tranche. Cela peut être fait soit par des techniques de diffusion ou d'implantation ionique. Quelle que soit la technique utilisée, les mêmes types ou dopants sont utilisés pour la réalisation des jonctions semi-conductrices. Le tableau 5 recense les principaux composants utilisés pour le dopage, leur état physique, type électrique (p or n) et la technique de jonction primaire utilisée - diffusion ou implantation ionique.

Tableau 5. Dopants de formation de jonction pour la diffusion et l'implantation ionique

Élément

Composé

Laits en poudre

Région

Technique

type n

Antimoine

Trioxyde d'antimoine
Trichlorure d'antimoine

Sb2O3
SbCl3

Solide
Liquide

La diffusion
La diffusion

Arsenic

Trioxyde d'arsenic
Trioxyde d'arsenic
Arsine
Pentafluorure d'arsenic

As2O3
As2O3
Cendre3
FSA5

Solide
Liquide
Gaz
Gaz

La diffusion
Diffusion—faites tourner
Diffusion et implantation ionique
Implantation ionique

Phosphore

Pentoxyde de phosphore
Pentoxyde de phosphore
Tribromure de phosphore
Trichlorure de phosphore
Oxychlorure de phosphore
Phosphine
Pentafluorure de phosphore

P2O5
P2O5
PBr3
PCl3
POCI3
PH3
PF5

Solide
Liquide
Liquide
Liquide
Liquide
Gaz
Gaz

La diffusion
Diffusion—faites tourner
La diffusion
La diffusion
La diffusion
Implantation ionique
Implantation ionique

type p

Bore

Nitrure de bore
Tribromure de bore
Trioxyde de bore
Trioxyde de bore
Borate de triéthyle
Tétrabromure de silicium
Trichlorure de bore
Trifluorure de bore
Diborane

BN
BBr3
B2O3
B2O3
B(COC2H5)3
SiBr4
BCl3
BF3
B2H6

Solide
Liquide
Solide
Liquide
Liquide
Liquide
Liquide
Gaz
Gaz

La diffusion
La diffusion
La diffusion
Diffusion—faites tourner
Diffusion—faites tourner
La diffusion
Implantation ionique par diffusion
Implantation ionique
Implantation ionique

 

Les expositions chimiques de routine des opérateurs des fours à diffusion et des implanteurs ioniques sont faibles, généralement inférieures à la limite de détection des procédures d'échantillonnage d'hygiène professionnelle standard. Les préoccupations chimiques avec le centre de processus sur la possibilité de rejets de gaz toxiques.

Dès les années 1970, les fabricants de semi-conducteurs progressistes ont commencé à installer les premiers systèmes de surveillance continue des gaz inflammables et toxiques. L'objectif principal de cette surveillance était de détecter les rejets accidentels des gaz dopants les plus toxiques avec des seuils d'odeur supérieurs à leurs limites d'exposition professionnelle (par exemple, l'arsine et le diborane).

La plupart des moniteurs d'air d'hygiène industrielle dans l'industrie des semi-conducteurs sont utilisés pour la détection de fuites de gaz inflammables et toxiques. Cependant, certaines installations utilisent également des systèmes de surveillance continue pour :

  • analyser les émissions du conduit d'échappement (cheminée)
  • quantifier les concentrations de produits chimiques volatils dans l'air ambiant
  • identifier et quantifier les odeurs dans les zones de fabrication.

 

Les technologies les plus utilisées dans l'industrie des semi-conducteurs pour ce type de surveillance sont la détection de gaz colorimétrique (par exemple, le détecteur de gaz continu MDA), les capteurs électrochimiques (par exemple, les moniteurs sensydyne) et l'infrarouge à transformée de Fourier (par exemple, Telos ACM) (Baldwin et Williams 1996) .

La diffusion

La diffusion est un terme utilisé pour décrire le mouvement des dopants depuis les régions de concentration élevée à l'extrémité source du four de diffusion vers les régions de concentration inférieure à l'intérieur de la tranche de silicium. La diffusion est la méthode la plus établie de formation de jonction.

Cette technique consiste à soumettre une tranche à une atmosphère chauffée à l'intérieur du four de diffusion. Le four contient les dopants souhaités sous forme de vapeur et aboutit à la création de zones d'activité électrique dopée, soit p or n. Les dopants les plus couramment utilisés sont le bore pour le type p ; et le phosphore (P), l'arsenic (As) ou l'antimoine (Sb) pour le type n (voir tableau 5).

En règle générale, les tranches sont empilées dans un support ou une nacelle en quartz et placées dans le four de diffusion. Le four à diffusion contient un long tube de quartz et un mécanisme pour un contrôle précis de la température. Le contrôle de la température est extrêmement important, car les vitesses de diffusion des divers dopants au silicium sont principalement fonction de la température. Les températures d'utilisation vont de 900 à 1,300 XNUMX oC, en fonction du dopant et du processus spécifiques.

Le chauffage de la plaquette de silicium à une température élevée permet aux atomes d'impuretés de diffuser lentement à travers la structure cristalline. Les impuretés se déplacent plus lentement à travers le dioxyde de silicium qu'à travers le silicium lui-même, permettant à l'oxyde mince motif pour servir de masque et permettant ainsi au dopant de pénétrer dans le silicium uniquement là où il n'est pas protégé. Une fois que suffisamment d'impuretés se sont accumulées, les tranches sont retirées du four et la diffusion cesse effectivement.

Pour un contrôle maximal, la plupart des diffusions sont effectuées en deux étapes—prédéposition et de conduire en. Le prédépôt, ou diffusion à source constante, est la première étape et se déroule dans un four dont la température est choisie pour obtenir le meilleur contrôle des quantités d'impuretés. La température détermine la solubilité du dopant. Après un traitement de prédépôt relativement court, la plaquette est physiquement déplacée vers un deuxième four, généralement à une température plus élevée, où un deuxième traitement thermique entraîne le dopant à la profondeur de diffusion souhaitée dans le réseau de la plaquette de silicium.

Les sources de dopants utilisées dans l'étape de prédépôt sont dans trois états chimiques distincts : gaz, liquide et solide. Le tableau 5 identifie les différents types de dopants de source de diffusion et leurs états physiques.

Les gaz sont généralement fournis à partir de bouteilles de gaz comprimé avec des commandes ou des régulateurs de pression, des vannes d'arrêt et divers accessoires de purge et sont distribués par des tubes métalliques de petit diamètre.

Les liquides sont distribués normalement à partir de barboteurs, qui saturent un flux de gaz porteur, généralement de l'azote, avec les vapeurs de dopant liquide, comme décrit dans la section sur l'oxydation par voie humide. Une autre forme de distribution de liquide consiste à utiliser le tourner sur dopant appareil. Cela implique de mettre un dopant solide en solution avec un support de solvant liquide, puis de faire couler la solution sur la plaquette et de tourner, d'une manière similaire à l'application de photoresists.

Les sources solides peuvent se présenter sous la forme d'une tranche de nitrure de bore, qui est prise en sandwich entre deux tranches de silicium à doper puis placée dans un four de diffusion. Aussi, les dopants solides, sous forme de poudre ou de billes, peuvent être placés dans un bombe à quartz enceinte (trioxyde d'arsenic), déversée manuellement dans l'extrémité source d'un tube de diffusion ou chargée dans un four source séparé en ligne avec le four de diffusion principal.

En l'absence de contrôles appropriés, les expositions à l'arsenic supérieures à 0.01 mg/m3 ont été signalés lors du nettoyage d'un four de dépôt (Wade et al. 1981) et lors du nettoyage des chambres de logement de la source pour les implanteurs d'ions à source solide (McCarthy 1985 ; Baldwin, King et Scarpace 1988). Ces expositions se sont produites alors qu'aucune précaution n'était prise pour limiter la quantité de poussière dans l'air. Cependant, lorsque les résidus étaient maintenus humides pendant le nettoyage, les expositions étaient réduites bien en deçà de la limite d'exposition dans l'air.

Dans les technologies de diffusion plus anciennes, des risques de sécurité existent lors du retrait, du nettoyage et de l'installation des tubes de four. Les risques comprennent les coupures potentielles causées par des articles en quartz brisés et les brûlures à l'acide lors du nettoyage manuel. Dans les nouvelles technologies, ces risques sont atténués par sur place nettoyage des tubes qui élimine une grande partie de la manipulation manuelle.

Les opérateurs de fours à diffusion sont les plus exposés en salle blanche à des champs électromagnétiques à très basse fréquence (par exemple, 50 à 60 hertz) dans la fabrication de semi-conducteurs. Des expositions moyennes supérieures à 0.5 microteslas (5 milligauss) ont été signalées pendant le fonctionnement réel des fours (Crawford et al. 1993). Cette étude a également noté que le personnel des salles blanches travaillant à proximité des fours à diffusion présentait des expositions moyennes mesurées sensiblement plus élevées que celles des autres travailleurs des salles blanches. Cette découverte était cohérente avec les mesures ponctuelles rapportées par Rosenthal et Abdollahzadeh (1991), qui ont constaté que les fours à diffusion produisaient des lectures de proximité (à 5 cm ou 2 pouces) aussi élevées que 10 à 15 microteslas, les champs environnants diminuant plus progressivement avec la distance. que les autres équipements de salle blanche étudiés ; même à 6 pieds des fours de diffusion, les densités de flux rapportées étaient de 1.2 à 2 microteslas (Crawford et al. 1993). Ces niveaux d'émission sont bien en deçà des limites d'exposition sanitaires actuelles fixées par l'Organisation mondiale de la santé et de celles fixées par les différents pays.

Implantation ionique

L'implantation ionique est la méthode la plus récente d'introduction d'éléments d'impuretés à température ambiante dans des tranches de silicium pour la formation de jonctions. Les atomes dopants ionisés (c'est-à-dire les atomes dépouillés d'un ou plusieurs de leurs électrons) sont accélérés à une énergie élevée en les faisant passer par une différence de potentiel de dizaines de milliers de volts. Au bout de leur parcours, ils viennent heurter la plaquette et s'incrustent à différentes profondeurs, en fonction de leur masse et de leur énergie. Comme dans la diffusion conventionnelle, une couche d'oxyde à motif ou un motif de photorésist masque sélectivement la plaquette des ions.

Un système d'implantation d'ions typique se compose d'une source d'ions (source de dopant gazeux, généralement dans de petites bouteilles de lecture), d'un équipement d'analyse, d'un accélérateur, d'une lentille de focalisation, d'un piège à faisceau neutre, d'une chambre de traitement du scanner et d'un système de vide (normalement trois ensembles distincts de pompes de prévidage et de diffusion d'huile). Le flux d'électrons est généré à partir d'un filament chaud par une résistance, une décharge en arc ou un faisceau d'électrons à cathode froide.

Généralement, après l'implantation des tranches, une étape de recuit à haute température (900 à 1,000 XNUMX °C) est effectuée par un recuit par faisceau laser ou un recuit pulsé avec une source de faisceaux d'électrons. Le processus de recuit aide à réparer les dommages causés à la surface extérieure de la plaquette implantée par le bombardement d'ions dopants.

Avec l'avènement d'un système de distribution sûr pour les bouteilles de gaz d'arsine, de phosphine et de trifluorure de bore utilisées dans les implanteurs ioniques, le potentiel de libération catastrophique de ces gaz a été considérablement réduit. Ces petites bouteilles de gaz sont remplies d'un composé sur lequel s'adsorbent l'arsine, la phosphine et le trifluorure de bore. Les gaz sont extraits des cylindres à l'aide d'un vide.

Les implanteurs ioniques sont l'un des risques électriques les plus importants dans l'industrie des semi-conducteurs. Même après la mise hors tension, un potentiel de choc important existe dans l'outil et doit être dissipé avant de travailler à l'intérieur de l'implanteur. Un examen attentif des opérations de maintenance et des risques électriques est justifié pour tous les équipements nouvellement installés, mais surtout pour les implanteurs ioniques.

Des expositions aux hydrures (probablement un mélange d'arsine et de phosphine) aussi élevées que 60 ppb ont été constatées lors de l'entretien de la cryopompe d'implantation d'ions (Baldwin, Rubin et Horowitz 1993). De plus, des concentrations élevées d'arsine et de phosphine peuvent dégager des gaz des pièces d'implant contaminées qui sont retirées lors de l'entretien préventif (Flipp, Hunsaker et Herring 1992).

Les aspirateurs portatifs équipés de filtres atténuateurs de particules à haute efficacité (HEPA) sont utilisés pour nettoyer les surfaces de travail contaminées par l'arsenic dans les zones d'implantation d'ions. Expositions supérieures à 1,000 XNUMX μg/m3 ont été mesurés lorsque les aspirateurs HEPA étaient mal nettoyés. Les aspirateurs HEPA, lorsqu'ils se déchargent dans l'espace de travail, peuvent également diffuser efficacement l'odeur caractéristique d'hydrure associée au nettoyage de la ligne de faisceau des implanteurs ioniques (Baldwin, Rubin et Horowitz 1993).

Bien qu'il s'agisse d'une préoccupation, il n'y a eu aucun rapport publié d'expositions importantes au gaz dopant lors des vidanges d'huile des pompes à vide utilisées avec des dopants, peut-être parce que cela se fait généralement en système fermé. L'absence d'exposition signalée peut également être le résultat de faibles niveaux de dégagement gazeux d'hydrures provenant de l'huile usée.

Le résultat d'une étude sur le terrain au cours de laquelle 700 ml d'huile de pompe de prévidage usagée provenant d'un implanteur ionique utilisant à la fois de l'arsine et de la phosphine ont été chauffés n'a montré que des concentrations détectables d'hydrures en suspension dans l'espace de tête de pompe lorsque l'huile de pompe dépassait 70oC (Baldwin, King et Scarpace 1988). Étant donné que les températures de fonctionnement normales pour les pompes de prévidage mécaniques sont de 60 à 80oC, cette étude n'a pas indiqué le potentiel d'une exposition significative.

Lors de l'implantation ionique, des rayons X se forment accessoirement à l'opération. La plupart des implanteurs sont conçus avec une armoire suffisamment blindée (qui comprend des feuilles de plomb stratégiquement placées autour du boîtier de la source d'ions et des portes d'accès adjacentes) pour maintenir l'exposition des employés en dessous de 2.5 microsieverts (0.25 millirems) par heure (Maletskos et Hanley 1983). Cependant, un modèle plus ancien d'implanteurs présentait une fuite de rayons X supérieure à 20 microsieverts par heure (μSv/h) à la surface de l'unité (Baldwin, King et Scarpace 1988). Ces niveaux ont été réduits à moins de 2.5 μSv/h après l'installation d'un blindage supplémentaire en plomb. Un autre modèle plus ancien d'implanteur ionique présentait une fuite de rayons X autour d'une porte d'accès (jusqu'à 15 μSv/h) et au niveau d'un hublot (jusqu'à 3 μSv/h). Un blindage supplémentaire en plomb a été ajouté pour atténuer les expositions possibles (Baldwin, Rubin et Horowitz 1993).

En plus des expositions aux rayons X des implanteurs ioniques, la possibilité de formation de neutrons a été postulée si l'implanteur fonctionne au-dessus de 8 millions d'électronvolts (MeV) ou si le gaz deutérium est utilisé comme source d'ions (Rogers 1994). Cependant, les implanteurs sont généralement conçus pour fonctionner bien en dessous de 8 MeV, et le deutérium n'est pas couramment utilisé dans l'industrie (Baldwin et Williams 1996).

Dépôt chimique en phase vapeur

Le dépôt chimique en phase vapeur (CVD) implique la superposition d'un matériau supplémentaire sur la surface de la tranche de silicium. Les unités CVD fonctionnent normalement comme un système fermé, entraînant peu ou pas d'exposition chimique pour les opérateurs. Cependant, une brève exposition au chlorure d'hydrogène supérieure à 5 ppm peut se produire lorsque certains prélaveurs CVD sont nettoyés (Baldwin et Stewart 1989). Deux grandes catégories de dépôt sont d'usage courant - épitaxial et la catégorie plus générale de CVD non épitaxial.

Dépôt chimique en phase vapeur par épitaxie

La croissance épitaxiale est un dépôt contrôlé de manière rigide d'un mince film monocristallin d'un matériau qui conserve la même structure cristalline que la couche de tranche de substrat existante. Il sert de matrice pour fabriquer des composants semi-conducteurs dans les processus de diffusion ultérieurs. La plupart des films épitaxiés sont développés sur des substrats du même matériau, tels que du silicium sur du silicium, dans un processus appelé homoépitaxie. La croissance de couches de différents matériaux sur un substrat, tel que du silicium sur du saphir, est appelée traitement de dispositif IC par hétéroépitaxie.

Trois techniques principales sont utilisées pour faire croître des couches épitaxiales : phase vapeur, phase liquide et faisceau moléculaire. L'épitaxie en phase liquide et par faisceau moléculaire est principalement utilisée dans le traitement des dispositifs III-V (par exemple GaAs). Celles-ci sont discutées dans l'article "Fabrication de semi-conducteurs III-V".

L'épitaxie en phase vapeur permet de faire croître un film par CVD de molécules à une température de 900 à 1,300oC. Des vapeurs contenant le silicium et des quantités contrôlées de dopants de type p ou n dans un gaz porteur (généralement de l'hydrogène) sont passées sur des tranches chauffées pour déposer des couches dopées de silicium. Le procédé est généralement réalisé à pression atmosphérique.

Le tableau 6 identifie les quatre grands types d'épitaxie en phase vapeur, les paramètres et les réactions chimiques en cours.

Tableau 6. Grandes catégories d'épitaxie en phase vapeur de silicium

Paramètres

Pression

Atmosphérique

Température

900-1300 ° C

Sources de silicium

Silanes (SiH4), tétrachlorure de silicium (SiCl4), trichlorosilane (SiHCl3),
et le dichlorosilane (SiH2Cl2)

Gaz dopants

Arsine (Cendre3), phosphine (PH3), diborane (B2H6)

Concentration de gaz dopant

≈100 ppm

Gaz d'attaque

Chlorure d'hydrogène (HCl)

Concentration de gaz d'attaque

≈1–4 %

Gaz vecteurs

Hydrogène (H2), azote (N2)

Source de chauffage

Radiofréquence (RF) ou infrarouge (IR)

Types d'épitaxie en phase vapeur

Réactions chimiques

Réduction à l'hydrogène du tétrachlorure de silicium
(1,150 1,300–XNUMX XNUMX °C)

SiCl4 + 2H2 → Si + 4HCl

Décomposition pyrolytique du silane
(1,000 1,100–XNUMX XNUMX °C)

OuiH4 → Si + 2H2

Réduction de l'hydrogène du trichlorosilane

SiHCl3 + H2 → Si + 3HCl

Réduction du dichlorosilane

OuiH2Cl2 → Si + 2HCl

 

La séquence de dépôt normalement suivie dans un processus épitaxial implique :

  • nettoyage du substrat—épuration physique, dégraissage au solvant, nettoyage à l'acide (sulfurique, nitrique et chlorhydrique, et le fluorhydrique est une séquence courante) et opération de séchage
  • chargement de plaquettes
  • chauffer—purge à l'azote et chauffage à environ 500 °C, puis de l'hydrogène gazeux est utilisé et des générateurs RF chauffent les tranches par induction
  • gravure au chlorure d'hydrogène (HCl)—généralement une concentration de 1 à 4% de HCl est distribuée dans la chambre du réacteur
  • déposition—la source de silicium et les gaz dopants sont dosés et déposés sur la surface de la tranche
  • refroidir-l'hydrogène gazeux est redevenu azote à 500°C
  • déchargement.

 

Dépôt chimique en phase vapeur non épitaxial

Alors que la croissance épitaxiale est une forme très spécifique de CVD où la couche déposée a la même orientation de structure cristalline que la couche de substrat, la CVD non épitaxiale est la formation d'un composé stable sur un substrat chauffé par la réaction thermique ou la décomposition de composés gazeux.

Le CVD peut être utilisé pour déposer de nombreux matériaux, mais dans le traitement des semi-conducteurs au silicium, les matériaux généralement rencontrés, en plus du silicium épitaxial, sont :

  • silicium polycristallin (poly Si)
  • dioxyde de silicium (SiO2— à la fois dopés et non dopés ; verre dopé p)
  • nitrure de silicium (Si3N4).

 

Chacun de ces matériaux peut être déposé de diverses manières, et chacun a de nombreuses applications.

Le tableau 7 identifie les trois principales catégories de CVD en utilisant la température de fonctionnement comme mécanisme de différenciation.

Tableau 7. Principales catégories de dépôt chimique en phase vapeur de silicium (CVD)

Paramètres

Pression

Atmosphérique (APCVD) ou basse pression (LPCVD)

Température

500-1,100 ° C

Sources de silicium et de nitrure

Silanes (SiH4), tétrachlorure de silicium (SiCl4), ammoniac (NH3), protoxyde d'azote (N20)

Sources de dopant

Arsine (Cendre3), phosphine (PH3), diborane (B2H6)

Gaz vecteurs

Azote (N2), hydrogène (H2)

Source de chauffage

Système de paroi froide—radiofréquence (RF) ou infrarouge (IR)
Système de paroi chaude—résistance thermique

Type CVD

Réaction

Gaz vecteur

Température

Température moyenne (≈ 600–1,100 XNUMX °C)

Nitrure de silicium (Si3N4)

3SiH4 + 4 NH3 → Si3N4 + 12H2

H2

900-1,100 ° C

Polysilicium (poly Si)

OuiH4 + Chaleur → Si + 2H2

H2
N2

850-1,000 ° C
600-700 ° C

Dioxyde de silicium (SiO2)

OuiH4 + 4CO2 → Si O2 + 4CO + 2H2O
2H2 + SiCl4 + CO2 → Si O2 + 4HCl *
OuiH4 + CO → SiO2 + 2H2 *

N2
H2
H2

500-900 ° C
800-1,000 ° C
600-900 ° C

Basse température (≈<600 C) Silox, Pyrox, Vapox et Nitrox**

Dioxyde de silicium (SiO2) ou SiO dopé p2

     

silox

OuiH4 +2O2 + Dopant → SiO2 + 2H2O

N2

200-500 ° C

Pyrox

OuiH4 +2O2 + Dopant → SiO2 + 2H2O

N2

<600 ° C

Vapex

OuiH4 +2O2 + Dopant → SiO2 + 2H2O

N2

<600 ° C

Nitrure de silicium (Si3N4)

     

Nitrox

3SiH4 + 4NH3 (ou N2O*) → Si3N4 + 12H2

N2

600-700 ° C

Plasma basse température renforcé (passivation) (<600°C)

Utilisant la radiofréquence (RF) ou
pulvérisation réactive

     

Dioxyde de silicium (SiO2)

OuiH4 +2O2 → Si O2 + 2H20

   

Nitrure de silicium (Si3N4)

3SiH4 + 4NH3 (ou N2O*) → Si3N4 + 12H2

   

* Remarque : Les réactions ne sont pas équilibrées stoechiométriquement.

**Noms génériques, propriétaires ou de marque pour les systèmes de réacteur CVD

 

Les composants suivants se trouvent dans presque tous les types d'équipement CVD :

  • chambre de réaction
  • section de contrôle des gaz
  • contrôle du temps et de la séquence
  • source de chaleur pour substrats
  • traitement des effluents.

 

Fondamentalement, le procédé CVD consiste à fournir des quantités contrôlées de gaz source de silicium ou de nitrure, en conjonction avec des gaz porteurs d'azote et/ou d'hydrogène, et un gaz dopant si nécessaire, pour une réaction chimique dans la chambre du réacteur. La chaleur est appliquée pour fournir l'énergie nécessaire à la réaction chimique en plus de contrôler les températures de surface du réacteur et des tranches. Une fois la réaction terminée, le gaz source n'ayant pas réagi plus le gaz porteur sont évacués par le système de traitement des effluents et évacués dans l'atmosphère.

La passivation est un type fonctionnel de CVD. Cela implique la croissance d'une couche d'oxyde protectrice sur la surface de la tranche de silicium, généralement en tant que dernière étape de fabrication avant le traitement de non-fabrication. La couche assure la stabilité électrique en isolant la surface du circuit intégré des conditions électriques et chimiques de l'environnement.

Métallisation

Une fois que les dispositifs ont été fabriqués dans le substrat de silicium, ils doivent être connectés ensemble pour exécuter des fonctions de circuit. Ce processus est connu sous le nom de métallisation. La métallisation fournit un moyen de câbler ou d'interconnecter les couches supérieures des circuits intégrés en déposant des motifs complexes de matériaux conducteurs, qui acheminent l'énergie électrique à l'intérieur des circuits.

Le vaste processus de métallisation se différencie en fonction de la taille et de l'épaisseur des couches de métaux et d'autres matériaux déposés. Ceux-ci sont:

  • couche mince—épaisseur de film approximative d'un micron ou moins
  • film épais—épaisseur de film approximative de 10 microns ou plus
  • placage— les épaisseurs de film sont variables de mince à épais, mais généralement des films épais.

 

Les métaux les plus couramment utilisés pour la métallisation des semi-conducteurs en silicium sont : l'aluminium, le nickel, le chrome ou un alliage appelé nichrome, l'or, le germanium, le cuivre, l'argent, le titane, le tungstène, le platine et le tantale.

Des couches minces ou épaisses peuvent également être évaporées ou déposées sur divers substrats en céramique ou en verre. Voici quelques exemples de ces substrats : alumine (96 % Al203), béryllia (99% BeO), verre borosilicaté, pyrocéramique et quartz (SiO2).

Couche mince

La métallisation en couches minces est souvent appliquée par l'utilisation d'une technique de dépôt ou d'évaporation sous vide poussé ou sous vide partiel. Les principaux types d'évaporation sous vide poussé sont le faisceau d'électrons, le flash et le résistif, tandis que le dépôt sous vide partiel est principalement effectué par pulvérisation.

Pour effectuer tout type de métallisation sous vide en couches minces, un système se compose généralement des composants de base suivants :

  • une chambre qui peut être mise sous vide pour fournir un vide suffisant pour le dépôt
  • une pompe à vide (ou des pompes) pour réduire les gaz ambiants dans la chambre
  • instrumentation pour surveiller le niveau de vide et d'autres paramètres
  • un procédé de dépôt ou d'évaporation des couches de matériau de métallisation.

 

Évaporation par faisceau d'électrons, fréquemment appelé Faisceau E, utilise un faisceau focalisé d'électrons pour chauffer le matériau de métallisation. Un faisceau d'électrons de haute intensité est généré d'une manière similaire à celle utilisée dans un tube image de télévision. Un flux d'électrons est accéléré à travers un champ électrique de typiquement 5 à 10 kV et focalisé sur le matériau à évaporer. Le faisceau focalisé d'électrons fait fondre le matériau contenu dans un bloc refroidi à l'eau avec une grande dépression appelée foyer. Le matériau fondu se vaporise alors dans la chambre à vide et se condense sur les tranches froides ainsi que sur toute la surface de la chambre. Ensuite, des opérations standard de photoréserve, d'exposition, de développement et de gravure humide ou sèche sont effectuées pour délimiter les circuits métallisés complexes.

Évaporation éclair est une autre technique de dépôt de couches minces métallisées. Cette méthode est principalement utilisée lorsqu'un mélange de deux matériaux (alliages) doit être évaporé simultanément. Quelques exemples de films à deux composants sont : nickel/chrome (Nichrome), chrome/monoxyde de silicium (SiO) et aluminium/silicium.

Dans l'évaporation flash, une barre en céramique est chauffée par résistance thermique et une bobine de fil alimentée en continu, un flux de pastilles ou une poudre distribuée par vibration est mise en contact avec le filament ou la barre chaud. Les métaux vaporisés recouvrent ensuite les surfaces intérieures de la chambre et de la plaquette.

Évaporation résistive (également connue sous le nom d'évaporation de filament) est la forme de dépôt la plus simple et la moins coûteuse. L'évaporation est accomplie en augmentant progressivement le courant traversant le filament pour d'abord faire fondre les boucles de matériau à évaporer, mouillant ainsi le filament. Une fois que le filament est mouillé, le courant à travers le filament est augmenté jusqu'à ce que l'évaporation se produise. Le principal avantage de l'évaporation résistive est la grande variété de matériaux qui peuvent être évaporés.

Des travaux de maintenance sont parfois effectués sur la surface intérieure des chambres de dépôt de l'évaporateur à faisceau d'électrons appelées cloches. Lorsque les techniciens de maintenance ont la tête à l'intérieur des cloches, des expositions importantes peuvent se produire. L'élimination des résidus métalliques qui se déposent sur la surface intérieure des cloches peut entraîner de telles expositions. Par exemple, les expositions des techniciens bien au-dessus de la limite d'exposition à l'argent dans l'air ont été mesurées lors de l'élimination des résidus d'un évaporateur utilisé pour déposer l'argent (Baldwin et Stewart 1989).

Le nettoyage des résidus de cloches avec des solvants de nettoyage organiques peut également entraîner une forte exposition aux solvants. Des techniciens ont été exposés à du méthanol supérieur à 250 ppm lors de ce type de nettoyage. Cette exposition peut être éliminée en utilisant de l'eau comme solvant de nettoyage au lieu du méthanol (Baldwin et Stewart 1989).

La dépôt par pulvérisation cathodique Le processus se déroule dans une atmosphère gazeuse à basse pression ou à vide partiel, en utilisant soit un courant électrique continu (CC ou pulvérisation cathodique) soit des tensions RF comme source de haute énergie. Lors de la pulvérisation cathodique, des ions de gaz inerte argon sont introduits dans une chambre à vide après qu'un niveau de vide satisfaisant a été atteint grâce à l'utilisation d'une pompe primaire. Un champ électrique est formé en appliquant une haute tension, généralement de 5,000 XNUMX V, entre deux plaques chargées de manière opposée. Cette décharge à haute énergie ionise les atomes de gaz d'argon et les fait se déplacer et accélérer vers l'une des plaques de la chambre appelée la cible. Lorsque les ions argon frappent la cible constituée du matériau à déposer, ils délogent, ou pulvérisent, ces atomes ou molécules. Les atomes délogés du matériau de métallisation sont alors déposés en couche mince sur les substrats de silicium qui font face à la cible.

Il a été constaté que les fuites RF des côtés et de l'arrière de nombreuses unités de pulvérisation plus anciennes dépassaient la limite d'exposition professionnelle (Baldwin et Stewart 1989). La plupart des fuites étaient attribuables à des fissures dans les armoires causées par le retrait répété des panneaux de maintenance. Dans les modèles plus récents du même fabricant, des panneaux avec treillis métallique le long des coutures empêchent les fuites importantes. Les anciens pulvérisateurs peuvent être équipés d'un treillis métallique ou, alternativement, d'un ruban de cuivre peut être utilisé pour couvrir les coutures afin de réduire les fuites.

Film épais

La structure et la dimension de la plupart des couches épaisses ne sont pas compatibles avec la métallisation des circuits intégrés en silicium, principalement en raison de contraintes d'encombrement. Les films épais sont principalement utilisés pour la métallisation de structures électroniques hybrides, comme dans la fabrication d'écrans LCD.

Le processus de sérigraphie est la méthode dominante d'application de film épais. Les matériaux de film épais généralement utilisés sont le palladium, l'argent, le dioxyde de titane et le verre, l'or-platine et le verre, l'or-verre et l'argent-verre.

Les couches épaisses résistives sont normalement déposées et modelées sur un substrat céramique en utilisant des techniques de sérigraphie. Cermets est une forme de film épais résistif composé d'une suspension de particules métalliques conductrices dans une matrice céramique avec une résine organique comme charge. Les structures de cermet typiques sont composées de chrome, d'argent ou d'oxyde de plomb dans une matrice de monoxyde ou de dioxyde de silicium.

Placage

Deux types de base de techniques de placage sont utilisés pour former des films métalliques sur des substrats semi-conducteurs : la galvanoplastie et le placage autocatalytique.

In galvanoplastie, le substrat à plaquer est placé à la cathode, ou borne chargée négativement, de la cuve de placage et plongé dans une solution électrolytique. Une électrode faite du métal à plaquer sert d'anode ou de borne chargée positivement. Lorsqu'un courant continu traverse la solution, les ions métalliques chargés positivement, qui se dissolvent dans la solution à partir de l'anode, migrent et se plaquent sur la cathode (substrat). Cette méthode de placage est utilisée pour former des films conducteurs d'or ou de cuivre.

In placage autocatalytique, la réduction et l'oxydation simultanées du métal à plaquer sont utilisées pour former un atome ou une molécule de métal libre. Étant donné que cette méthode ne nécessite pas de conduction électrique pendant le processus de placage, elle peut être utilisée avec des substrats de type isolant. Le nickel, le cuivre et l'or sont les métaux les plus couramment déposés de cette manière.

Alliage/Recuit

Après le dépôt et la gravure des interconnexions métallisées, une dernière étape d'alliage et de recuit peut être réalisée. L'alliage consiste à placer les substrats métallisés, généralement avec de l'aluminium, dans un four de diffusion à basse température pour assurer un contact à faible résistance entre le métal d'aluminium et le substrat de silicium. Enfin, soit pendant l'étape d'alliage, soit directement après celle-ci, les tranches sont souvent exposées à un mélange gazeux contenant de l'hydrogène dans un four à diffusion à 400 à 500°C. L'étape de recuit est conçue pour optimiser et stabiliser les caractéristiques du dispositif en combinant l'hydrogène avec des atomes non engagés au niveau ou à proximité de l'interface silicium-dioxyde de silicium.

Rodage et métallisation arrière

Il existe également une étape de traitement de métallisation facultative appelée rodage. L'arrière de la plaquette peut être rodé ou meulé à l'aide d'une solution abrasive humide et d'une pression. Un métal tel que l'or peut être déposé sur la face arrière de la plaquette par pulvérisation. Cela facilite la fixation de la matrice séparée à l'emballage lors de l'assemblage final.

Assemblage et test

Le traitement de non-fabrication, qui comprend l'emballage externe, les accessoires, l'encapsulation, l'assemblage et les tests, est normalement effectué dans des installations de production séparées et souvent dans les pays d'Asie du Sud-Est, où ces travaux à forte intensité de main-d'œuvre sont moins coûteux à réaliser. De plus, les exigences de ventilation pour le processus et le contrôle des particules sont généralement différentes (hors salle blanche) dans les zones de traitement hors fabrication. Ces étapes finales du processus de fabrication impliquent des opérations qui comprennent le soudage, le dégraissage, les tests avec des produits chimiques et des sources de rayonnement, ainsi que la coupe et le marquage au laser.

Le soudage pendant la fabrication des semi-conducteurs n'entraîne normalement pas d'expositions élevées au plomb. Pour éviter des dommages thermiques au circuit intégré, la température de la soudure est maintenue en dessous de la température à laquelle une formation importante de vapeurs de plomb fondu peut se produire (430°C). Cependant, le nettoyage de l'équipement de soudure en grattant ou en brossant les résidus contenant du plomb peut entraîner des expositions au plomb supérieures à 50 μg/m3 (Baldwin et Stewart 1989). Aussi, des expositions au plomb de 200 μg/m3 se sont produits lorsque des techniques inappropriées d'élimination des scories sont utilisées pendant les opérations de soudure à la vague (Baldwin et Williams 1996).

Une préoccupation croissante avec les opérations de soudure est l'irritation respiratoire et l'asthme dus à l'exposition aux produits de pyrolyse des flux de soudure, en particulier pendant les opérations de soudure manuelle ou de retouche, où historiquement la ventilation par aspiration locale n'a pas été couramment utilisée (contrairement aux opérations de soudure à la vague, qui au cours des dernières décennies ont généralement été enfermés dans des armoires épuisées) (Goh et Ng 1987). Voir l'article « Circuit imprimé et ensemble informatique » pour plus de détails.

Étant donné que la colophane dans le flux de soudure est un sensibilisant, toutes les expositions doivent être réduites aussi bas que possible, quels que soient les résultats de l'échantillonnage de l'air. Les nouvelles installations de soudage doivent en particulier inclure une ventilation par aspiration locale lorsque le soudage doit être effectué pendant de longues périodes (par exemple, plus de 2 heures).

Les vapeurs de soudure à la main monteront verticalement sur les courants thermiques, entrant dans la zone respiratoire de l'employé lorsque la personne se penchera sur le point de soudure. Le contrôle est généralement réalisé au moyen d'une ventilation par aspiration locale efficace à grande vitesse et à faible volume au niveau de la pointe de soudure.

Les appareils qui renvoient de l'air filtré vers le poste de travail peuvent, si l'efficacité de la filtration est insuffisante, provoquer une pollution secondaire qui peut affecter les personnes présentes dans l'atelier autres que celles qui soudent. L'air filtré ne doit pas être renvoyé dans la salle de travail à moins que la quantité de soudure soit faible et que la pièce dispose d'une bonne ventilation générale de dilution.

Tri et test de plaquettes

Une fois la fabrication de la plaquette terminée, chaque plaquette finie intrinsèquement subit un processus de tri de plaquette où les circuits intégrés sur chaque puce spécifique sont testés électriquement avec des sondes contrôlées par ordinateur. Une plaquette individuelle peut contenir de cent à plusieurs centaines de puces ou puces séparées qui doivent être testées. Une fois les résultats des tests terminés, les matrices sont physiquement marquées avec une résine époxy monocomposant distribuée automatiquement. Le rouge et le bleu sont utilisés pour identifier et trier les matrices qui ne répondent pas aux spécifications électriques souhaitées.

Séparation des matrices

Avec les dispositifs ou les circuits sur la plaquette testés, marqués et triés, les matrices individuelles sur la plaquette doivent être physiquement séparées. Un certain nombre de méthodes ont été conçues pour séparer les matrices individuelles - traçage au diamant, traçage au laser et sciage à la meule diamantée.

Le traçage au diamant est la méthode la plus ancienne utilisée et consiste à dessiner une pointe incrustée de diamant de forme précise sur la plaquette le long de la ligne de traçage ou de la "rue" séparant les matrices individuelles sur la surface de la plaquette. L'imperfection de la structure cristalline provoquée par le rayage permet à la plaquette d'être courbée et fracturée le long de cette ligne.

Le traçage au laser est une technique de séparation de die relativement récente. Un faisceau laser est généré par un laser pulsé au néodyme-yttrium de grande puissance. Le faisceau génère une rainure dans la plaquette de silicium le long des lignes de découpe. La rainure sert de ligne le long de laquelle la plaquette se brise.

Une méthode largement utilisée de séparation des matrices est le sciage à l'eau - la coupe de substrats le long de la rue avec une scie circulaire à diamant à grande vitesse. Le sciage peut soit couper partiellement (tracer) soit complètement couper (dés) à travers le substrat de silicium. Une bouillie humide de matériaux retirés de la rue est générée par le sciage.

Fixation et collage des matrices

La puce ou la puce individuelle doit être fixée à un boîtier de support et à une grille de connexion métallique. Les supports sont généralement constitués d'un matériau isolant, soit en céramique, soit en plastique. Les matériaux de support en céramique sont généralement en alumine (Al2O3), mais peut éventuellement être constitué de béryllium (BeO) ou de stéatite (MgO-SiO2). Les matériaux de support en plastique sont soit du type résine thermoplastique soit thermodurcissable.

La fixation de la matrice individuelle est généralement réalisée par l'un des trois types de fixation distincts : eutectique, préforme et époxy. La fixation de matrice eutectique implique l'utilisation d'un alliage de brasage eutectique, tel que l'or-silicium. Dans cette méthode, une couche de métal doré est prédéposée sur la face arrière de la matrice. En chauffant le boîtier au-dessus de la température eutectique (370°C pour l'or-silicium) et en plaçant la puce dessus, une liaison se forme entre la puce et le boîtier.

Le collage de la préforme implique l'utilisation d'un petit morceau de matériau de composition spéciale qui adhère à la fois à la matrice et à l'emballage. Une préforme est placée sur la zone de fixation de matrice d'un emballage et laissée fondre. La matrice est ensuite frottée à travers la région jusqu'à ce que la matrice soit fixée, puis l'emballage est refroidi.

Le collage époxy implique l'utilisation d'une colle époxy pour fixer la matrice au boîtier. Une goutte d'époxy est distribuée sur l'emballage et la matrice placée dessus. L'emballage peut devoir être cuit à une température élevée pour durcir correctement l'époxy.

Une fois que la puce est physiquement fixée au boîtier, des connexions électriques doivent être fournies entre le circuit intégré et les conducteurs du boîtier. Ceci est accompli en utilisant des techniques de liaison par thermocompression, ultrasonique ou thermosonique pour fixer des fils d'or ou d'aluminium entre les zones de contact sur la puce de silicium et les fils du boîtier.

Le collage par thermocompression est souvent utilisé avec du fil d'or et implique de chauffer l'emballage à environ 300oC et former la liaison entre le fil et les plots de connexion en utilisant à la fois la chaleur et la pression. Deux principaux types de collage par thermocompression sont utilisés—collage à billes et de collage par coin. La liaison par billes, qui n'est utilisée qu'avec du fil d'or, fait passer le fil à travers un tube capillaire, le comprime, puis une flamme d'hydrogène fait fondre le fil. De plus, cela forme une nouvelle boule à l'extrémité du fil pour le prochain cycle de collage. La liaison en coin implique un outil de liaison en forme de coin et un microscope utilisé pour positionner la puce de silicium et le boîtier avec précision sur le plot de liaison. Le procédé est réalisé sous atmosphère inerte.

La liaison par ultrasons utilise une impulsion d'énergie ultrasonique à haute fréquence pour fournir une action de frottement qui forme une liaison entre le fil et le tampon de liaison. La liaison par ultrasons est principalement utilisée avec du fil d'aluminium et est souvent préférée à la liaison par thermocompression, car elle ne nécessite pas le chauffage de la puce de circuit pendant l'opération de liaison.

La liaison thermosonique est un changement technologique récent dans le domaine de la liaison par fil d'or. Il implique l'utilisation d'une combinaison d'énergies ultrasonores et thermiques et nécessite moins de chaleur que le collage par thermocompression.

Encapsulation

L'objectif principal de l'encapsulation est de mettre un circuit intégré dans un boîtier qui répond aux exigences électriques, thermiques, chimiques et physiques associées à l'application du circuit intégré.

Les types de boîtiers les plus largement utilisés sont le type à sortie radiale, le boîtier plat et le boîtier double en ligne (DIP). Les boîtiers de type à sorties radiales sont principalement constitués de Kovar, un alliage de fer, de nickel et de cobalt, avec des joints en verre dur et des sorties en Kovar. Les packs plats utilisent des cadres en plomb métallique, généralement constitués d'un alliage d'aluminium combiné à des composants en céramique, en verre et en métal. Les boîtiers doubles en ligne sont généralement les plus courants et utilisent souvent de la céramique ou des plastiques moulés.

Les boîtiers semi-conducteurs en plastique moulé sont principalement produits par deux processus distincts :moulage par transfert et de moulage par injection. Le moulage par transfert est la méthode d'encapsulation plastique prédominante. Dans cette méthode, les puces sont montées sur des cadres de plomb non rognés, puis chargées par lots dans des moules. Les formes en poudre ou en granulés de composés de moulage plastique thermodurcissables sont fondues dans un pot chauffé puis forcées (transférées) sous pression dans les moules chargés. Les systèmes de composés de moulage plastique sous forme de poudre ou de granulés peuvent être utilisés sur des résines époxy, silicone ou silicone/époxy. Le système consiste généralement en un mélange de :

  • résines thermodurcissables—époxy, silicone ou silicone/époxy
  • durcisseurs— novolaques époxy et anhydrides époxy
  • des charges—dioxyde de silicium cristallisé ou cristallisé (SiO2) et l'alumine (Al2O3), généralement 50 à 70 % en poids
  • retardateur de flamme—trioxyde d'antimoine (Sb2O3) généralement 1 à 5 % en poids.

 

Le moulage par injection utilise un composé de moulage thermoplastique ou thermodurcissable qui est chauffé à son point de fusion dans un cylindre à une température contrôlée et forcé sous pression à travers une buse dans le moule. La résine se solidifie rapidement, le moule est ouvert et l'emballage d'encapsulation éjecté. Une grande variété de composés plastiques sont utilisés dans le moulage par injection, les résines époxy et sulfure de polyphénylène (PPS) étant les dernières entrées dans l'encapsulation des semi-conducteurs.

Le conditionnement final du dispositif semi-conducteur au silicium est classé selon sa résistance aux fuites ou sa capacité à isoler le circuit intégré de son environnement. Ceux-ci sont différenciés comme étant hermétiquement (étanches à l'air) ou non hermétiquement scellés.

Test de fuite et déverminage

Test de fuite est une procédure développée pour tester la capacité d'étanchéité réelle ou l'hermétisme du dispositif emballé. Deux formes courantes de test de fuite sont utilisées : la détection de fuites à l'hélium et la détection de fuites par un traceur radioactif.

Dans la détection de fuites à l'hélium, les emballages terminés sont placés dans une atmosphère sous pression d'hélium pendant un certain temps. L'hélium est capable de pénétrer à travers les imperfections dans l'emballage. Après avoir été retiré de la chambre de pressurisation d'hélium, l'emballage est transféré dans une chambre de spectromètre de masse et testé pour détecter les fuites d'hélium par les imperfections de l'emballage.

Un gaz traceur radioactif, généralement du krypton-85 (Kr-85), remplace l'hélium dans la deuxième méthode, et le gaz radioactif s'échappant de l'emballage est mesuré. Dans des conditions normales, l'exposition du personnel à ce processus est inférieure à 5 millisieverts (500 millirems) par an (Baldwin et Stewart 1989). Les contrôles de ces systèmes comprennent généralement :

  • isolement dans des pièces dont l'accès est limité uniquement au personnel nécessaire
  • apposé des panneaux de mise en garde contre les rayonnements sur les portes des pièces contenant du Kr-85
  • moniteurs de rayonnement continu avec alarmes et arrêt/isolation automatique
  • système d'échappement dédié et chambre à pression négative
  • surveiller les expositions avec une dosimétrie personnelle (p. ex., badges de film radiologique)
  • entretien régulier des alarmes et des verrouillages
  • contrôles réguliers des fuites de matières radioactives
  • formation à la sécurité pour les opérateurs et les techniciens
  • s'assurer que les expositions aux rayonnements sont maintenues au niveau le plus bas qu'il est raisonnablement possible d'atteindre (ALARA).

 

En outre, les matériaux qui entrent en contact avec le Kr-85 (par exemple, les circuits intégrés exposés, l'huile de pompe usagée, les vannes et les joints toriques) sont examinés pour s'assurer qu'ils n'émettent pas de niveaux excessifs de rayonnement en raison du gaz résiduel qu'ils contiennent avant d'être retirés de la zone contrôlée. Leach-Marshal (1991) fournit des informations détaillées sur les expositions et les contrôles des systèmes de détection de fuites fines Kr-85.

Brûler dedans est une opération de contrainte thermique et électrique pour déterminer la fiabilité du dispositif final conditionné. Les dispositifs sont placés dans un four à température contrôlée pendant une période de temps prolongée en utilisant soit l'atmosphère ambiante, soit une atmosphère inerte d'azote. Les températures varient de 125°C à 200°C (150°C est une moyenne) et les périodes de temps de quelques heures à 1,000 48 heures (XNUMX heures est une moyenne).

Examen final

Pour une caractérisation finale des performances du dispositif semi-conducteur au silicium en boîtier, un test électrique final est effectué. En raison du grand nombre et de la complexité des tests requis, un ordinateur effectue et évalue le test de nombreux paramètres importants pour le fonctionnement éventuel du dispositif.

Marquer et emballer

L'identification physique du dispositif emballé final est réalisée par l'utilisation d'une variété de systèmes de marquage. Les deux principales catégories de marquage de composants sont l'impression par contact et sans contact. L'impression par contact intègre généralement une technique offset rotative utilisant des encres à base de solvant. L'impression sans contact, qui transfère les marquages ​​sans contact physique, implique une tête à jet d'encre ou une impression par toner utilisant des encres à base de solvant ou un marquage au laser.

Les solvants utilisés comme support pour les encres d'impression et comme pré-nettoyant sont généralement composés d'un mélange d'alcools (éthanol) et d'esters (acétate d'éthyle). La plupart des systèmes de marquage de composants, autres que le marquage laser, utilisent des encres qui nécessitent une étape supplémentaire de prise ou de durcissement. Ces méthodes de durcissement sont le durcissement à l'air, le durcissement à la chaleur (thermique ou infrarouge) et le durcissement aux ultraviolets. Les encres à séchage ultraviolet ne contiennent aucun solvant.

Les systèmes de marquage laser utilisent soit un dioxyde de carbone à haute puissance (CO2) laser ou un laser néodyme:yttrium de haute puissance. Ces lasers sont généralement intégrés dans l'équipement et ont des armoires verrouillées qui entourent le trajet du faisceau et le point où le faisceau entre en contact avec la cible. Cela élimine le risque de faisceau laser pendant les opérations normales, mais il y a un problème lorsque les verrouillages de sécurité sont désactivés. L'opération la plus courante où il est nécessaire de retirer les enceintes de faisceau et de désactiver les verrouillages est l'alignement du faisceau laser.

Au cours de ces opérations de maintenance, idéalement, la salle contenant le laser doit être évacuée, à l'exception des techniciens de maintenance nécessaires, avec les portes de la salle verrouillées et affichées avec des panneaux de sécurité laser appropriés. Cependant, les lasers haute puissance utilisés dans la fabrication de semi-conducteurs sont souvent situés dans de grandes zones de fabrication ouvertes, ce qui rend impossible le déplacement du personnel non chargé de la maintenance pendant la maintenance. Pour ces situations, une zone de contrôle temporaire est généralement établie. Normalement, ces zones de contrôle sont constituées de rideaux laser ou d'écrans de soudage capables de résister au contact direct avec le faisceau laser. L'entrée dans la zone de contrôle temporaire se fait généralement par une entrée de labyrinthe qui est affichée avec un panneau d'avertissement chaque fois que les verrouillages du laser sont désactivés. D'autres précautions de sécurité lors de l'alignement du faisceau sont similaires à celles requises pour le fonctionnement d'un laser haute puissance à faisceau ouvert (par exemple, formation, protection des yeux, procédures écrites, etc.).

Les lasers à haute puissance sont également l'un des risques électriques les plus importants dans l'industrie des semi-conducteurs. Même après la mise hors tension, un potentiel de choc important existe dans l'outil et doit être dissipé avant de travailler à l'intérieur de l'armoire.

Outre le risque de faisceau et le risque électrique, des précautions doivent également être prises lors de la maintenance des systèmes de marquage au laser en raison du potentiel de contamination chimique par le trioxyde d'antimoine et le béryllium ignifuges (les emballages en céramique contenant ce composé seront étiquetés). Des fumées peuvent être créées lors du marquage avec les lasers à haute puissance et créer des résidus sur les surfaces de l'équipement et les filtres d'extraction des fumées.

Les dégraissants ont été utilisés dans le passé pour nettoyer les semi-conducteurs avant qu'ils ne soient marqués avec des codes d'identification. L'exposition aux solvants au-dessus de la limite d'exposition professionnelle en suspension dans l'air applicable peut facilement se produire si la tête d'un opérateur est placée sous les serpentins de refroidissement qui provoquent la recondensation des vapeurs, comme cela peut se produire lorsqu'un opérateur tente de récupérer des pièces tombées ou lorsqu'un technicien nettoie les résidus du fond de l'unité (Baldwin et Stewart 1989). L'utilisation de dégraissants a été considérablement réduite dans l'industrie des semi-conducteurs en raison des restrictions sur l'utilisation de substances appauvrissant la couche d'ozone telles que les chlorofluorocarbures et les solvants chlorés.

Analyse des pannes et assurance qualité

Les laboratoires d'analyse de défaillance et d'analyse de la qualité effectuent généralement diverses opérations permettant d'assurer la fiabilité des appareils. Certaines des opérations réalisées dans ces laboratoires présentent un potentiel d'exposition des salariés. Ceux-ci inclus:

  • essais de marquage en utilisant divers mélanges de solvants et corrosifs dans des béchers chauffés sur des plaques chauffantes. Une ventilation par aspiration locale (LEV) sous la forme d'une hotte métallique avec des vitesses frontales adéquates est nécessaire pour contrôler les émissions fugitives. Les solutions de monoéthanolamine peuvent entraîner des expositions dépassant sa limite d'exposition dans l'air (Baldwin et Williams, 1996).
  • test de bulles/fuites utilisant des fluorocarbures de poids moléculaire élevé (nom commercial Fluorinerts)
  • unités d'emballage pour rayons X.

 

Le cobalt-60 (jusqu'à 26,000 5 curies) est utilisé dans les irradiateurs pour tester la capacité des circuits intégrés à résister à l'exposition aux rayonnements gamma dans les applications militaires et spatiales. Dans des conditions normales, les expositions du personnel liées à cette opération sont inférieures à 500 millisieverts (1989 millirems) par an (Baldwin et Stewart 85). Les contrôles pour cette opération quelque peu spécialisée sont similaires à ceux utilisés pour les systèmes à fuite fine Kr-XNUMX (par exemple, chambre isolée, moniteurs de rayonnement continu, surveillance de l'exposition du personnel, etc.).

De petites sources alpha « à licence spécifique » (par exemple, des micro- et millicuries d'américium-241) sont utilisées dans le processus d'analyse des défaillances. Ces sources sont recouvertes d'un mince revêtement protecteur appelé fenêtre qui permet aux particules alpha d'être émises par la source pour tester la capacité du circuit intégré à fonctionner lorsqu'il est bombardé par des particules alpha. En règle générale, les sources sont vérifiées périodiquement (par exemple, semestriellement) pour détecter les fuites de matières radioactives qui peuvent se produire si la fenêtre de protection est endommagée. Toute fuite détectable déclenche généralement le retrait de la source et son renvoi au fabricant.

Les systèmes à rayons X de l'armoire sont utilisés pour vérifier l'épaisseur des revêtements métalliques et pour identifier les défauts (par exemple, des bulles d'air dans les emballages de composés de moulage). Bien qu'il ne s'agisse pas d'une source importante de fuites, ces unités sont généralement vérifiées périodiquement (par exemple, une fois par an) à l'aide d'un appareil de mesure portatif pour détecter les fuites de rayons X et inspectées pour s'assurer que les verrouillages de porte fonctionnent correctement.

Livraison

L'expédition est le point final de l'implication de la plupart des fabricants de dispositifs à semi-conducteurs au silicium. Les fabricants marchands de semi-conducteurs vendent leur produit à d'autres producteurs de produits finis, tandis que les fabricants captifs utilisent les dispositifs pour leurs propres produits finis.

Étude de santé

Chaque étape du processus utilise un ensemble particulier de produits chimiques et d'outils qui entraînent des préoccupations EHS spécifiques. Outre les préoccupations associées aux étapes spécifiques du processus de traitement des dispositifs semi-conducteurs au silicium, une étude épidémiologique a examiné les effets sur la santé des employés de l'industrie des semi-conducteurs (Schenker et al. 1992). Voir également la discussion dans l'article « Effets sur la santé et schémas des maladies ».

La principale conclusion de l'étude était que le travail dans les installations de fabrication de semi-conducteurs est associé à un taux accru d'avortement spontané (SAB). Dans la composante historique de l'étude, le nombre de grossesses étudiées chez les employés de la fabrication et de la non-fabrication était à peu près égal (447 et 444 respectivement), mais il y avait plus d'avortements spontanés dans la fabrication (n = 67) que dans la non-fabrication (n = 46) . Après ajustement pour divers facteurs pouvant causer des biais (âge, origine ethnique, tabagisme, stress, statut socio-économique et antécédents de grossesse), le risque relatif (RR) pour la fabrication par rapport à la non-fabrication était de 1.43 (intervalle de confiance à 95 % = 0.95-2.09) .

Les chercheurs ont établi un lien entre l'augmentation du taux de SAB et l'exposition à certains éthers de glycol à base d'éthylène (EGE) utilisés dans la fabrication de semi-conducteurs. Les éthers de glycol spécifiques impliqués dans l'étude et suspectés d'avoir des effets indésirables sur la reproduction sont :

  • 2-méthoxyéthanol (CAS 109-86-4)
  • Acétate de 2-méthoxyéthyle (CAS 110-49-6)
  • Acétate de 2-éthoxyéthyle (CAS 111-15-9).

 

Bien qu'ils ne fassent pas partie de l'étude, deux autres éthers de glycol utilisés dans l'industrie, le 2-éthoxyéthanol (CAS 110-80-5) et l'éther diméthylique de diéthylène glycol (CAS 111-96-6) ont des effets toxiques similaires et ont été interdits par certains fabricants de semi-conducteurs.

En plus d'un taux accru de SAB associé à l'exposition à certains éthers de glycol, l'étude a également conclu :

  • Une association incohérente existait pour l'exposition au fluorure (en gravure) et SAB.
  • Le stress autodéclaré était un important facteur de risque indépendant de SAB chez les femmes travaillant dans les zones de fabrication.
  • Il a fallu plus de temps aux femmes travaillant dans la zone de fabrication pour tomber enceintes par rapport aux femmes dans les zones de non-fabrication.
  • Une augmentation des symptômes respiratoires (irritation des yeux, du nez et de la gorge et respiration sifflante) était présente chez les travailleurs de la fabrication par rapport aux autres travailleurs.
  • Des symptômes musculo-squelettiques du membre supérieur distal, tels que des douleurs à la main, au poignet, au coude et à l'avant-bras, étaient associés au travail en salle de fabrication.
  • La dermatite et la perte de cheveux (alopécie) ont été signalées plus fréquemment chez les travailleurs de la fabrication que chez les autres travailleurs.

 

Examen de l'équipement

La complexité des équipements de fabrication de semi-conducteurs, associée aux progrès continus des processus de fabrication, rend l'examen préalable à l'installation des nouveaux équipements de processus important pour minimiser les risques EHS. Deux processus d'examen des équipements permettent de garantir que les nouveaux équipements de traitement des semi-conducteurs seront soumis aux contrôles EHS appropriés : le marquage CE et les normes Semiconductor Equipment and Materials International (SEMI).

Le marquage CE est une déclaration du fabricant selon laquelle l'équipement ainsi marqué est conforme aux exigences de toutes les directives applicables de l'Union européenne (UE). Pour les équipements de fabrication de semi-conducteurs, la directive sur les machines (MD), la directive sur la compatibilité électromagnétique (EMC) et la directive sur les basses tensions (LVD) sont considérées comme les directives les plus applicables.

Dans le cas de la directive CEM, les services d'un organisme compétent (organisme officiellement autorisé par un État membre de l'UE) doivent être retenus pour définir les exigences de test et approuver les résultats de l'examen. Le DM et le LVD peuvent être évalués soit par le fabricant, soit par un organisme notifié (organisme officiellement agréé par un État membre de l'UE). Quelle que soit la voie choisie (auto-évaluation ou tierce partie), c'est l'importateur officiel qui est responsable du marquage CE du produit importé. Ils peuvent utiliser les informations de tiers ou d'auto-évaluation comme base de leur conviction que l'équipement répond aux exigences des directives applicables, mais, en fin de compte, ils prépareront eux-mêmes la déclaration de conformité et apposeront le marquage CE.

Semiconductor Equipment and Materials International est une association commerciale internationale qui représente les fournisseurs d'équipements et de matériaux pour semi-conducteurs et écrans plats. Parmi ses activités figure le développement de normes techniques volontaires qui sont des accords entre fournisseurs et clients visant à améliorer la qualité et la fiabilité des produits à un prix raisonnable et un approvisionnement régulier.

Deux normes SEMI qui s'appliquent spécifiquement aux préoccupations EHS pour les nouveaux équipements sont SEMI S2 et SEMI S8. SEMI S2-93, Consignes de sécurité pour les équipements de fabrication de semi-conducteurs, est conçu comme un ensemble minimal de considérations EHS basées sur les performances pour les équipements utilisés dans la fabrication de semi-conducteurs. SEMI S8-95, Guide de l'utilisateur des critères de réussite ergonomiques des fournisseurs, développe la section ergonomie dans SEMI S2.

De nombreux fabricants de semi-conducteurs exigent que les nouveaux équipements soient certifiés par un tiers comme répondant aux exigences de SEMI S2. Les lignes directrices pour l'interprétation de SEMI S2-93 et ​​SEMI S8-95 sont contenues dans une publication du consortium industriel SEMATECH (SEMATECH 1996). Des informations supplémentaires sur SEMI sont disponibles sur le Web mondial (http://www.semi.org).

Manutention des produits chimiques

Distribution de liquide

Les systèmes automatisés de distribution de produits chimiques devenant la règle, et non l'exception, le nombre de brûlures chimiques chez les employés a diminué. Cependant, des protections appropriées doivent être installées dans ces systèmes automatisés de distribution de produits chimiques. Ceux-ci inclus:

  • détection des fuites et arrêt automatique à la source d'alimentation en vrac et aux boîtes de jonction
  • double confinement des canalisations si le produit chimique est considéré comme une matière dangereuse
  • capteurs de haut niveau aux points finaux (bain ou récipient à outils)
  • arrêt temporisé de la pompe (permet de pomper uniquement une quantité spécifique vers un emplacement avant qu'elle ne s'arrête automatiquement).

Distribution de gaz

La sécurité de la distribution de gaz s'est considérablement améliorée au fil des ans avec l'avènement de nouveaux types de vannes de bouteilles, d'orifices à débit restreint incorporés dans la bouteille, de panneaux de purge de gaz automatisés, de détection et d'arrêt à haut débit et d'équipements de détection de fuites plus sophistiqués. En raison de sa propriété pyrophorique et de sa large utilisation comme matière première, le gaz silane représente le risque d'explosion le plus important dans l'industrie. Cependant, les incidents liés au gaz silane sont devenus plus prévisibles grâce aux nouvelles recherches menées par Factory Mutual et SEMATECH. Avec des orifices à débit réduit (RFO), des pressions de livraison et des taux de ventilation appropriés, la plupart des incidents explosifs ont été éliminés (SEMATECH 1995).

Plusieurs incidents de sécurité se sont produits ces dernières années en raison d'un mélange incontrôlé de gaz incompatibles. En raison de ces incidents, les fabricants de semi-conducteurs examinent souvent les installations de conduites de gaz et les boîtes à gaz pour s'assurer qu'un mélange incorrect et/ou un reflux de gaz ne peuvent pas se produire.

Les problèmes chimiques génèrent généralement les plus grandes préoccupations dans la fabrication de semi-conducteurs. Cependant, la plupart des blessures et des décès dans l'industrie résultent de dangers non chimiques.

Sécurité électrique

Il existe de nombreux risques électriques associés aux équipements utilisés dans cette industrie. Les verrouillages de sécurité jouent un rôle important dans la sécurité électrique, mais ces verrouillages sont souvent annulés par les techniciens de maintenance. Une quantité importante de travaux de maintenance est généralement effectuée alors que l'équipement est encore sous tension ou seulement partiellement hors tension. Les risques électriques les plus importants sont associés aux implanteurs ioniques et aux alimentations laser. Même après la mise hors tension, un potentiel de choc important existe dans l'outil et doit être dissipé avant de travailler à l'intérieur de l'outil. Le processus de révision SEMI S2 aux États-Unis et le marquage CE en Europe ont permis d'améliorer la sécurité électrique des nouveaux équipements, mais les opérations de maintenance ne sont pas toujours suffisamment prises en compte. Un examen attentif des opérations de maintenance et des risques électriques est nécessaire pour tous les équipements nouvellement installés.

Le deuxième sur la liste des risques électriques est l'ensemble d'équipements qui génèrent de l'énergie RF pendant les processus de gravure, de pulvérisation et de nettoyage de la chambre. Un blindage et une mise à la terre appropriés sont nécessaires pour minimiser le risque de brûlures RF.

Ces risques électriques et les nombreux outils qui ne sont pas mis hors tension lors des opérations de maintenance obligent les techniciens de maintenance à utiliser d'autres moyens pour se protéger, tels que des procédures de cadenassage/étiquetage. Les risques électriques ne sont pas les seules sources d'énergie qui sont traitées par le verrouillage/étiquetage. Les autres sources d'énergie comprennent les conduites sous pression, dont beaucoup contiennent des gaz ou des liquides dangereux, et les commandes pneumatiques. Les déconnexions pour contrôler ces sources d'énergie doivent se trouver dans un endroit facilement accessible, à l'intérieur du fab (fabrication) ou une zone de chasse où l'employé travaillera, plutôt que dans des endroits gênants tels que des sous-usines.

Ergonomie

L'interface entre l'employé et l'outil continue de causer des blessures. Les foulures musculaires et les entorses sont assez courantes dans l'industrie des semi-conducteurs, en particulier chez le technicien de maintenance. L'accès aux pompes, aux couvercles de chambre, etc. n'est souvent pas bien conçu lors de la fabrication de l'outil et lors du placement de l'outil dans la fabrique. Les pompes doivent être sur roulettes ou placées dans des tiroirs ou plateaux coulissants. Des dispositifs de levage doivent être incorporés pour de nombreuses opérations.

La manipulation simple des plaquettes entraîne des risques ergonomiques, en particulier dans les installations plus anciennes. Les installations plus récentes ont généralement des tranches plus grandes et nécessitent donc des systèmes de manipulation plus automatisés. Bon nombre de ces systèmes de manipulation de plaquettes sont considérés comme des dispositifs robotiques, et les problèmes de sécurité liés à ces systèmes doivent être pris en compte lors de leur conception et de leur installation (ANSI 1986).

La Sécurité Incendie

En plus du gaz silane, qui a déjà été traité, le gaz hydrogène a le potentiel d'être un risque d'incendie important. Cependant, il est mieux compris et l'industrie n'a pas vu beaucoup de problèmes majeurs associés à l'hydrogène.

Le risque d'incendie le plus grave est maintenant associé à ponts humides ou bains de décapage. Les matériaux plastiques typiques de la construction (chlorure de polyvinyle, polypropylène et polypropylène ignifuge) ont tous été impliqués dans la fab les feux. La source d'allumage peut être un réchauffeur de bain de gravure ou de placage, les commandes électriques montées directement sur le plastique ou un outil adjacent. Si un incendie se produit avec l'un de ces outils en plastique, la contamination par les particules et les produits de combustion corrosifs se propagent dans toute l'usine. La perte économique est élevée en raison du temps d'arrêt dans l'usine pendant que la zone et l'équipement sont ramenés aux normes de salle blanche. Souvent, certains équipements coûteux ne peuvent pas être correctement décontaminés et de nouveaux équipements doivent être achetés. Par conséquent, une prévention et une protection contre les incendies adéquates sont toutes deux essentielles.

La prévention des incendies peut être abordée avec différents matériaux de construction non combustibles. L'acier inoxydable est le matériau de construction préféré pour ces ponts humides, mais souvent le processus «n'accepte» pas un outil en métal. Il existe des plastiques avec moins de potentiel de feu/fumée, mais ils n'ont pas encore été suffisamment testés pour déterminer s'ils seront compatibles avec les processus de fabrication de semi-conducteurs.

Pour la protection contre l'incendie, ces outils doivent être protégés par une protection par gicleurs sans obstruction. Le placement des filtres HEPA au-dessus des bancs humides bloque souvent les têtes de gicleurs. Si cela se produit, des têtes de gicleurs supplémentaires sont installées sous les filtres. De nombreuses entreprises exigent également qu'un système de détection et d'extinction d'incendie soit installé à l'intérieur des cavités du plénum de ces outils, là où de nombreux incendies se déclarent.

 

Noir

Samedi, Avril 02 2011 18: 39

Écrans à cristaux liquides

Les écrans à cristaux liquides (LCD) sont commercialisés depuis les années 1970. Ils sont couramment utilisés dans les montres, calculatrices, radios et autres produits nécessitant des indicateurs et trois ou quatre caractères alphanumériques. Des améliorations récentes dans les matériaux à cristaux liquides permettent de fabriquer de grands écrans. Alors que les écrans LCD ne représentent qu'une petite partie de l'industrie des semi-conducteurs, leur importance a augmenté avec leur utilisation dans les écrans plats pour ordinateurs portables, les ordinateurs portables très légers et les traitements de texte dédiés. On s'attend à ce que l'importance des écrans LCD continue de croître à mesure qu'ils remplaceront le dernier tube à vide couramment utilisé en électronique, le tube à rayons cathodiques (CRT) (O'Mara 1993).

La fabrication des écrans LCD est un processus très spécialisé. Les résultats de la surveillance de l'hygiène industrielle indiquent de très faibles niveaux de contaminants atmosphériques pour les diverses expositions aux solvants surveillées (Wade et al. 1981). En général, les types et les quantités de produits chimiques solides, liquides et gazeux toxiques, corrosifs et inflammables et d'agents physiques dangereux utilisés sont limités par rapport à d'autres types de fabrication de semi-conducteurs.

Les matériaux à cristaux liquides sont des molécules en forme de tige illustrées par les molécules de cyanobiphényle illustrées à la figure 1. Ces molécules possèdent la propriété de faire tourner la direction de la lumière polarisée qui les traverse. Bien que les molécules soient transparentes à la lumière visible, un récipient du matériau liquide apparaît laiteux ou translucide au lieu de transparent. Cela se produit parce que le grand axe des molécules est aligné à des angles aléatoires, de sorte que la lumière est diffusée de manière aléatoire. Une cellule d'affichage à cristaux liquides est disposée de manière à ce que les molécules suivent un alignement spécifique. Cet alignement peut être modifié avec un champ électrique externe, permettant de modifier la polarisation de la lumière entrante.

Figure 1. Molécules de polymère à cristaux liquides de base

MIC030F1

Dans la fabrication d'écrans plats, deux substrats de verre sont traités séparément, puis assemblés. Le substrat avant est modelé pour créer un réseau de filtres colorés. Le substrat de verre arrière est modelé pour former des transistors à couches minces et les lignes d'interconnexion métalliques. Ces deux plaques sont accouplées lors du processus d'assemblage et, si nécessaire, tranchées et séparées en présentoirs individuels. Un matériau à cristaux liquides est injecté dans un espace entre les deux plaques de verre. Les écrans sont inspectés et testés et un film polarisant est appliqué sur chaque plaque de verre.

De nombreux processus individuels sont nécessaires pour fabriquer des écrans plats. Ils nécessitent des équipements, des matériaux et des procédés spécialisés. Certains processus clés sont décrits ci-dessous.

Préparation du substrat de verre

Le substrat de verre est un composant essentiel et coûteux de l'écran. Un contrôle très serré des propriétés optiques et mécaniques du matériau est nécessaire à chaque étape du procédé, notamment en cas de chauffage.

Fabrication de verre

Deux procédés permettent de fabriquer des verres très fins aux dimensions très précises et aux propriétés mécaniques reproductibles. Le processus de fusion, développé par Corning, utilise une tige d'alimentation en verre qui fond dans une auge en forme de coin et s'écoule vers le haut et sur les côtés de l'auge. S'écoulant des deux côtés de l'auge, le verre fondu se joint en une seule feuille au fond de l'auge et peut être tiré vers le bas en une feuille uniforme. L'épaisseur de la feuille est contrôlée par la vitesse d'étirage du verre. Des largeurs allant jusqu'à presque 1 m peuvent être obtenues.

D'autres fabricants de verre aux dimensions appropriées pour les substrats LCD utilisent la méthode de fabrication float. Dans cette méthode, le verre fondu est autorisé à s'écouler sur un lit d'étain fondu. Le verre ne se dissout pas et ne réagit pas avec l'étain métallique, mais flotte à la surface. Cela permet à la gravité de lisser la surface et de permettre aux deux côtés de devenir parallèles. (Voir le chapitre Verre, céramique et matériaux connexes.)

Une variété de tailles de substrats sont disponibles allant jusqu'à 450 × 550 mm et plus. L'épaisseur typique du verre pour les écrans plats est de 1.1 mm. Un verre plus fin est utilisé pour certains écrans plus petits, tels que les téléavertisseurs, les téléphones, les jeux, etc.

Découpe, biseautage et polissage

Les substrats de verre sont taillés à la taille après le processus de fusion ou de flottage, généralement à environ 1 m de côté. Diverses opérations mécaniques suivent le processus de formage, en fonction de l'application finale du matériau.

Étant donné que le verre est cassant et facilement ébréché ou fissuré sur les bords, ceux-ci sont généralement biseautés, chanfreinés ou autrement traités pour réduire l'écaillage lors de la manipulation. Les contraintes thermiques au niveau des fissures de bord s'accumulent pendant le traitement du substrat et conduisent à la rupture. Le bris de verre est un problème important pendant la production. Outre la possibilité de coupures et de lacérations par les employés, cela représente une perte de rendement et des fragments de verre peuvent rester dans l'équipement, provoquant une contamination particulaire ou des rayures sur d'autres substrats.

L'augmentation de la taille du substrat entraîne des difficultés accrues pour le polissage du verre. Les grands substrats sont montés sur des supports à l'aide de cire ou d'un autre adhésif et polis à l'aide d'une bouillie de matériau abrasif. Ce processus de polissage doit être suivi d'un nettoyage chimique approfondi pour éliminer toute cire restante ou tout autre résidu organique, ainsi que les contaminants métalliques contenus dans l'abrasif ou le milieu de polissage.

Nettoyage

Les procédés de nettoyage sont utilisés pour les substrats en verre nu et pour les substrats recouverts de films organiques, tels que les filtres colorés, les films d'orientation en polyimide, etc. De plus, les substrats avec des films semi-conducteurs, isolants et métalliques nécessitent un nettoyage à certains points du processus de fabrication. Au minimum, un nettoyage est nécessaire avant chaque étape de masquage dans la fabrication d'un filtre couleur ou d'un transistor à couches minces.

La plupart des nettoyages d'écrans plats utilisent une combinaison de méthodes physiques et chimiques, avec une utilisation sélective de méthodes sèches. Après attaque chimique ou nettoyage, les substrats sont généralement séchés à l'aide d'alcool isopropylique. (Voir tableau 1.)

Tableau 1. Nettoyage des écrans plats

Nettoyage physique

Nettoyage à sec

Nettoyage chimique

Brosse à récurer

Ozone ultraviolet

Solvant organique*

Jet de pulvérisation

Plasma (oxyde)

Détergent neutre

Ultrasonique

Plasma (non oxyde)

 

mégasonique

Zone

Eau pure

* Les solvants organiques couramment utilisés dans le nettoyage chimique comprennent : l'acétone, le méthanol, l'éthanol, n-propanol, isomères du xylène, trichloroéthylène, tétrachloroéthylène.

Formation du filtre de couleur

La formation du filtre de couleur sur le substrat de verre avant comprend certaines des étapes de finition et de préparation du verre communes aux panneaux avant et arrière, y compris les processus de biseautage et de rodage. Des opérations telles que la formation de motifs, le revêtement et le durcissement sont effectuées à plusieurs reprises sur le substrat. De nombreux points de similitude avec le traitement des tranches de silicium existent. Les substrats en verre sont normalement manipulés dans des systèmes de rails pour le nettoyage et le revêtement.

Modèle de filtre de couleur

Divers matériaux et méthodes d'application sont utilisés pour créer des filtres de couleur pour divers types d'écrans plats. Un colorant ou un pigment peut être utilisé, et l'un ou l'autre peut être déposé et modelé de plusieurs manières. Dans une approche, la gélatine est déposée et colorée dans des opérations photolithographiques successives, en utilisant un équipement d'impression de proximité et des photorésists standard. Dans un autre cas, des pigments dispersés dans un photorésist sont employés. D'autres procédés de formation de filtres colorés comprennent l'électrodéposition, la gravure et l'impression.

Dépôt ITO

Après la formation du filtre coloré, l'étape finale est le dépôt par pulvérisation cathodique d'un matériau d'électrode transparent. Il s'agit d'oxyde d'indium-étain (ITO), qui est en fait un mélange des oxydes In2O3 et SnO2. Ce matériau est le seul adapté à l'application conducteur transparent des LCD. Un mince film ITO est requis des deux côtés de l'écran. En règle générale, les films ITO sont fabriqués par évaporation sous vide et pulvérisation cathodique.

Les films minces d'ITO sont faciles à graver avec des produits chimiques humides tels que l'acide chlorhydrique, mais, à mesure que le pas des électrodes devient plus petit et que les caractéristiques deviennent plus fines, une gravure sèche peut être nécessaire pour éviter la sous-coupe des lignes due à une surgravure.

Formation de transistors à couches minces

La formation d'un transistor à couches minces est très similaire à la fabrication d'un circuit intégré.

Dépôt de couches minces

Les substrats commencent le processus de fabrication par une étape d'application de film mince. Les couches minces sont déposées par CVD ou dépôt physique en phase vapeur (PVD). Le CVD assisté par plasma, également connu sous le nom de décharge luminescente, est utilisé pour le silicium amorphe, le nitrure de silicium et le dioxyde de silicium.

Modélisation de l'appareil

Une fois le film mince déposé, un photorésist est appliqué et imagé pour permettre la gravure du film mince aux dimensions appropriées. Une séquence de couches minces est déposée et gravée, comme pour la fabrication de circuits intégrés.

Application et frottement du film d'orientation

Sur les substrats supérieur et inférieur, un mince film polymère est déposé pour l'orientation des molécules de cristaux liquides à la surface du verre. Ce film d'orientation, peut-être de 0.1 µm d'épaisseur, peut être un polyimide ou un autre matériau polymère "dur". Après dépôt et cuisson, il est frotté avec du tissu dans une direction spécifique, laissant des rainures à peine détectables dans la surface. Le frottement peut être effectué avec un chiffon à passage unique sur une courroie, alimenté à partir d'un rouleau d'un côté, passant sous un rouleau qui entre en contact avec le substrat, sur un rouleau de l'autre côté. Le substrat se déplace sous le tissu dans la même direction que le tissu. D'autres méthodes incluent une brosse mobile qui se déplace sur le substrat. Le poil de la matière frottant est important. Les rainures servent à aider les molécules de cristaux liquides à s'aligner sur la surface du substrat et à adopter l'angle d'inclinaison approprié.

Le film d'orientation peut être déposé par spin-coating ou par impression. La méthode d'impression est plus efficace dans l'utilisation des matériaux ; 70 à 80% du polyimide est transféré du rouleau d'impression à la surface du substrat.

Assemblée

Une fois l'étape de frottement du substrat terminée, une séquence de chaîne de montage automatisée est lancée, qui consiste à :

  • application d'adhésif (nécessaire pour sceller les panneaux)
  • demande d'entretoise
  • emplacement et alignement optique d'une plaque par rapport à l'autre
  • exposition (chaleur ou UV) pour durcir l'adhésif et coller les deux plaques de verre ensemble.

 

Le transport automatisé des plaques supérieures et inférieures se produit à travers la ligne. Une plaque reçoit l'adhésif, et la deuxième plaque est introduite au niveau du poste d'application de l'entretoise.

Injection de cristaux liquides

Dans le cas où plus d'un affichage a été construit sur le substrat, les affichages sont maintenant séparés par découpage. A ce stade, le matériau à cristaux liquides peut être introduit dans l'espace entre les substrats, en utilisant un trou laissé dans le matériau de scellement. Ce trou d'entrée est ensuite scellé et préparé pour l'inspection finale. Les cristaux liquides sont souvent livrés sous forme de systèmes à deux ou trois composants qui sont mélangés à l'injection. Les systèmes d'injection assurent le mélange et la purge de la cellule pour éviter de piéger les bulles pendant le processus de remplissage.

Inspection et test

L'inspection et les tests fonctionnels sont effectués après l'assemblage et l'injection des cristaux liquides. La plupart des défauts sont liés aux particules (y compris les défauts ponctuels et linéaires) et aux problèmes d'espacement des cellules.

Accessoire Polariseur

La dernière étape de fabrication de l'écran à cristaux liquides lui-même est l'application du polariseur à l'extérieur de chaque plaque de verre. Les films polarisants sont des films composites qui contiennent la couche adhésive sensible à la pression nécessaire pour fixer le polariseur au verre. Ils sont appliqués par des machines automatisées qui distribuent le matériau à partir de rouleaux ou de feuilles prédécoupées. Les machines sont des variantes d'étiqueteuses développées pour d'autres industries. Le film polarisant est fixé des deux côtés de l'écran.

Dans certains cas, un film de compensation est appliqué avant le polariseur. Les films de compensation sont des films polymères (par exemple, polycarbonate et polyméthacrylate de méthyle) qui sont étirés dans une direction. Cet étirement modifie les propriétés optiques du film.

Un affichage terminé aura normalement des circuits intégrés de commande montés sur ou à proximité de l'un des substrats en verre, généralement du côté du transistor à couches minces.

Dangers

Le bris de verre est un risque important dans la fabrication d'écrans LCD. Des coupures et des lacérations peuvent survenir. L'exposition aux produits chimiques utilisés pour le nettoyage est une autre préoccupation.

 

Noir

Samedi, Avril 02 2011 18: 40

III-V Fabrication de semi-conducteurs

Le silicium a historiquement dominé le développement de la technologie des circuits intégrés en tant que matériau semi-conducteur principal. Ces dernières années, l'accent principal mis sur une alternative au silicium s'est concentré sur les composés III-V, tels que l'arséniure de gallium (GaAs), en tant que matériau de substrat. En tant que matériau semi-conducteur, GaAs présente des capacités accrues par rapport au silicium, telles qu'une mobilité électronique 5 à 6 fois supérieure à celle du silicium. Cette caractéristique, associée aux propriétés semi-isolantes potentielles du GaAs, conduit à des performances accrues en termes de vitesse et de consommation d'énergie.

GaAs a une structure de blende de zinc constituée de deux sous-réseaux cubiques interpénétrés à faces centrées qui se rapportent à la croissance d'un matériau de lingot de haute qualité. La technologie impliquée dans la croissance de GaAs est considérablement plus compliquée que celle utilisée pour le silicium, car un équilibre à deux phases plus compliqué et un composant hautement volatil, l'arsenic (As), sont impliqués. Un contrôle précis de la pression de vapeur d'As dans le système de croissance du lingot est nécessaire pour maintenir une stoechiométrie exacte du composé GaAs pendant le processus de croissance. Deux catégories principales de production d'écrans et de dispositifs à semi-conducteurs III-V ont des procédures de traitement économiquement réalisables : les écrans LED et les dispositifs à micro-ondes.

Les LED sont fabriquées à partir de GaAs monocristallin dans lequel des jonctions pn sont formées par l'ajout d'agents dopants appropriés, généralement du tellure, du zinc ou du silicium. Des couches épitaxiales de matériaux III-V ternaires et quaternaires tels que le phosphure d'arséniure de gallium (GaAsP) sont développées sur le substrat et se traduisent par une bande d'émission de longueurs d'onde spécifiques dans le spectre visible pour les écrans ou dans le spectre infrarouge pour les émetteurs ou les détecteurs. Par exemple, la lumière rouge avec un pic à environ 650 nm provient de la recombinaison directe des électrons pn et des trous. Les diodes électroluminescentes sont généralement composées de phosphure de gallium (GaP). Les étapes de traitement généralisées des LED sont couvertes dans cet article.

Les dispositifs à micro-ondes IC sont une forme spécialisée de circuit intégré ; ils sont utilisés comme amplificateurs haute fréquence (2 à 18 GHz) pour les radars, les télécommunications et la télémétrie, ainsi que pour les amplificateurs octaves et multi-octaves destinés aux systèmes de guerre électronique. Les fabricants de dispositifs à micro-ondes IC achètent généralement un substrat GaAs monocristallin, avec ou sans couche épitaxiale, auprès de fournisseurs extérieurs (comme le font les fabricants de dispositifs au silicium). Les principales étapes de traitement comprennent le dépôt épitaxial en phase liquide, la fabrication et le traitement de non-fabrication similaire à la fabrication de dispositifs en silicium. Les étapes de traitement qui justifient une description supplémentaire à celle du traitement des LED sont également abordées dans cet article.

Fabrication de plaquettes

Semblable au processus de croissance des lingots de silicium, des formes élémentaires de gallium et d'arsenic, ainsi que de petites quantités de matériau dopant - silicium, tellure ou zinc - réagissent à des températures élevées pour former des lingots de GaAs monocristallin dopé. Trois méthodes généralisées de production de lingots sont utilisées :

  • Bridgeman horizontal ou vertical
  • gel de dégradé horizontal ou vertical
  • liquide haute ou basse pression encapsulé Czochralski (LEC).

 

Le composé de GaAs polycristallin en vrac est normalement formé par la réaction de la vapeur d'As avec le Ga métallique à des températures élevées dans des ampoules de quartz scellées. Typiquement, un réservoir d'As situé à une extrémité de l'ampoule est chauffé à 618°C. Cela génère environ 1 atmosphère de pression de vapeur d'As dans l'ampoule, condition préalable à l'obtention de GaAs stoechiométrique. La vapeur d'As réagit avec le métal Ga maintenu à 1,238°C et situé à l'autre extrémité de l'ampoule dans une nacelle en quartz ou en nitrure de bore pyrolytique (PBN). Après réaction complète de l'arsenic, une charge polycristalline se forme. Ceci est utilisé pour la croissance monocristalline par refroidissement programmé (gel du gradient) ou en déplaçant physiquement l'ampoule ou le four pour fournir des gradients de température appropriés pour la croissance (Bridgeman). Cette approche indirecte (transport d'arsenic) pour la composition et la croissance de GaAs est utilisée en raison de la pression de vapeur élevée de l'arsenic au point de fusion de GaAs, environ 20 atmosphères à 812°C et 60 atmosphères à 1,238 XNUMX°C, respectivement.

Une autre approche de la production commerciale de GaAs monocristallin en vrac est la technique LEC. Un extracteur de cristal Czochralski est chargé avec des morceaux de GaAs dans un creuset avec un suscepteur extérieur en graphite. Le GaAs en vrac est ensuite fondu à des températures proches de 1,238 100 ° C, et le cristal est tiré dans une atmosphère sous pression qui peut varier selon le fabricant, généralement de quelques atmosphères à XNUMX atmosphères. La masse fondue est complètement encapsulée par un verre visqueux, B2O3, qui empêche la dissociation de la masse fondue lorsque la pression de vapeur d'As est égalée ou dépassée par la pression d'un gaz inerte (généralement de l'argon ou de l'azote) appliqué dans la chambre de l'extracteur. Alternativement, GaAs monocristallin peut être synthétisé sur place en injectant l'As dans le Ga fondu ou en combinant As et Ga directement à haute pression.

La fabrication de tranches de GaAs représente le processus de fabrication de semi-conducteurs avec le plus grand potentiel d'expositions chimiques importantes et routinières. Bien que la fabrication de tranches de GaAs ne soit effectuée que par un petit pourcentage de fabricants de semi-conducteurs, une attention particulière est nécessaire dans ce domaine. Les grandes quantités d'As utilisées dans le procédé, les nombreuses étapes du procédé et la faible limite d'exposition à l'arsenic dans l'air rendent difficile le contrôle des expositions. Articles de Harrison (1986); Lenihan, Sheehy et Jones (1989); McIntyre et Sherin (1989) et Sheehy et Jones (1993) fournissent des informations supplémentaires sur les dangers et les contrôles de ce processus.

Synthèse de lingots polycristallins

Charge et étanchéité de l'ampoule

L'As élémentaire (99.9999 %) sous forme de morceaux est pesé et chargé dans une nacelle en quartz dans une boîte à gants épuisée. Le Ga liquide pur (99.9999%) et le matériau dopant sont également pesés et chargés dans une ou des nacelles en quartz ou en nitrure de bore pyrolytique (PBN) de la même manière. Les bateaux sont chargés dans une longue ampoule cylindrique en quartz. (Dans les techniques de gel de Bridgman et de gradient, un cristal germe avec l'orientation cristallographique souhaitée est également introduit, alors que dans la technique LEC en deux étapes, où seul le poly GaAs est nécessaire à ce stade, un GaAs polycristallin est synthétisé sans le cristal germe. )

Les ampoules de quartz sont placées dans un four à basse température et chauffées pendant que l'ampoule est purgée avec de l'hydrogène (H2), dans un processus connu sous le nom de réaction de réduction de l'hydrogène, pour éliminer les oxydes. Après purge avec un gaz inerte tel que l'argon, les ampoules de quartz sont fixées à un ensemble de pompe à vide, mises sous vide, et les extrémités des ampoules sont chauffées et scellées avec une torche hydrogène/oxygène. Cela crée une ampoule de quartz chargée et scellée prête pour la croissance du four. La purge à l'hydrogène et le système de chalumeau à hydrogène/oxygène présentent un risque potentiel d'incendie/d'explosion si les dispositifs et équipements de sécurité appropriés ne sont pas utilisés (Wade et al. 1981).

Du fait de l'échauffement de l'arsenic, cet ensemble est maintenu sous ventilation aspirante. Des dépôts d'oxyde d'arsenic peuvent se former dans le conduit d'échappement supportant cet ensemble. Des précautions doivent être prises pour éviter l'exposition et la contamination si les conduits sont dérangés de quelque façon que ce soit.

Le stockage et la manipulation des morceaux d'arsenic est une préoccupation. Pour des raisons de sécurité, l'arsenic est souvent conservé sous clé et avec un contrôle d'inventaire strict. En règle générale, l'arsenic est également conservé dans une armoire de stockage coupe-feu pour éviter son implication en cas d'incendie.

Croissance du four

Les méthodes Bridgeman et de congélation par gradient de croissance de lingots monocristallins utilisent toutes deux des ampoules de quartz chargées et scellées dans une enceinte de four à haute température qui est ventilée vers un système d'épurateur humide. Les principaux risques d'exposition pendant la croissance du four sont liés au potentiel d'implosion ou d'explosion de l'ampoule de quartz pendant la croissance du lingot. Cette situation se produit de manière plutôt sporadique et peu fréquente et est le résultat de l'un des éléments suivants :

  • la pression partielle de la vapeur d'As qui résulte des hautes températures utilisées dans le processus de croissance
  • dévitrification du verre de l'ampoule de quartz, ce qui crée des fissures capillaires et le potentiel associé de dépressurisation de l'ampoule
  • manque de dispositifs de contrôle précis à haute température sur la source de chauffage - généralement de type résistance - avec la surpression résultante de l'ampoule de quartz
  • dysfonctionnement ou défaillance du thermocouple, entraînant une surpression de l'ampoule de quartz
  • un excès d'As ou trop peu de Ga dans le tube de l'ampoule, ce qui entraîne une pression d'As extrêmement élevée, ce qui peut provoquer une dépressurisation catastrophique de l'ampoule.

 

Le système Bridgeman horizontal se compose d'un four multizone dans lequel l'ampoule de quartz scellée a des zones de température séparées - l'extrémité du doigt «froide» d'arsenic à 618 ° C et la nacelle de quartz gallium / dopant / germe contenant la masse fondue à 1,238 XNUMX ° C. Le principe de base du système Bridgeman horizontal consiste à traverser deux zones chauffées (une au-dessus du point de fusion de GaAs et une en dessous du point de fusion) sur une nacelle de GaAs pour assurer la congélation contrôlée avec précision du GaAs fondu. Le germe cristallin, maintenu à tout moment dans la zone de congélation, fournit la structure cristalline initiale de départ, définissant la direction et l'orientation de la structure cristalline à l'intérieur du bateau. La nacelle en quartz et l'ampoule de Ga et As sont suspendues dans la chambre de chauffage par un ensemble de revêtements en carbure de silicium appelés tubes de support, qui sont positionnés dans l'ensemble de chauffage à résistance pour déplacer mécaniquement toute la distance de l'ampoule. De plus, l'assemblage du four repose sur une table qui doit être inclinée pendant la croissance pour fournir l'interface appropriée de la masse fondue de GaAs synthétisée avec le germe cristallin.

Dans la méthode de congélation par gradient, un four multizone à haute température utilisant un chauffage par résistance est maintenu entre 1,200 1,300 et 1,237 3 °C (XNUMX XNUMX °C est le point de fusion/congélation de GaAs). La durée totale du processus de croissance des lingots est généralement de XNUMX jours et comprend les étapes suivantes :

  • mise à température du four
  • Synthèse de GaAs
  • semer la fonte
  • refroidissement/croissance des cristaux.

 

L'ampoule de quartz est également inclinée pendant le processus de croissance à l'aide d'un vérin manuel de type ciseaux.

Éruption d'ampoule

Après la croissance du lingot de GaAs monocristallin dans l'ampoule de quartz scellée, l'ampoule doit être ouverte et la nacelle de quartz contenant le lingot et le germe cristallin retirée. Ceci est accompli par l'une des méthodes suivantes :

  • couper l'extrémité scellée des ampoules avec une scie circulaire humide
  • chauffer et casser l'ampoule avec une torche à hydrogène/oxygène
  • briser l'ampoule ensachée avec un marteau sous échappement pour contrôler l'arsenic en suspension dans l'air.

 

Les ampoules de quartz sont recyclées par gravure humide de l'arsenic condensé sur la surface intérieure avec de l'eau régale (HCl, HNO3) ou acide sulfurique/peroxyde d'hydrogène (H2SO4/H2O2).

Microbillage/nettoyage des lingots

Afin de voir les défauts polycristallins et d'éliminer les oxydes et les contaminants extérieurs, le lingot de GaAs monocristallin doit être grenaillé. Le grenaillage est effectué dans une unité de boîte à gants épuisée utilisant soit du carbure de silicium, soit de l'alumine calcinée. Le nettoyage humide est effectué dans des bains chimiques munis d'une ventilation par aspiration locale et utilisant eau régale ou des rinçages à l'alcool (alcool isopropylique et/ou méthanol).

Croissance des lingots monocristallins

Le lingot de GaAs polycristallin récupéré de l'ampoule est cassé en morceaux, pesé et placé dans un creuset en quartz ou en PBN, et un disque d'oxyde de bore est placé au-dessus. Le creuset est ensuite placé dans un cristallisoir (extracteur) pressurisé dans un gaz inerte et chauffé à 1,238°C. À cette température, le GaAs fond, l'oxyde de bore plus léger devenant un encapsulant liquide pour empêcher l'arsenic de se dissocier de la masse fondue. Un germe cristallin est introduit dans la masse fondue sous le bouchon liquide et, tout en tournant dans le sens contraire, est lentement retiré de la masse fondue, se solidifiant ainsi lorsqu'il quitte la "zone chaude". Ce processus prend environ 24 heures, selon la taille de la charge et le diamètre du cristal.

Une fois le cycle de croissance terminé, le grower est ouvert pour récupérer le lingot monocristallin et pour le nettoyer. Une certaine quantité d'arsenic s'échappe de la masse fondue même avec le bouchon de liquide en place. Il peut y avoir une exposition importante à l'arsenic en suspension dans l'air au cours de cette étape du processus. Pour contrôler cette exposition, le producteur est refroidi à moins de 100°C, ce qui entraîne le dépôt de fines particules d'arsenic sur la surface intérieure du producteur. Ce refroidissement permet de minimiser la quantité d'arsenic en suspension dans l'air.

De lourds dépôts de résidus contenant de l'arsenic sont laissés à l'intérieur du producteur de cristaux. L'enlèvement des résidus pendant l'entretien préventif de routine peut entraîner des concentrations importantes d'arsenic dans l'air (Lenihan, Sheehy et Jones 1989; Baldwin et Stewart 1989; McIntyre et Sherin 1989). Les contrôles utilisés lors de cette opération d'entretien comprennent souvent une ventilation par évacuation, des vêtements jetables et des respirateurs.

Lorsque le lingot est retiré, le producteur est démonté. Un aspirateur HEPA est utilisé pour ramasser les particules d'arsenic sur toutes les parties du producteur. Après mise sous vide, les pièces en acier inoxydable sont essuyées avec un mélange hydroxyde d'ammonium/peroxyde d'hydrogène pour éliminer tout arsenic résiduel, et le cultivateur est assemblé.

Traitement des plaquettes

Diffraction des rayons X

L'orientation cristalline du lingot de GaAs est déterminée par l'utilisation d'une unité de diffraction des rayons X, comme dans le traitement des lingots de silicium. Un laser de faible puissance peut être utilisé pour déterminer l'orientation cristalline dans un environnement de production ; cependant, la diffraction des rayons X est plus précise et constitue la méthode préférée.

Lorsque la diffraction des rayons X est utilisée, le faisceau de rayons X est souvent totalement enfermé dans une armoire de protection dont les fuites de rayonnement sont périodiquement contrôlées. Dans certaines circonstances, il n'est pas pratique de confiner complètement le faisceau de rayons X dans une enceinte verrouillée. Dans ce cas, les opérateurs peuvent être tenus de porter des badges de rayonnement et des contrôles similaires à ceux utilisés pour les lasers à haute puissance sont utilisés (par exemple, pièce fermée avec accès limité, formation de l'opérateur, confinement du faisceau autant que possible, etc.) ( Baldwin et Williams 1996).

Coupe, broyage et tranchage des lingots

Les extrémités ou les queues du lingot monocristallin sont retirées à l'aide d'une scie diamantée monolame lubrifiée à l'eau, avec divers réfrigérants ajoutés à l'eau. Le lingot monocristallin est ensuite placé sur un tour qui le façonne en un lingot cylindrique de diamètre uniforme. C'est le processus de broyage, qui est également un processus humide.

Après le recadrage et le broyage, les lingots de GaAs sont montés en époxy ou en cire sur un faisceau de graphite et sciés en tranches individuelles grâce à l'utilisation de scies à lame diamantée à diamètre intérieur (ID) à fonctionnement automatique. Cette opération humide se fait à l'aide de lubrifiants et génère une bouillie de GaAs, qui est collectée, centrifugée et traitée avec du fluorure de calcium pour précipiter l'arsenic. Le surnageant est testé pour s'assurer qu'il ne contient pas d'arsenic en excès, et la boue est pressée en un gâteau et éliminée en tant que déchet dangereux. Certains fabricants envoient la boue collectée lors des processus de culture, de broyage et de tranchage des lingots pour la récupération de Ga.

L'arsine et la phosphine peuvent être formées à partir de la réaction de GaAs et de phosphure d'indium avec l'humidité de l'air, d'autres arséniures et phosphures ou lorsqu'elles sont mélangées avec des acides lors du traitement de l'arséniure de gallium et du phosphure d'indium; 92 ppb d'arsine et 176 ppb de phosphine ont été mesurés à 2 pouces des lames de tranchage utilisées pour couper les lingots de GaAs et de phosphure d'indium (Mosovsky et al. 1992, Rainer et al. 1993).

Lavage de plaquettes

Une fois les tranches de GaAs démontées du faisceau de graphite, elles sont nettoyées par trempage séquentiel dans des bains chimiques humides contenant des solutions d'acide sulfurique/peroxyde d'hydrogène ou d'acide acétique et d'alcools.

Profilage des bords

Le profilage des bords est également un processus humide effectué sur des tranches de tranches pour former un bord autour de la tranche, ce qui la rend moins sujette à la rupture. Étant donné que seule une coupe fine est réalisée sur la surface de la plaquette, seule une petite quantité de suspension est générée.

Rodage et polissage

Les plaquettes sont montées en cire sur un plateau de rodage ou de meulage, à l'aide d'une plaque chauffante, et sont rodées sur une machine exerçant une vitesse de rotation et une pression déterminées. Une solution de rodage est introduite sur la surface de rodage (une bouillie d'oxyde d'aluminium, de glycérine et d'eau). Après une courte période de rodage, lorsque l'épaisseur souhaitée est atteinte, les plaquettes sont rincées et montées sur une polisseuse mécanique. Le polissage est effectué à l'aide d'une suspension de bicarbonate de sodium, de chlore à 5 %, d'eau (ou d'hypochlorite de sodium) et de silice colloïdale. Les wafers sont ensuite démontés sur une plaque chauffante, la cire est éliminée à l'aide de solvants et les wafers sont nettoyés.

Epitaxie

Les plaquettes monocristallines de GaAs sont utilisées comme substrats pour la croissance de couches très minces du même ou d'autres composés III-V ayant les propriétés électroniques ou optiques souhaitées. Ceci doit être fait de manière à maintenir, dans la couche de croissance, la structure cristalline du substrat. Une telle croissance cristalline, dans laquelle le substrat détermine la cristallinité et l'orientation de la couche développée, est appelée épitaxie, et une variété de techniques de croissance épitaxiale sont utilisées dans l'affichage III-V et la production de dispositifs. Les techniques les plus courantes sont :

  • épitaxie en phase liquide (LPE)
  • épitaxie par jets moléculaires (MBE)
  • épitaxie en phase vapeur (VPE)
  • dépôt chimique en phase vapeur organométallique (MOCVD) - également connu sous le nom d'épitaxie organométallique en phase vapeur (OMVPE).

 

Epitaxie en phase liquide

Dans le LPE, une couche de matériau III-V dopé est développée directement sur la surface du substrat GaAs à l'aide d'un support en graphite qui contient des chambres séparées pour le matériau à déposer sur les tranches. Des quantités pesées de matériaux de dépôt sont ajoutées à la chambre supérieure du support, tandis que les tranches sont placées dans une chambre inférieure. L'ensemble est placé dans un tube de réaction en quartz sous atmosphère d'hydrogène. Le tube est chauffé pour faire fondre les matériaux de dépôt, et lorsque la masse fondue s'équilibre, la section supérieure du support est glissée de sorte que la masse fondue est positionnée sur la plaquette. La température du four est ensuite abaissée pour former la couche épitaxiale.

Le LPE est principalement utilisé dans l' épitaxie des micro-ondes IC et pour la fabrication de LED de certaines longueurs d'onde. La principale préoccupation de ce processus LPE est l'utilisation d'hydrogène gazeux hautement inflammable dans le système, qui est atténuée par de bons contrôles techniques et des systèmes d'alerte précoce.

Épitaxie par faisceaux moléculaires

L'épitaxie sous vide sous forme de MBE s'est développée comme une technique particulièrement polyvalente. Le MBE de GaAs consiste en un système à ultravide contenant des sources de faisceaux atomiques ou moléculaires de Ga et As et une plaquette de substrat chauffée. Les sources de faisceaux moléculaires sont généralement des conteneurs de Ga liquide ou d'As solide. Les sources ont un orifice qui fait face à la tranche de substrat. Lorsque le four (ou récipient) d'effusion est chauffé, des atomes de Ga ou des molécules d'As s'échappent de l'orifice. Pour GaAs, la croissance a généralement lieu avec une température de substrat supérieure à 450°C.

Des expositions élevées à l'arsine peuvent survenir lors de la maintenance des systèmes MBE à source solide. Des concentrations dans l'air ambiant de 0.08 ppm ont été détectées dans une étude lorsque la chambre de l'unité MBE a été ouverte pour maintenance. Les auteurs ont émis l'hypothèse que la génération transitoire d'arsine pourrait être causée par une réaction d'arsenic en particules très fines avec de la vapeur d'eau, l'aluminium agissant comme catalyseur (Asom et al., 1991).

Epitaxie en phase vapeur

Les tranches dégraissées et polies subissent une étape de gravure et de nettoyage avant l'épitaxie. Cela implique une opération séquentielle de trempage chimique par voie humide utilisant de l'acide sulfurique, du peroxyde d'hydrogène et de l'eau dans un rapport de 5:1:1 ; un rinçage à l'eau déminéralisée ; et un alcool isopropylique propre/sec. Une inspection visuelle est également effectuée.

Deux techniques majeures de VPE sont utilisées, basées sur deux chimies différentes :

  • les halogènes III (GaCl3) et V-halogènes (AsCl3) ou V-hydrogène (AsH3 et PH3)
  • les organométalliques III et l'hydrogène V, tels que Ga (CH3)3 et cendre3—OMVPE.

 

Les thermochimies de ces techniques sont très différentes. Les réactions d'halogène sont généralement "chaudes" à "froides", dans lesquelles l'halogène III est généré dans une zone chaude par réaction de l'élément III avec HCl, puis diffuse vers la zone froide, où il réagit avec l'espèce V pour former le matériau III-V. La chimie organo-métallique est un processus de "paroi chaude" dans lequel le composé organo-métallique III "fissure" ou pyrolyse le groupe organique et le III restant et l'hydrure V réagissent pour former III-V.

Dans VPE, le substrat GaAs est placé dans une chambre chauffée sous une atmosphère d'hydrogène. La chambre est chauffée soit par RF, soit par chauffage par résistance. HCl barbote à travers une nacelle Ga, formant du chlorure de gallium, qui réagit ensuite avec l'AsH3 et PH3 près de la surface des plaquettes pour former du GaAsP, qui est déposé en tant que couche épitaxiale sur le substrat. Il existe un certain nombre de dopants qui peuvent être ajoutés (selon le produit et la recette). Ceux-ci comprennent de faibles concentrations de tellurures, de séléniures et de sulfures.

Une technique couramment utilisée pour le VPE dans le traitement des LED est le système III-halogène et V-hydrogène (hydrure). Il s'agit d'un processus en deux cycles - initialement la croissance de la couche épitaxiale de GaAsP sur le substrat de GaAs et, enfin, un cycle de gravure pour nettoyer la chambre du réacteur en graphite/quartz des impuretés. Pendant le cycle de croissance épitaxiale, les tranches de GaAs pré-nettoyées sont chargées sur un carrousel situé à l'intérieur d'une chambre de réacteur en quartz contenant un réservoir de gallium liquide élémentaire à travers lequel le gaz HCl anhydre est dosé, formant GaCl3. Les mélanges hydrure/hydrogène gazeux (par exemple, 7 % d'AsH3/H2 et 10% PH3/H2) sont également dosés dans la chambre du réacteur avec l'ajout de concentrations en ppm de dopants organométalliques de tellure et de sélénium. Les espèces chimiques dans la zone chaude, la partie supérieure de la chambre de réaction, réagissent, et, dans la zone froide, la partie inférieure de la chambre, forment la couche souhaitée de GaAsP sur le substrat du wafer ainsi qu'à l'intérieur du chambre du réacteur.

Les effluents du réacteur sont acheminés vers un système de torche à hydrogène (chambre de combustion ou boîte de combustion) pour la pyrolyse et sont évacués vers un système d'épurateur humide. En variante, les effluents du réacteur peuvent être mis à barboter à travers un milieu liquide pour piéger la plupart des particules. Le défi de la sécurité est de dépendre des réacteurs eux-mêmes pour "craquer" les gaz. Le rendement de ces réacteurs est d'environ 98 à 99.5 % ; par conséquent, certains gaz n'ayant pas réagi peuvent s'échapper du barboteur lorsqu'ils sont retirés par les opérateurs. Il y a un dégagement gazeux de divers composés contenant de l'arsenic et du phosphore de ces barboteurs, ce qui nécessite qu'ils soient rapidement transportés vers un évier ventilé pour l'entretien, où ils sont purgés et nettoyés, afin de maintenir une faible exposition du personnel. Le défi d'hygiène professionnelle de ce processus est le profilage de l'effluent d'échappement, car la plupart des composés dégazés des différentes parties du réacteur, en particulier le barboteur, sont instables dans l'air et les moyens de collecte conventionnels disponibles et les techniques d'analyse ne sont pas discriminatoires envers le différentes espèces.

Une autre préoccupation concerne les prélaveurs pour les réacteurs VPE. Ils peuvent contenir de fortes concentrations d'arsine et de phosphine. Des expositions supérieures aux limites d'exposition professionnelle peuvent se produire si ces prélaveurs sont ouverts sans discernement (Baldwin et Stewart 1989).

Le cycle de gravure est effectué à la fin du cycle de croissance et sur les nouvelles pièces du réacteur pour nettoyer la surface intérieure des impuretés. Le gaz HCl non dilué est dosé dans la chambre pendant des périodes d'environ 30 minutes, et le réacteur est chauffé à plus de 1,200°C. Les effluents sont évacués vers le système d'épuration par voie humide pour neutralisation.

À la fin des cycles de croissance et de gravure, un N étendu2 la purge est utilisée pour purger la chambre du réacteur des gaz toxiques/inflammables et corrosifs.

Nettoyage du réacteur

Après chaque cycle de croissance, les réacteurs VPE doivent être ouverts, les tranches retirées et les parties supérieure et inférieure du réacteur nettoyées physiquement. Le processus de nettoyage est effectué par l'opérateur.

Le prélaveur de quartz des réacteurs est physiquement sorti du réacteur et placé dans un évier épuisé où il est purgé avec du N2, rincé à l'eau puis immergé dans eau régale. Ceci est suivi d'un autre rinçage à l'eau avant de sécher la pièce. L'intention du N2 la purge consiste simplement à déplacer l'oxygène en raison de la présence de phosphore pyrophorique instable. Certains résidus contenant divers arsenicaux et sous-produits phosphorés sont laissés sur ces pièces même après la purge et le rinçage à l'eau. La réaction entre ces résidus et le mélange oxydant/acide fort pourrait potentiellement générer des quantités importantes d'AsH3 et un peu de PH3. Il existe également un potentiel d'exposition avec d'autres procédures de maintenance dans la zone.

La partie inférieure de la chambre de réaction en quartz et la plaque inférieure (plaque de base) sont grattées à l'aide d'un outil métallique, et le matériau particulaire (mélange de GaAs, GaAsP, oxydes d'arsenic, oxydes de phosphore et gaz hydrure piégé) est collecté dans un métal récipient placé sous le réacteur vertical. Un aspirateur à haute efficacité est utilisé pour le nettoyage final.

Une autre opération avec un potentiel d'exposition chimique est le nettoyage du piège du réacteur. Le nettoyage du piège se fait en raclant les pièces en graphite de la chambre supérieure, qui ont une croûte de tous les sous-produits mentionnés précédemment plus le chlorure d'arsenic. La procédure de grattage génère de la poussière et est effectuée dans un évier ventilé pour minimiser l'exposition des opérateurs. La ligne d'échappement du procédé, qui contient tous les sous-produits plus l'humidité qui forme un déchet liquide, est ouverte et évacuée dans un récipient métallique. L'aspirateur HEPA est utilisé pour nettoyer toutes les particules de poussière qui peuvent s'être échappées lors du transfert des pièces en graphite et de la montée et de la descente de la cloche, qui fait tomber toutes les particules libres.

Dépôt chimique en phase vapeur organométallique

Le MOCVD est largement utilisé dans la préparation des dispositifs III-V. En plus des gaz hydrures utilisés comme matières premières dans d'autres systèmes CVD (par exemple, l'arsine et la phosphine), des alternatives liquides moins toxiques (par exemple, la tertiobutylarsine et la tertiobutylphosphine) sont également utilisées dans les systèmes MOCVD, ainsi que d'autres substances toxiques telles que les alkyles de cadmium et le mercure (Content 1989; Rhoades, Sands et Mattera 1989; Roychowdhury 1991).

Alors que VPE fait référence à un processus de dépôt de matériau composé, MOCVD fait référence aux sources chimiques mères utilisées dans le système. Deux chimies sont utilisées : les halogénures et les organométalliques. Le procédé VPE décrit ci-dessus est un procédé halogénure. Un halogénure du groupe III (gallium) se forme dans la zone chaude et le composé III-V se dépose dans la zone froide. Dans le procédé métallorganique pour GaAs, le triméthylgallium est dosé dans la chambre de réaction avec de l'arsine, ou une alternative liquide moins toxique telle que la tertiobutylarsine, pour former de l'arséniure de gallium. Un exemple d'une réaction MOCVD typique est :

(CH3)3Ga + Cendre3 → AsGa + 3CH4

Il existe d'autres chimies utilisées dans le traitement MOCVD des LED. Les organométalliques utilisés comme éléments du groupe III comprennent le triméthyl gallium (TMGa), le triéthyl gallium (TEGa), l'indium TM, l'indium TE et l'aluminium TM. Des gaz hydrures sont également utilisés dans le procédé : 100 % AsH3 et 100% PH3. Les dopants utilisés dans le procédé sont : le diméthyl zinc (DMZ), le bis-cyclopentadiényl magnésium et le séléniure d'hydrogène (H2Se). Ces matériaux sont mis à réagir dans la chambre de réaction sous une basse pression H2 atmosphère. La réaction produit des couches épitaxiales d'AlGaAs, d'AlInGaP, d'InAsP et de GaInP. Cette technique a été traditionnellement utilisée dans la fabrication de lasers à semi-conducteurs et de dispositifs de communication optique tels que des émetteurs et des récepteurs pour fibre optique. Le procédé AlInGaP est utilisé pour produire des LED très lumineuses.

Semblable au processus VPE, le nettoyage du réacteur et des pièces MOCVD présente des défis à la fois pour le processus et pour l'hygiéniste du travail, en particulier si de grandes quantités de PH concentré3 est utilisé dans le processus. L'efficacité de « craquage » de ces réacteurs n'est pas aussi élevée que celle des réacteurs VPE. Une quantité importante de phosphore est générée, ce qui constitue un risque d'incendie. La procédure de nettoyage implique l'utilisation de peroxyde d'hydrogène dilué / hydroxyde d'ammonium sur diverses parties de ces réacteurs, ce qui présente un risque d'explosion si, en raison d'une erreur de l'opérateur, une solution concentrée est utilisée en présence d'un catalyseur métallique.

Fabrication d'appareils

La tranche de GaAs avec une couche de GaAsP à croissance épitaxiale sur la surface supérieure passe à la séquence de traitement de fabrication du dispositif.

Dépôt de nitrure

Un CVD à haute température de nitrure de silicium (Si3N4) est réalisée, à l'aide d'un four à diffusion standard. Les sources gazeuses sont le silane (SiH4) et l'ammoniac (NH3) avec un gaz porteur d'azote.

Procédé photolithographique

Le processus standard de résine photosensible, d'alignement / d'exposition, de développement et de décapage est utilisé comme dans le traitement des dispositifs au silicium (voir la section sur la lithographie dans l'article "Fabrication de semi-conducteurs au silicium").

Gravure humide

Divers mélanges de solutions acides chimiques humides sont utilisés dans des bains de plastique dans des stations de gravure à évacuation locale, certaines étant équipées de systèmes d'alimentation à filtre HEPA laminaire montés verticalement. Les principaux acides utilisés sont sulfurique (H2SO4), fluorhydrique (HF), chlorhydrique (HCl) et phosphorique (H3PO4). Comme dans le traitement du silicium, le peroxyde d'hydrogène (H2O2) est utilisé avec de l'acide sulfurique et de l'hydroxyde d'ammonium (NH4OH) fournit une attaque caustique. Une solution de cyanure (sodium ou potassium) est également utilisée pour graver l'aluminium. Cependant, la gravure au cyanure est progressivement abandonnée à mesure que d'autres agents de gravure sont développés pour ce processus. Comme alternative à la gravure humide, un processus de gravure au plasma et d'incinération est utilisé. Les configurations de réacteur et les gaz réactifs sont très similaires à ceux utilisés dans le traitement des dispositifs au silicium.

La diffusion

Une diffusion de source solide de diarséniure de zinc en ampoule fermée est réalisée dans un four de diffusion sous vide à 720 ° C, en utilisant un N2 gaz vecteur. L'arsenic et l'arséniure de zinc sont utilisés comme dopants. Ils sont pesés en boîte à gants de la même manière qu'en substrat vrac.

Métallisation

Une évaporation initiale de l'aluminium est effectuée à l'aide d'un évaporateur à faisceau d'électrons. Après le rodage, une dernière étape d'évaporation de l'or est effectuée à l'aide d'un évaporateur à filament.

Alliage

Une étape finale d'alliage est effectuée dans un four de diffusion à basse température, utilisant une atmosphère inerte d'azote.

Rodage

Le rodage est effectué pour éliminer les matériaux déposés (GaAsP, Si3N4 et ainsi de suite) de l'arrière de la plaquette. Les tranches sont montées en cire sur une plaque de rodage et rodées à l'état humide avec une suspension de silice colloïdale. Ensuite, la cire est éliminée par décapage humide des tranches dans un décapant organique dans une station de gravure chimique humide à évacuation locale. Une autre alternative au rodage humide est le rodage à sec, qui utilise du « sable » d'oxyde d'aluminium.

Il existe un certain nombre de réserves et de décapants de réserve utilisés, contenant généralement de l'acide sulfonique (acide dodécylbenzènesulfonique), de l'acide lactique, un hydrocarbure aromatique, du naphtalène et du catéchol. Certains décapants de réserve contiennent de l'éthanoate de butyle, de l'acide acétique et de l'ester de butyle. Il existe à la fois des résistances négatives et positives et des décapants de résistance utilisés, selon le produit.

Examen final

Comme dans le traitement des dispositifs au silicium, les circuits LED terminés sont testés et marqués par ordinateur (voir « Fabrication de semi-conducteurs au silicium »). Une inspection finale est effectuée, puis les tranches sont testées électriquement pour marquer les matrices défectueuses. Une scie à eau est ensuite utilisée pour séparer les matrices individuelles, qui sont ensuite envoyées pour assemblage.

 

Noir

Tableaux de câblage imprimés

Les cartes de câblage imprimé (PWB) sont le cadre électrique interconnecté et la structure physique qui maintiennent ensemble les différents composants électroniques d'une carte de circuit imprimé. Les principales catégories de PWB sont simple face, double face, multicouche et flexible. La complexité et les exigences d'espacement des cartes toujours plus denses et plus petites ont exigé que les deux côtés de la carte soient recouverts de circuits sous-jacents. Les cartes simple face répondaient aux premières exigences des calculatrices et des appareils électroniques grand public simples, mais les ordinateurs portables, les assistants numériques personnels et les systèmes de musique personnels ont nécessité des PWB double face et multicouches. Le traitement de la structuration des PWB est essentiellement un processus photolithographique qui consiste à déposer et à retirer sélectivement des couches de matériaux sur un substrat diélectrique qui agit comme le « câblage » électrique qui est gravé ou déposé sur la carte de circuit imprimé.

Les cartes multicouches contiennent deux pièces ou plus de matériau diélectrique avec des circuits empilés et collés ensemble. Les connexions électriques sont établies d'un côté à l'autre, et avec les circuits de la couche interne, par des trous percés qui sont ensuite recouverts de cuivre. Le substrat diélectrique le plus couramment utilisé est les feuilles de fibre de verre (stratifié époxy/fibre de verre). Les autres matériaux sont le verre (avec des résines de polyimide, de téflon ou de triazine) et le papier recouvert de résine phénolique. Aux États-Unis, les panneaux stratifiés sont classés en fonction de leurs propriétés d'extinction d'incendie ; propriétés de perçage, de poinçonnage et d'usinage ; propriétés d'absorption d'humidité; résistance chimique et thermique; et résistance mécanique (Sober 1995). Le FR-4 (substrat en résine époxy et tissu de verre) est largement utilisé pour les applications de haute technologie.

Le processus PWB réel implique de nombreuses étapes et une grande variété d'agents chimiques. Le tableau 1 illustre un processus multicouche typique et les problèmes EHS associés à ce processus. Les principales différences entre une carte simple face et une carte double face sont que la première face commence avec une matière première recouverte d'un seul côté avec du cuivre et omet l'étape de placage de cuivre autocatalytique. La carte double face standard a un masque de soudure sur du cuivre nu et est plaquée à travers les trous ; la carte a des contacts dorés et une légende des composants. La majorité des PWB sont des cartes multicouches, qui sont à double face avec des couches internes qui ont été fabriquées et prises en sandwich à l'intérieur du paquet stratifié, puis traitées presque de la même manière qu'une carte double couche.

Tableau 1. Processus du PTB : problèmes d'environnement, de santé et de sécurité

Principales étapes du processus

Problèmes de santé et de sécurité

Problèmes environnementaux

Préparation du matériel

Achetez du stratifié spécifique, du matériel d'entrée et du panneau de support en taille prédécoupée
Schéma de traitement assisté par ordinateur

Conception assistée par ordinateur — écrans de visualisation et risques ergonomiques

Aucun

Empiler et épingler

Les panneaux recouverts de cuivre sont empilés avec le matériel d'entrée et le panneau de secours ; trous percés et
goujon épinglé.

Bruit pendant le forage ; particules de forage contenant du cuivre, du plomb, de l'or et de l'époxy/fibre de verre

Particules de déchets (cuivre, plomb, or et
époxy/fibre de verre)—recyclé ou récupéré

Forage HORIZONTAUX

Perceuses à commande numérique (N/C)

Bruit pendant le forage ; particules de forage contenant du cuivre, du plomb, de l'or et de l'époxy/fibre de verre

Particules de déchets (cuivre, plomb, or et
époxy/fibre de verre)—recyclé ou récupéré

Ébavurer

Les panneaux percés passent à travers des brosses ou une meule abrasive

Bruit lors de l'ébavurage ; particules contenant du cuivre, du plomb, de l'or et de l'époxy/fibre de verre

Particules de déchets (cuivre, plomb, or et
époxy/fibre de verre)—recyclé ou récupéré

Placage de cuivre autocatalytique

Ajout d'une fine couche de cuivre aux trous traversants
(processus en plusieurs étapes)

Inhalation et exposition cutanée à des nettoyants, conditionneurs, décapants, catalyseurs—H2SO4H2O2, éthers de glycol, KMnO4, NH4HF2, palladium, SnCl2, CuSO4, formaldéhyde, NaOH

Effluents aqueux—acides, cuivre, caustiques,
fluorures; émissions atmosphériques — gaz acides,
formaldéhyde

Imagerie

Film sec résistant—photopolymère sensible aux UV
Résine sérigraphiée - émulsion sensible à la lumière
Résine liquide - Résines liquides photosensibles

Inhalation et exposition cutanée aux résines; développeurs ; et
décapants - résines à base de caoutchouc avec solvants ; N / A3PO4 Et K2CO3; chlorure cuivrique (Cl2 gaz), monoéthanolamine (MEA)

Émissions atmosphériques—solvants (COV), gaz acides,
AEM ; déchets—liquides

Motif placage

Nettoyage
Cuivrage
Étain ou placage étain/plomb
Décapage de crémaillère

Risques d'inhalation et cutanés liés au nettoyage ; placage de cuivre ou placage d'étain/étain et de plomb et dénudage de crémaillère—H3PO4H2SO4; h2SO4 et CuSO4; acide fluoborique et Sn/Pb; HNO concentré3

Émissions atmosphériques—gaz acides ; l'eau
effluents — acides, fluorures, métaux (cuivre,
plomb et étain)

Dénuder, graver, décaper

Bande de résistance
Gravure alcaline
Bande de cuivre

Risques d'inhalation et cutanés liés à la bande de réserve ; attaque alcaline ou décapage de cuivre - monoéthanol amine (MEA) ; NH4OH; NH4Cl/NH4OH ou NH4HF2

Émissions atmosphériques—MEA, ammoniac, fluorures ;
effluents aqueux — ammoniac, fluorures, métaux
(cuivre, plomb et étain), composés résistants

Masque de soudure

Encres époxy — sérigraphie
Films secs - laminés sur PWB
Encre époxy photo liquide imageable

Risques d'inhalation et cutanés liés au pré-nettoyage ; encres époxy et transporteurs de solvants; développeurs—H2SO4; épichlorhydrine + bisphénol A, éthers de glycol (à base de PGMEA) ; gamma-butyrolactone. 

Lumière UV du processus de durcissement

Émissions atmosphériques — gaz acides, éthers de glycol
(COV); déchets—solvants, encres époxy

Revêtement de soudure

Nivellement de soudure

Risques d'inhalation et cutanés liés au flux, aux produits de décomposition et aux résidus de soudure plomb/étain - éthers de glycol dilués + <1 % HCl et <1 % HBr ; aldéhydes, HCl, CO; plomb et étain

Émissions atmosphériques - éthers de glycol (COV), gaz acides, aldéhydes, CO ; déchets—soudure plomb/étain, flux

Placage or et nickel

 

Dangers par inhalation et par voie cutanée liés aux acides, aux métaux et aux
cyanures—H2SO4, H.N.O.3, NiSO4, cyanure d'or de potassium

Émissions atmosphériques — gaz acides, cyanures ; l'eau
émissions—acides, cyanures, métaux;
déchets—cyanures, métaux

Légende des composants

Impression d'écran
Cuisson au four

Dangers d'inhalation et cutanés liés aux encres à base d'époxyde et aux solvants porteurs - solvants à base d'éther de glycol, épichlorhydrine + bisphénol A

Émissions atmosphériques — déchets d'éthers de glycol (COV) — encres et solvants (petites quantités)

Cl2 = chlore gazeux ; CO = monoxyde de carbone ; CuSO4 = sulfate de cuivre ; H2O2 = peroxyde d'hydrogène;H2SO4 = acide sulfurique ; H3PO4 = acide phosphorique ; HBR = acide bromhydrique; HCl = acide chlorhydrique ; HNO3 = acide nitrique ; K2CO3 = carbonate de potassium ; KMNO4 = permanganate de potassium ; N / A3PO4 = phosphate de sodium ; NH4Cl = chlorure d'ammonium ; NH4OH = hydroxyde d'ammonium ; NiSO4 = sulfate de nickel ; Pb = plomb ; Sn = étain ; SnCl2 = chlorure stanneux ; UV = ultraviolet ; COV = composés organiques volatils.

 

Ensemble de carte de circuit imprimé

L'assemblage de la carte de circuit imprimé (PCB) implique la fixation dure des composants électroniques à la PWB grâce à l'utilisation de soudure plomb/étain (dans une machine à souder à la vague ou appliquée sous forme de pâte puis refondue dans un four à basse température) ou de résines époxy ( durci dans un four à basse température). Le PWB sous-jacent (simple face, double face, multicouche ou flexible) déterminera les densités de composants pouvant être attachés. De nombreux problèmes de processus et de fiabilité constituent la base de la sélection des processus d'assemblage de PCB qui seront utilisés. Les principaux processus technologiques sont : la technologie de montage en surface totale (SMT), la technologie mixte (comprend à la fois le SMT et le trou traversant plaqué (PTH)) et la fixation par le dessous.

Généralement, dans les installations d'assemblage électronique / informatique modernes, la technologie mixte est utilisée, certains composants étant montés en surface et d'autres connecteurs / composants étant soudés à l'aide de la technologie à trou traversant ou de la soudure par refusion. Un processus de technologie mixte "typique" est décrit ci-dessous, dans lequel un processus de montage en surface impliquant une fixation par adhésif, un soudage à la vague et un soudage par refusion est utilisé. Avec la technologie mixte, il est parfois possible de refusionner des composants de montage en surface (SMC) sur la face supérieure d'une carte double face et de souder à la vague les SMC sur la face inférieure. Un tel procédé est particulièrement utile lorsque les technologies de montage en surface et traversant doivent être mélangées sur une même carte, ce qui est la norme dans la fabrication électronique actuelle. La première étape consiste à monter les SMC sur le côté supérieur de la carte, en utilisant le processus de refusion de soudure. Ensuite, les composants traversants sont insérés. La carte est ensuite inversée et les SMC inférieurs sont montés de manière adhésive sur la carte. Le soudage à la vague des composants traversants et des SMC inférieurs est la dernière étape.

Les principales étapes techniques du processus de technologie mixte comprennent :

  • pré et post-nettoyage
  • application de pâte à souder et d'adhésif (sérigraphie et placement (SMT et PTH))
  • insertion de composant
  • durcissement de l'adhésif et refusion de la soudure
  • fluxant (PTH)
  • soudure à la vague (PTH)
  • inspection et retouche
  • vers les tests
  • retravailler et réparer
  • opérations de soutien—nettoyage des pochoirs.

 

Une brève discussion des implications importantes pour l'environnement, la santé et la sécurité pour chaque étape du processus est fournie ci-dessous.

Pré et post-nettoyage

Les PWB commerciaux sont généralement achetés auprès d'un fournisseur de PWB et ont été pré-nettoyés avec une solution d'eau déionisée (DI) pour éliminer tous les contaminants de surface. Avant les préoccupations concernant l'appauvrissement de la couche d'ozone stratosphérique, une substance appauvrissant la couche d'ozone, telle qu'un chlorofluorocarbone (CFC), serait utilisée comme nettoyage final, voire pré-nettoyage par le fabricant de l'appareil électronique. À la fin du processus d'assemblage des circuits imprimés, l'utilisation d'une opération de « dégraissage à la vapeur » de chlorofluorocarbone pour éliminer les résidus de l'opération de soudage par flux/vague était typique. Encore une fois en raison de préoccupations concernant l'appauvrissement de la couche d'ozone et des contrôles réglementaires stricts sur la production de CFC, des modifications de processus ont été apportées qui ont permis aux assemblages PWB complets de contourner le nettoyage ou d'utiliser uniquement un nettoyage à l'eau DI.

Application de pâte à souder et d'adhésif (impression et placement au pochoir) et insertion de composants

L'application de pâte à souder plomb/étain sur la surface du PWB permet de fixer le composant de montage en surface au PWB et est la clé du processus SMT. Le matériau de soudure agit comme une liaison mécanique pour la conduction électrique et thermique et comme un revêtement pour la protection de surface et une soudabilité améliorée. La pâte à braser est composée d'environ 70 à 90 % de matières non volatiles (en poids par poids ou en poids par volume) :

  • soudure plomb/étain
  • un mélange de résines modifiées (acides de colophane ou colophane légèrement activée)
  • activateurs (dans le cas de produits « no clean », mélanges d'halogénhydrates d'amines et d'acides ou simplement d'acides carboxyliques).

 

Les solvants (matières volatiles) constituent le reste du produit (généralement un mélange d'alcool et d'éther de glycol qui est un mélange exclusif).

La pâte à souder est imprimée à travers un pochoir, qui est un modèle exact de la conception de surface qui doit être ajoutée à la surface PWB. La pâte à souder est poussée à travers les ouvertures du pochoir sur les sites de pastilles sur le PWB au moyen d'une raclette qui traverse lentement le pochoir. Le pochoir est ensuite retiré, laissant les dépôts de pâte sur les tampons appropriés du tableau. Les composants sont ensuite insérés sur le PWB. Les principaux dangers EHS concernent l'entretien ménager et l'hygiène personnelle des opérateurs qui appliquent la pâte à souder sur la surface du pochoir, nettoient la raclette et nettoient les pochoirs. La concentration de plomb dans la soudure et la tendance de la pâte à souder séchée à adhérer à la peau et aux surfaces de travail de l'équipement/de l'installation nécessitent l'utilisation de gants de protection, un bon nettoyage des surfaces de travail, une élimination sûre des matériaux de nettoyage contaminés ( et gestion de l'environnement) et une hygiène personnelle stricte par les opérateurs (par exemple, se laver les mains avec du savon avant de manger, de boire ou de se maquiller). Les niveaux d'exposition dans l'air sont généralement inférieurs à la limite de détection du plomb, et si un bon entretien ménager/hygiène personnelle est utilisé, les lectures de plomb dans le sang sont à des niveaux de fond.

L'application de l'adhésif implique la distribution automatisée de petites quantités d'une résine époxy (généralement un mélange de bisphénol A-épichlorhydrine) sur la surface du PWB, puis le « prélèvement et le placement » du composant et son insertion à travers la résine époxy sur le PWB. Les dangers EHS concernent principalement les risques mécaniques pour la sécurité des unités « pick and place », en raison de leurs ensembles mécaniques automatisés, des navettes de composants à l'arrière des unités et du potentiel de blessures graves si les protections, les barrières immatérielles et les verrouillages matériels appropriés ne sont pas présente.

Polymérisation de l'adhésif et refusion de la soudure

Les composants qui ont été fixés par impression au pochoir ou application d'adhésif sont ensuite acheminés sur un convoyeur mécanique à hauteur fixe vers un four de refusion en ligne qui "déclenche" la soudure en refondant la pâte à braser à environ 200 à 400°C. Les composants qui ont été attachés par l'adhésif époxy sont également passés à travers un four qui est en aval de la refusion de la soudure et est généralement exécuté à 130 à 160oC. Les composants solvants de la pâte à souder et de la résine époxy sont chassés pendant le processus du four, mais le composant plomb/étain n'est pas volatilisé. Un résidu de type toile d'araignée s'accumulera dans le conduit d'évacuation du four de refusion, et un filtre à mailles métalliques peut être utilisé pour éviter cela. Les PWB peuvent parfois se coincer dans le système de convoyeur et surchauffer dans le four, provoquant des odeurs désagréables.

Fluxage

Pour former un joint de soudure fiable à la surface de la PWB et au conducteur du composant, les deux doivent être exempts d'oxydation et doivent le rester même aux températures élevées utilisées dans le soudage. De plus, l'alliage de soudure fondu doit mouiller les surfaces des métaux à assembler. Cela signifie que le flux de soudure doit réagir avec et éliminer les oxydes métalliques des surfaces à assembler et empêcher la réoxydation des surfaces nettoyées. Il faut également que les résidus soient non corrosifs ou facilement éliminables. Les flux pour le soudage d'équipements électroniques se répartissent en trois grandes catégories, communément appelées flux à base de colophane, flux organiques ou solubles dans l'eau et flux synthétiques éliminables par solvant. Les nouveaux flux à faible teneur en solides « sans nettoyage » ou composés organiques non volatils (NVOC) entrent dans la catégorie intermédiaire.

Flux à base de colophane

Les flux à base de colophane sont les flux les plus couramment utilisés dans l'industrie électronique, soit comme flux de pulvérisation or flux de mousse. Le fluxeur peut être contenu à l'intérieur de l'équipement de brasage à la vague ou en tant qu'unité autonome positionnée à l'entrée de l'unité. Comme base, les fondants à base de colophane ont de la colophane naturelle, ou colophane, la colophane translucide de couleur ambrée obtenue après distillation de la térébenthine à partir de l'oléorésine et de la résine canal des pins. La résine est collectée, chauffée et distillée, ce qui élimine toutes les particules solides, ce qui donne une forme purifiée du produit naturel. C'est un matériau homogène avec un seul point de fusion.

La colophane est un mélange d'environ 90% d'acide résinique, qui est principalement de l'acide abiétique (un acide organique non soluble dans l'eau) avec 10% de matériaux neutres tels que des dérivés de stilbène et divers hydrocarbures. La figure 1 fournit les structures chimiques des acides abiétique et pimarique.

Figure 1. Acides abiétiques et pimariques

MIC050F4

Le constituant actif est l'acide abiétique, qui à la température de brasage est chimiquement actif et attaque l'oxyde de cuivre sur la surface du PWB, formant un abiet de cuivre. Les flux à base de colophane ont trois composants : le solvant ou véhicule, la colophane et l'activateur. Le solvant agit simplement comme un véhicule pour le flux. Pour être efficace, la colophane doit être appliquée sur le carton à l'état liquide. Ceci est accompli en dissolvant la colophane et l'activateur dans un système de solvant, généralement de l'alcool isopropylique (IPA) ou des mélanges d'alcools à plusieurs composants (IPA, méthanol ou éthanol). Ensuite, le flux est soit expansé sur la surface inférieure du PCB par addition d'air ou d'azote, soit pulvérisé dans un mélange "à faible teneur en solides" qui a une teneur en solvant plus élevée. Ces composants de solvant ont des taux d'évaporation différents et un diluant doit être ajouté au mélange de flux pour maintenir une composition de flux constituante. Les principales catégories de fondants à base de colophane sont : la colophane légèrement active (RMA), qui sont les flux typiques utilisés, auxquels on ajoute un activateur doux ; et colophane active (RA), auquel un activateur plus agressif a été ajouté.

Le principal danger EHS de tous les flux à base de colophane est la base de solvant alcoolique. Les risques pour la sécurité concernent l'inflammabilité lors du stockage et de l'utilisation, la classification et la manipulation en tant que déchet dangereux, les émissions atmosphériques et les systèmes de traitement nécessaires pour éliminer les COV et les problèmes d'hygiène industrielle liés à l'inhalation et à l'exposition cutanée (cutanée). Chacun de ces éléments nécessite une stratégie de contrôle, une éducation et une formation des employés et des autorisations/conformités réglementaires différentes (Association of the Electronics, Telecommunications and Business Equipment Industries 1991).

Pendant le processus de brasage à la vague, le flux est chauffé à 183 à 399°C ; les produits aéroportés générés comprennent aldéhydes aliphatiques, comme le formaldéhyde. De nombreux flux contiennent également un activateur de chlorhydrate d'amine organique, qui aide à nettoyer la zone à souder et libère de l'acide chlorhydrique lorsqu'il est chauffé. D'autres composants gazeux comprennent le benzène, le toluène, le styrène, le phénol, le chlorophénol et l'alcool isopropylique. En plus des composants gazeux du flux chauffé, une quantité importante de particules est créée, dont la taille varie de 0.01 micron à 1.0 micron, connue sous le nom de vapeurs de colophane. Ces matières particulaires se sont révélées être des irritants respiratoires et également des sensibilisants respiratoires chez les personnes sensibles (Hausen, Krohn et Budianto 1990). Au Royaume-Uni, les normes d'exposition atmosphérique exigent que les niveaux de fumées de colophane soient contrôlés aux niveaux les plus bas possibles (Health and Safety Commission 1992). De plus, l'American Conference of Governmental Industrial Hygienists (ACGIH) a établi une valeur limite de seuil distincte pour les produits de pyrolyse de la soudure à noyau de colophane de 0.1 mg/m3, mesuré en formaldéhyde (ACGIH 1994). La Lead Industries Association, Inc. identifie l'acétone, l'alcool méthylique, les aldéhydes aliphatiques (mesurés en tant que formaldéhyde), le dioxyde de carbone, le monoxyde de carbone, le méthane, l'éthane, l'acide abiétique et les acides diterpéniques apparentés comme des produits de décomposition typiques du brasage à la colophane (Lead Industries Association 1990 ).

Flux organiques

Les flux organiques, parfois appelés flux intermédiaires ou flux hydrosolubles, sont des composites plus actifs que les flux à base de colophane et moins corrosifs que les flux acides utilisés dans les industries métallurgiques. Les composés actifs généraux de cette classe de flux se répartissent en trois groupes :

  • acides (p. ex., stéarique, glutamique, lactique, citrique)
  • halogènes (p. ex., chlorhydrates, bromures, hydrazine)
  • amides et amines (par exemple, urée, triéthanolamine).

 

Ces matériaux et d'autres parties de la formulation, tels que des tensioactifs pour aider à réduire la tension superficielle de la soudure, sont dissous dans du polyéthylène glycol, des solvants organiques, de l'eau ou généralement un mélange de plusieurs d'entre eux. Les flux organiques doivent être considérés comme corrosifs, mais peuvent être nettoyés facilement, avec pas plus d'eau chaude.

Flux synthétiques activés (AS)

Alors que les flux à base de colophane sont des matériaux solides dissous dans un solvant, les flux AS sont généralement des formules totalement liquides (solvant + flux). Le support de solvant est chassé pendant la phase de préchauffage du brasage à la vague, laissant un résidu humide et huileux sur la surface du PWB, qui doit être nettoyé immédiatement après le brasage. L'attribut principal des flux AS est leur capacité à être éliminés par l'utilisation d'un solvant approprié, généralement à base de fluorocarbone. Avec des restrictions sur l'utilisation de substances appauvrissant la couche d'ozone telles que les fluorocarbures (Fréon TF, Fréon TMS, etc.), l'utilisation requise de ces produits de nettoyage a considérablement restreint l'utilisation de cette classe de flux.

Flux à faible teneur en solides « sans nettoyage » ou sans COV

La nécessité d'éliminer le nettoyage post-soudage des résidus de flux corrosifs ou collants avec des solvants fluorocarbonés a conduit à l'utilisation généralisée d'une nouvelle classe de flux. Ces flux ont une activité similaire aux flux RMA et ont une teneur en solides d'environ 15 %. La teneur en solides est une mesure de la viscosité et est égale au rapport du flux au solvant. Plus la teneur en solides est faible, plus le pourcentage de solvant est élevé. Plus la teneur en solides est élevée, plus le flux est actif et plus il est possible qu'une étape de nettoyage post-soudage soit nécessaire. Le flux à faible teneur en solides (LSF) est couramment utilisé dans l'industrie électronique et ne nécessite généralement pas l'étape de post-nettoyage. Du point de vue des émissions atmosphériques environnementales, le LSF a éliminé le besoin de dégraissage à la vapeur de fluorocarbone des cartes soudées à la vague, mais avec leur teneur plus élevée en solvant, ils ont augmenté la quantité de solvants à base d'alcool évaporés, entraînant des niveaux de COV plus élevés. Les niveaux d'émissions atmosphériques de COV sont étroitement contrôlés aux États-Unis et dans de nombreux endroits du monde. Cette situation a été résolue par l'introduction de flux "sans nettoyage", qui sont à base d'eau (plutôt qu'à base de solvant) mais contiennent des activateurs et des colophanes de flux similaires. Les principaux ingrédients actifs sont à base d'acide dicarboxylique (2 à 3%), généralement les acides glutarique, succinique et adipique. Surfactants et de inhibiteurs de corrosion (environ 1%) sont également inclus, ce qui donne un pH (acidité) de 3.0 à 3.5. Ces flux éliminent pratiquement les émissions atmosphériques de COV et autres risques EHS associés à l'utilisation de flux à base de solvants. Les produits de décomposition notés dans les flux à base de colophane sont toujours applicables, et le pH doux nécessite que l'équipement de traitement des flux soit résistant aux acides. Certaines preuves anecdotiques indiquent des problèmes cutanés ou respiratoires potentiels dus aux acides dicarboxyliques séchés et légèrement acides et aux inhibiteurs de corrosion qui peuvent devenir un résidu sur les supports de bord, les chariots et les surfaces internes des équipements de soudage à la vague utilisant ces composés. De plus, le composant eau de ces flux peut ne pas s'évaporer de manière adéquate avant de toucher le pot de soudure en fusion, ce qui peut entraîner des éclaboussures de la soudure chaude.

Soudage à la vague

L'ajout de flux à la surface inférieure de la PWB peut être réalisé soit par un fluxeur situé à l'intérieur de l'unité de soudage à la vague, soit par une unité autonome à l'entrée de l'unité de soudage à la vague. La figure 2 fournit une représentation schématique d'une unité de soudage à la vague standard avec le fluxeur situé à l'intérieur. L'une ou l'autre configuration est utilisée pour mousser ou pulvériser le flux sur le PWB.

Figure 2. Schéma de l'unité de soudure à la vague

MICO50F5

Préchauffage

Les porteurs de flux doivent être évaporés avant le brasage. Ceci est accompli en utilisant des préchauffeurs à haute température pour chasser les composants liquides. Deux types de base de préchauffeurs sont utilisés : radiant (hot rod) et volumétrique (air chaud). Les radiateurs radiants sont courants aux États-Unis et présentent le potentiel d'inflammation d'un excès de flux ou de solvant ou la décomposition d'une PWB si elle s'immobilise sous le préchauffeur. Une ventilation par aspiration locale est prévue sur le côté fluxeur/préchauffeur de l'unité de brasage à la vague pour capturer et évacuer les matériaux solvant/flux évaporés au cours de ces opérations.

Soudure

L'alliage de soudure (généralement 63 % d'étain pour 37 % de plomb) est contenu dans un grand réservoir appelé pot de soudure, et est chauffé électriquement pour maintenir la soudure à l'état fondu. Les réchauffeurs comprennent un puissant réchauffeur en vrac pour faire la fonte initiale et une source de chaleur régulée plus petite pour contrôler la température de manière thermostatique.

Une soudure réussie au niveau de la carte nécessite que la conception du pot de soudure et des systèmes de pompe de recirculation fournisse en permanence une « vague » constante de soudure fraîche. Lors du soudage, la soudure pure est contaminée par des composés plomb/étain oxydés, des impuretés métalliques et des produits de décomposition du flux. Cette scories se forme à la surface de la soudure fondue, et plus il y a de scories formées, plus il y a de tendance à la formation supplémentaire. Les scories sont nocives pour le processus de soudure et la vague de soudure. S'il se forme suffisamment dans le pot, il peut être aspiré dans la pompe de recirculation et provoquer une abrasion de la turbine. Les opérateurs de soudure à la vague sont tenus de décrasser la vague sur une base régulière. Ce processus implique que l'opérateur filtre les scories solidifiées de la soudure fondue et collecte les résidus pour récupération/recyclage. Le processus de décrassage implique que l'opérateur ouvre physiquement la porte d'accès arrière (généralement une configuration en aile de golfe) adjacente au pot de soudure et retire manuellement les scories chaudes. Au cours de ce processus, des émissions visibles sont libérées du pot qui sont très irritantes pour les yeux, le nez et la gorge de l'opérateur. L'opérateur est tenu de porter des gants thermiques, un tablier, des lunettes de sécurité et un écran facial et une protection respiratoire (pour les particules de plomb/étain, les gaz corrosifs (HCl) et l'aldéhyde aliphatique (formaldéhyde)). Une ventilation par aspiration locale est fournie depuis l'intérieur de l'unité de soudage à la vague, mais le pot de soudure est retiré mécaniquement de l'armoire principale pour permettre à l'opérateur d'accéder directement aux deux côtés du pot chaud. Une fois retiré, le conduit d'évacuation local qui est monté dans l'armoire devient inefficace pour évacuer les matériaux libérés. Les principaux risques pour la santé et la sécurité sont : les brûlures thermiques causées par la soudure chaude, l'exposition respiratoire aux matériaux mentionnés ci-dessus, les blessures au dos dues à la manipulation de gros lingots de soudure et de barils de scories et l'exposition aux résidus de soudure au plomb/étain/aux particules fines pendant les activités de maintenance.

Pendant le processus de soudage proprement dit, les portes d'accès sont fermées et l'intérieur de l'unité de soudage à la vague est sous une pression négative en raison de la ventilation par aspiration locale prévue sur les côtés du flux et du pot de soudure de la vague. Cette ventilation et les températures de fonctionnement du pot de soudure (généralement 302 à 316 °C, ce qui est juste au-dessus du point de fusion de la soudure), entraînent une formation minimale de vapeurs de plomb. La principale exposition aux particules de plomb/étain survient pendant les activités de décrassage et d'entretien de l'équipement, depuis l'agitation des scories dans le pot, le transfert vers le récipient de récupération et le nettoyage des résidus de soudure. De fines particules de plomb/étain se forment pendant l'opération de décrassage et peuvent être libérées dans la salle de travail et la zone de respiration de l'opérateur de soudure à la vague. Diverses stratégies de contrôle technique ont été conçues pour minimiser ces expositions potentielles aux particules de plomb, y compris l'incorporation d'une ventilation par aspiration locale au récipient de récupération (voir figure 3), l'utilisation d'aspirateurs HEPA pour le nettoyage des résidus et des conduits d'évacuation flexibles avec des bras articulés pour positionner ventilation au pot chaud pendant le décrassage. L'utilisation de balais ou de brosses pour balayer les résidus de soudure doit être interdite. Des pratiques rigoureuses d'entretien ménager et d'hygiène personnelle doivent également être exigées. Lors des opérations de maintenance des équipements de brasage à la vague (qui sont effectuées sur une base hebdomadaire, mensuelle, trimestrielle et annuelle), divers composants du pot chaud sont soit nettoyés à l'intérieur de l'équipement, soit retirés et nettoyés dans une hotte à évacuation locale. Ces opérations de nettoyage peuvent impliquer un grattage physique ou un nettoyage mécanique (à l'aide d'une perceuse électrique et d'une brosse métallique) de la pompe à souder et des chicanes. Des niveaux élevés de particules de plomb sont générés pendant le processus de nettoyage mécanique, et le processus doit être effectué dans une enceinte à évacuation locale.

Figure 3. Chariot à scories avec couvercle sous vide

MIC050F6

Inspection, retouche et test

Les fonctions d'inspection visuelle et de retouche sont effectuées après le soudage à la vague et impliquent l'utilisation de loupes/lampes de travail pour une inspection fine et la retouche des imperfections. La fonction de retouche peut impliquer l'utilisation d'un bâton de soudure fer à souder à main et soudure à noyau de colophane ou brossage sur une petite quantité de flux liquide et de soudure au fil de plomb / étain. Les fumées visuelles du brasage à la baguette impliquent des produits de décomposition du flux. De petites quantités de cordon de soudure plomb/étain qui n'adhèrent pas au joint de soudure peuvent présenter un problème d'entretien ménager et d'hygiène personnelle. Soit un ventilateur adjacent au poste de travail pour une ventilation par dilution générale loin de la zone respiratoire de l'opérateur, soit un système d'évacuation des fumées plus sophistiqué qui capte les produits de dégradation à la pointe du fer à souder ou à côté de l'opération doit être fourni. Les fumées sont ensuite acheminées vers un système d'échappement d'épurateur d'air qui intègre une filtration HEPA pour les particules et une adsorption de gaz de charbon actif pour les aldéhydes aliphatiques et les gaz d'acide chlorhydrique. L'efficacité de ces systèmes d'échappement de soudure dépend fortement des vitesses de capture, de la proximité du point de génération de fumée et de l'absence de courants d'air croisés sur la surface de travail. Le test électrique du circuit imprimé terminé nécessite un équipement et un logiciel de test spécialisés.

Retravailler et réparer

Sur la base des résultats des tests de carte, les cartes défectueuses sont évaluées pour des défaillances de composants spécifiques et remplacées. Ce remaniement des cartes peut impliquer une soudure à la baguette. Si des composants principaux du circuit imprimé, tels que le microprocesseur, doivent être remplacés, un retravailler le pot de soudure est utilisé pour immerger la partie de la carte contenant le composant ou le joint défectueux dans un petit pot de soudure, retirer le composant puis réinsérer un nouveau composant fonctionnel sur la carte. Si le composant est plus petit ou plus facile à enlever, un aspirateur d'air un système qui utilise de l'air chaud pour chauffer le joint de soudure et un vide pour enlever la soudure est employé. Le pot de soudure de reprise est logé dans une enceinte à évacuation locale qui fournit une vitesse d'évacuation suffisante pour capturer les produits de décomposition du flux formés lorsque la soudure liquide est brossée sur la carte et que le contact de soudure est établi. Ce pot forme également des scories et nécessite un équipement et des procédures de décrassage (à une échelle beaucoup plus petite). Le système d'aspiration d'air ne nécessite pas d'être logé dans une enceinte, mais la soudure plomb/étain retirée doit être traitée comme un déchet dangereux et récupérée/recyclée.

Opérations de soutien—nettoyage du pochoir

La première étape du processus d'assemblage du circuit imprimé impliquait l'utilisation d'un pochoir pour fournir le motif des emplacements de liaison pour la pâte à souder plomb/étain à racler. En règle générale, les ouvertures du pochoir commencent à se boucher et les résidus de pâte à souder plomb/étain doivent être éliminés à chaque quart de travail. Un pré-nettoyage est généralement effectué à la sérigraphie pour capturer la contamination grossière sur le carton, en essuyant la surface du carton avec un mélange d'alcool dilué et des lingettes jetables. Pour éliminer complètement les résidus restants, un processus de nettoyage humide est nécessaire. Dans un système similaire à un grand lave-vaisselle, de l'eau chaude (57°C) et une solution chimique d'amines aliphatiques diluées (monoéthanol amine) sont utilisées pour éliminer chimiquement la pâte à souder du pochoir. Des quantités importantes de soudure plomb/étain sont lavées de la carte et soit déposées dans la chambre de lavage, soit en solution dans l'effluent aqueux. Cet effluent nécessite une filtration ou une élimination chimique du plomb et un ajustement du pH pour les amines aliphatiques corrosives (à l'aide d'acide chlorhydrique). Les nouveaux nettoyeurs de pochoirs à système fermé utilisent la même solution de lavage jusqu'à ce qu'elle soit épuisée. La solution est transférée dans une unité de distillation et les volatils sont distillés jusqu'à la formation d'un résidu semi-liquide. Ce résidu est ensuite traité comme un déchet dangereux contaminé par du plomb/étain.

Processus d'assemblage d'ordinateur

Une fois le PCB final assemblé, il est transféré à l'opération d'assemblage des systèmes pour être incorporé dans le produit informatique final. Cette opération est généralement très laborieuse, les composants à assembler étant fournis aux postes de travail individuels sur des chariots de mise en scène le long de la chaîne de montage mécanisée. Les principaux risques pour la santé et la sécurité concernent le déplacement et la mise en place des matériaux (chariots élévateurs, levage manuel), les implications ergonomiques du processus d'assemblage (amplitude de mouvement, force d'insertion nécessaire pour «fixer» les composants, installation des vis et des connecteurs) et l'emballage final , emballage rétractable et expédition. Un processus d'assemblage d'ordinateur typique implique :

  • préparation châssis/caisse
  • Insertion de PCB (carte mère et fille)
  • insertion du composant principal (lecteur de disquette, disque dur, alimentation, lecteur de CD-ROM)
  • assemblage d'affichage (portables uniquement)
  • insertion de la souris et du clavier (portables uniquement)
  • câblage, connecteurs et haut-parleurs
  • assemblage du capot supérieur
  • téléchargement de logiciels
  • tester
  • retravailler
  • chargement de la batterie (portables uniquement) et emballage
  • emballage rétractable et expédition.

 

Les seuls produits chimiques qui peuvent être utilisés dans le processus d'assemblage impliquent le nettoyage final du boîtier ou du moniteur de l'ordinateur. En règle générale, une solution diluée d'alcool isopropylique et d'eau ou un mélange commercial de nettoyants (par exemple, Simple Green - une solution diluée de butyl cellosolve et d'eau) est utilisé.

 

Noir

En tant qu'industrie émergente, la fabrication de semi-conducteurs a souvent été considérée comme la quintessence du lieu de travail de haute technologie. En raison des exigences de fabrication strictes associées à la production de plusieurs couches de circuits électroniques micrométriques sur des tranches de silicium, l'environnement de salle blanche est devenu synonyme de lieu de travail pour cette industrie. Étant donné que certains des gaz hydrures utilisés dans la fabrication de semi-conducteurs (par exemple, l'arsine, la phosphine) ont été reconnus très tôt comme des produits chimiques hautement toxiques, la technologie de contrôle de l'exposition par inhalation a toujours été un élément important de la fabrication des plaquettes. Les travailleurs des semi-conducteurs sont en outre isolés du processus de production en portant des vêtements spéciaux couvrant tout le corps (par exemple, des blouses), des couvre-cheveux, des couvre-chaussures et, souvent, des masques faciaux (ou même des appareils respiratoires à adduction d'air). D'un point de vue pratique, les préoccupations des employeurs concernant la pureté des produits ont également entraîné la protection des travailleurs contre l'exposition.

En plus des vêtements de protection individuelle, des systèmes hautement sophistiqués de ventilation et de surveillance chimique/gazeuse de l'air sont utilisés dans l'ensemble de l'industrie des semi-conducteurs pour détecter les fuites de vapeurs de solvants chimiques toxiques, d'acides et de gaz hydrure à des parties par million (ppm) ou moins. Bien que, d'un point de vue historique, l'industrie ait connu de fréquentes évacuations de travailleurs des salles de fabrication de plaquettes, basées sur des fuites réelles ou suspectées de gaz ou de solvants, de tels épisodes d'évacuation sont devenus rares en raison des leçons apprises dans la conception des systèmes de ventilation, des gaz toxiques /manipulation de produits chimiques et systèmes de contrôle de l'air de plus en plus sophistiqués avec échantillonnage continu de l'air. Cependant, la valeur monétaire croissante des tranches de silicium individuelles (ainsi que l'augmentation du diamètre des tranches), qui peuvent contenir des dizaines de microprocesseurs ou de dispositifs de mémoire individuels, peut exercer un stress mental sur les travailleurs qui doivent manipuler manuellement les conteneurs de ces tranches pendant les processus de fabrication. La preuve d'un tel stress a été obtenue lors d'une étude sur les travailleurs des semi-conducteurs (Hammond et al. 1995 ; Hines et al. 1995 ; McCurdy et al. 1995).

L'industrie des semi-conducteurs a fait ses débuts aux États-Unis, qui comptent le plus grand nombre de travailleurs de l'industrie des semi-conducteurs (environ 225,000 1994 en XNUMX) de tous les pays. (BLS 1995). Cependant, il est difficile d'obtenir des estimations internationales valides de l'emploi pour cette industrie en raison de l'inclusion des travailleurs des semi-conducteurs avec les travailleurs de la « fabrication d'équipements électriques/électroniques » dans les statistiques de la plupart des pays. En raison des contrôles techniques très stricts requis pour la fabrication de dispositifs à semi-conducteurs, il est très probable que les lieux de travail des semi-conducteurs (c'est-à-dire les salles blanches) sont comparables, à bien des égards, à travers le monde. Cette compréhension, associée aux exigences du gouvernement américain en matière d'enregistrement de toutes les blessures et maladies professionnelles importantes chez les travailleurs américains, fait de l'expérience des accidents du travail et des maladies professionnelles des travailleurs américains des semi-conducteurs une question très pertinente à l'échelle nationale et internationale. En termes simples, à l'heure actuelle, il existe peu de sources internationales d'informations et de données pertinentes concernant l'expérience en matière de sécurité et de santé des travailleurs des semi-conducteurs, autres que celles de l'enquête annuelle sur les blessures et les maladies professionnelles du Bureau of Labor Statistics (BLS) des États-Unis.

Aux États-Unis, qui recueillent des données sur les accidents du travail et les maladies professionnelles dans toutes les industries depuis 1972, la fréquence des accidents du travail et des maladies professionnelles chez les travailleurs des semi-conducteurs est parmi les plus faibles de toutes les industries manufacturières. Cependant, des inquiétudes ont été exprimées quant au fait que des effets plus subtils sur la santé pourraient être présents chez les travailleurs des semi-conducteurs (LaDou 1986), bien que de tels effets n'aient pas été documentés.

Plusieurs symposiums ont été organisés sur l'évaluation des technologies de contrôle dans l'industrie des semi-conducteurs, plusieurs des communications du symposium traitant de problèmes d'environnement et de sécurité et de santé des travailleurs (ACGIH 1989, 1993).

Une quantité limitée de données sur les accidents du travail et les maladies professionnelles pour la communauté internationale de fabrication de semi-conducteurs a été dérivée d'une enquête spéciale réalisée en 1995, impliquant des cas signalés pour les années 1993 et ​​1994. Ces données d'enquête sont résumées ci-dessous.

Blessures et maladies professionnelles chez les travailleurs des semi-conducteurs

En ce qui concerne les données statistiques internationales associées aux accidents du travail et aux maladies professionnelles chez les travailleurs des semi-conducteurs, les seules données comparables semblent être celles dérivées d'une enquête sur les opérations multinationales de fabrication de semi-conducteurs réalisée en 1995 (Lassiter 1996). Les données recueillies dans cette enquête concernaient les opérations internationales des fabricants de semi-conducteurs basés aux États-Unis pour les années 1993-94. Certaines des données de l'enquête comprenaient des opérations autres que la fabrication de semi-conducteurs (par exemple, la fabrication d'ordinateurs et de disques durs), même si toutes les entreprises participantes étaient impliquées dans l'industrie électronique. Les résultats de cette enquête sont présentés dans les figures 1 et 2, qui incluent des données de la région Asie-Pacifique, de l'Europe, de l'Amérique latine et des États-Unis. Chaque cas concernait une blessure ou une maladie liée au travail qui nécessitait un traitement médical ou une perte ou une restriction de travail. Tous les taux d'incidence dans les figures ont été calculés en nombre de cas (ou jours de travail perdus) pour 200,000 200,000 heures de travail par an. Si le nombre total d'heures-travailleurs n'était pas disponible, des estimations annuelles moyennes de l'emploi ont été utilisées. Le dénominateur de 100 2,000 heures de travail est égal à XNUMX équivalents temps plein par an (en supposant XNUMX XNUMX heures de travail par travailleur et par an).

Figure 1. Répartition des taux d'incidence des accidents du travail et des maladies professionnelles par secteur dans le monde, 1993 et ​​1994.

MIC060F6

Figure 2. Répartition des taux d'incidence des accidents et maladies avec arrêt du travail par secteur mondial 1993 et ​​1994

MIC060F7

La figure 1 illustre les taux d'incidence des accidents du travail et des maladies professionnelles pour les différentes régions du monde dans l'enquête de 1993-94. Les taux des pays individuels n'ont pas été inclus pour assurer la confidentialité des entreprises participantes qui étaient les seules sources de données pour certains pays. Ainsi, pour certains pays de l'enquête, les données n'ont été communiquées que pour un seul établissement. Dans plusieurs cas, les entreprises ont combiné toutes les données internationales en une seule statistique. Ces dernières données sont répertoriées dans la figure 1 et la figure 2 en tant que « combinées ».

L'incidence annuelle des accidents du travail et des maladies professionnelles parmi tous les travailleurs de l'enquête internationale était de 3.3 cas pour 100 employés (200,000 1993 heures-travailleurs) en 2.7 et ​​de 1994 en 12,615. Il y a eu 1993 12,368 cas signalés pour 1994 et ​​12,130 1993 pour 387,000. La grande majorité des les cas (1993 458,000 en 1994) provenaient d'entreprises américaines. Ces cas concernaient environ XNUMX XNUMX travailleurs en XNUMX et ​​XNUMX XNUMX en XNUMX.

La figure 2 présente les taux d'incidence des cas de journées de travail perdues impliquant des jours d'absence du travail. Les taux d'incidence de 1993 et ​​1994 étaient basés sur environ 4,000 2 cas de journées de travail perdues pour chacune des 15.4 années de l'enquête internationale. La fourchette internationale/régionale des taux d'incidence pour cette statistique était la plus étroite de celles mesurées. L'incidence des cas de journées de travail perdues peut représenter les statistiques internationales les plus comparables en ce qui concerne l'expérience en matière de sécurité et de santé des travailleurs. Le taux d'incidence des jours de travail perdus (jours d'absence du travail) était d'environ 100 jours d'absence du travail pour 2 travailleurs pour chacune des XNUMX années.

Les seules données détaillées connues concernant les caractéristiques des cas de blessures et de maladies des travailleurs des semi-conducteurs sont celles compilées chaque année aux États-Unis par le BLS, impliquant des cas avec des jours de travail perdus. Les cas discutés ici ont été identifiés par le BLS dans son enquête annuelle pour l'année 1993. Les données obtenues à partir de ces cas apparaissent dans la figure 3, la figure 4, la figure 5 et la figure 6. Chaque figure compare l'expérience des cas de jours de travail perdus pour le secteur privé, toute la fabrication et la fabrication de semi-conducteurs.

Figure 3. Incidence comparative des cas de jours de travail perdus1 par type d'événement ou d'exposition, 1993

MIC060F2

Figure 4. Incidence comparative des cas de journées de travail perdues1 par source de blessure ou de maladie, 1993.

MIC060F3

Figure 5. Incidence comparative des cas de journées de travail perdues1 selon la nature de la blessure ou de la maladie, 1993.

MIC060F4

Figure 6. Incidence comparative des cas d'arrêt de travail par partie du corps touchée, 1993

MIC060F5

La figure 3 compare l'expérience des cas de journées de travail perdues des travailleurs américains des semi-conducteurs en 1993 avec le secteur privé et avec l'ensemble de la fabrication en ce qui concerne le type d'événement ou d'exposition. Les taux d'incidence pour la plupart des catégories de cette figure étaient bien moindres pour les travailleurs de l'industrie des semi-conducteurs que pour le secteur privé ou l'ensemble de la fabrication. Les cas impliquant des efforts excessifs chez les travailleurs des semi-conducteurs représentaient moins de la moitié du taux pour tous les travailleurs du secteur manufacturier. La catégorie d'exposition nocive (principalement associée à des expositions à des substances chimiques) était équivalente dans les trois groupes.

Les distributions comparatives des cas de journées de travail perdues selon la source de la blessure ou de la maladie sont présentées à la figure 4. Les taux d'incidence des cas de journées de travail perdues pour les travailleurs des semi-conducteurs étaient inférieurs à ceux du secteur privé et de l'ensemble de la fabrication dans toutes les catégories de sources, à l'exception des cas associés à des expositions à des produits chimiques. substances.

La figure 5 compare les taux d'incidence des jours de travail perdus associés à la nature de la blessure ou de la maladie parmi les trois groupes. Les taux pour les travailleurs des semi-conducteurs représentaient moins de la moitié des taux du secteur privé et de l'ensemble de la fabrication en 1993. L'incidence des brûlures chimiques était légèrement plus élevée pour les travailleurs des semi-conducteurs, mais était très faible pour les trois groupes de comparaison. L'incidence du syndrome du canal carpien (CTS) chez les travailleurs américains des semi-conducteurs était inférieure de moitié à celle de l'ensemble de l'industrie manufacturière.

Dans la figure 6, la répartition et l'incidence des cas impliquant des jours d'arrêt de travail sont illustrées selon la partie du corps concernée. Bien que l'incidence des cas impliquant des systèmes corporels était faible pour tous les groupes de comparaison, le taux pour les travailleurs des semi-conducteurs était légèrement élevé. Toutes les autres parties du corps touchées étaient beaucoup plus faibles pour les travailleurs des semi-conducteurs que pour les deux autres groupes de comparaison.

Études épidémiologiques sur les travailleurs des semi-conducteurs

L'inquiétude concernant d'éventuelles conséquences sur la santé reproductive associées à l'emploi dans le semi-conducteur est apparue en 1983 lorsqu'une employée de l'usine de semi-conducteurs de Digital Equipment Corporation à Hudson, Massachusetts , a indiqué qu'elle pensait qu'un excès de fausses couches s'était produit parmi les employés des salles blanches de l'installation. Cette allégation, associée à une absence de données internes à l'établissement, a conduit à une étude épidémiologique par l'École de santé publique de l'Université du Massachusetts à Amherst (UMass). L'étude a débuté en mai 1984 et s'est achevée en 1985 (Pastides et al. 1988).

Un risque élevé de fausse couche a été observé à la fois dans la zone photolithographique et dans la zone de diffusion par rapport aux travailleurs non exposés dans d'autres zones de l'établissement. Un risque relatif de 1.75 a été considéré comme non statistiquement significatif (p <0.05), bien qu'un risque relatif de 2.18 observé chez les travailleurs dans les zones de diffusion soit significatif. La publication de l'étude UMass a conduit à s'inquiéter dans l'ensemble de l'industrie des semi-conducteurs qu'une étude plus large était justifiée pour valider les résultats observés et pour déterminer leur étendue et leur causalité possible.

La Semiconductor Industry Association (SIA) des États-Unis a parrainé une étude plus vaste réalisée par l'Université de Californie à Davis (UC Davis) à partir de 1989. L'étude UC Davis a été conçue pour tester l'hypothèse selon laquelle la fabrication de semi-conducteurs était associée à un risque accru de fausse couche pour les employées de fabrication de plaquettes. La population de l'étude a été sélectionnée parmi 14 entreprises représentant 42 sites de production dans 17 États. Le plus grand nombre de sites (représentant près de la moitié des employés de l'étude) se trouvait en Californie.

L'étude UC Davis comportait trois volets différents : un volet transversal (McCurdy et al. 1995 ; Pocekay et al. 1995) ; une composante de cohorte historique (Schenker et al. 1995) ; et une composante prospective (Eskenazi et al. 1995). Au centre de chacune de ces études se trouvait une évaluation de l'exposition (Hines et al. 1995; Hammond et al. 1995). La composante d'évaluation de l'exposition a assigné les employés à un groupe d'exposition relative (c.-à-d. exposition élevée, faible exposition, etc.).

Dans la composante historique de l'étude, il a été déterminé que le risque relatif des travailleurs de la fabrication, par rapport aux travailleurs de la non-fabrication, était de 1.45 (c'est-à-dire un excès de risque de fausse couche de 45 %). Le groupe à risque le plus élevé identifié dans la composante historique de l'étude était les femmes qui travaillaient dans les opérations de photolithographie ou de gravure. Les femmes effectuant des opérations de gravure avaient un risque relatif de 2.15 (RR = 2.15). De plus, une relation dose-réponse a été observée chez les femmes qui travaillaient avec n'importe quel photorésist ou révélateur en ce qui concerne le risque accru de fausse couche. Ces données appuient une association dose-réponse pour les éthers d'éthylène glycol (EGE), mais pas pour les éthers de propylène glycol (PGE).

Bien qu'un risque accru de fausse couche ait été observé chez les ouvrières de fabrication de plaquettes dans le volet prospectif de l'étude UC Davis, les résultats n'étaient pas statistiquement significatifs (p inférieur à 0.05). Un petit nombre de grossesses a considérablement réduit la puissance de la composante prospective de l'étude. L'analyse par exposition à l'agent chimique a indiqué un risque accru pour les femmes qui travaillaient avec de l'éther monoéthylique d'éthylène glycol, mais était basée sur seulement 3 grossesses. Une conclusion importante était le soutien général, et non la contradiction, des conclusions de la composante historique.

La composante transversale de l'étude a noté une augmentation des symptômes des voies respiratoires supérieures principalement dans les groupes de travailleurs des fours à diffusion et des couches minces. Une découverte intéressante était les effets protecteurs apparents de divers contrôles techniques liés à l'ergonomie (par exemple, les repose-pieds et l'utilisation d'une chaise réglable pour réduire les blessures au dos).

Les mesures de l'air effectuées dans les usines de fabrication de plaquettes ont révélé que la plupart des expositions aux solvants étaient inférieures à 1 % des limites d'exposition admissibles (PEL) établies par le gouvernement américain.

Une étude épidémiologique distincte (Correa et al. 1996) a été réalisée par l'Université Johns Hopkins (JHU), impliquant un groupe d'employés de semi-conducteurs d'IBM Corporation en 1989. Le taux global de fausses couches observé dans l'étude JHU impliquant des travailleuses en salle blanche était de 16.6 %. Le risque relatif de fausse couche chez les travailleuses des salles blanches les plus exposées aux éthers d'éthylène glycol était de 2.8 (IC à 95 % = 1.4-5.6).

Discussion des études épidémiologiques sur la reproduction impliquant des travailleurs des semi-conducteurs

Les études épidémiologiques ont été remarquables par la portée et la similarité des résultats. Ces études ont toutes produit des résultats similaires. Chaque étude a documenté un excès de risque d'avortement spontané (fausse couche) pour les ouvrières de fabrication de plaquettes de semi-conducteurs. Deux des études (JHU et UC Davis) peuvent indiquer une association causale avec des expositions à des éthers de glycol à base d'éthylène. L'étude UMass a révélé que le groupe photo (ceux exposés à l'éther de glycol) avait moins de risque que le groupe de diffusion, qui n'avait aucune exposition documentée à l'éther de glycol. Bien que ces études indiquent un risque accru d'avortements spontanés chez les travailleurs de la fabrication de plaquettes, la cause d'un tel excès de risque n'est pas claire. L'étude JHU n'a pas réussi à documenter un rôle significatif pour les éthers de glycol, et l'étude UC Davis n'a lié que marginalement les éthers de glycol (par la modélisation des expositions et des pratiques de travail autodéclarées) aux effets sur la reproduction. Peu ou pas de surveillance a été effectuée dans l'une ou l'autre des études pour déterminer les expositions aux éthers de glycol. Après l'achèvement de ces études, l'industrie des semi-conducteurs a commencé à passer des éthers de glycol de la série éthylène à des substituts tels que le lactate d'éthyle et les éthers de glycol de la série propylène.

Conclusion

Sur la base des meilleures données disponibles concernant l'incidence annuelle des blessures et des maladies liées au travail, les travailleurs des semi-conducteurs sont moins exposés que les travailleurs des autres secteurs manufacturiers ou de l'ensemble du secteur privé (y compris de nombreuses industries non manufacturières). Sur une base internationale, il semble que les données statistiques sur les accidents du travail et les maladies professionnelles associées aux cas de journées de travail perdues peuvent être un indicateur assez fiable de l'expérience mondiale en matière de sécurité et de santé des travailleurs des semi-conducteurs. L'industrie a parrainé plusieurs études épidémiologiques indépendantes dans le but de trouver des réponses aux questions sur les conséquences sur la santé reproductive liées à l'emploi dans l'industrie. Bien qu'une association définitive entre les fausses couches observées et les expositions aux éthers de glycol à base d'éthylène n'ait pas été établie, l'industrie a commencé à utiliser des solvants photorésistants alternatifs.

 

Noir

Vue d'ensemble de l'industrie

L'industrie électronique, comparée à d'autres industries, a été considérée comme « propre » en termes d'impact environnemental. Néanmoins, les produits chimiques utilisés dans la fabrication des pièces et composants électroniques, ainsi que les déchets générés, créent des problèmes environnementaux importants qui doivent être résolus à l'échelle mondiale en raison de la taille de l'industrie électronique. Les déchets et sous-produits dérivés de la fabrication de cartes de circuits imprimés (PWB), de cartes de circuits imprimés (PCB) et de semi-conducteurs sont des domaines d'intérêt que l'industrie électronique a vigoureusement poursuivis en termes de prévention de la pollution, de technologie de traitement et de techniques de recyclage/récupération .

Dans une large mesure, l'incitation à contrôler l'empreinte environnementale des processus électroniques a migré d'une impulsion environnementale vers un domaine financier. En raison des coûts et des responsabilités associés aux déchets et émissions dangereux, l'industrie électronique a mis en œuvre et développé de manière agressive des contrôles environnementaux qui ont considérablement réduit l'impact de ses sous-produits et déchets. En outre, l'industrie de l'électronique a adopté une approche proactive pour intégrer des objectifs, des outils et des techniques environnementaux dans ses entreprises soucieuses de l'environnement. Des exemples de cette approche proactive sont l'élimination des CFC et des composés perfluorés et le développement d'alternatives « respectueuses de l'environnement », ainsi que l'approche émergente de « conception pour l'environnement » du développement de produits.

La fabrication de PWB, de PCB et de semi-conducteurs nécessite l'utilisation d'une variété de produits chimiques, de techniques de fabrication spécialisées et d'équipements. En raison des dangers associés à ces procédés de fabrication, la bonne gestion des sous-produits chimiques, des déchets et des émissions est essentielle pour assurer la sécurité des employés de l'industrie et la protection de l'environnement dans les communautés dans lesquelles ils résident.

Les tableaux 1, 2 et 3 présentent un aperçu des principaux sous-produits et déchets générés lors de la fabrication des PWB, des PCB et des semi-conducteurs. En outre, les tableaux présentent les principaux types d'impact environnemental et les moyens généralement acceptés d'atténuation et de contrôle du flux de déchets. Principalement, les déchets générés affectent les eaux usées industrielles ou l'air, ou deviennent des déchets solides.

Tableau 1. Production et contrôle des déchets PWB

Étapes du processus

Hasardeux
déchets/matériaux

Environnement
impact

Contrôles1

Matières
préparation

Aucun

Aucun

Aucun

Empiler et épingler

Métaux lourds/précieux
Époxy/fibre de verre

Déchets solides2
Déchets solides2

Recycler/récupérer
Recycler/récupérer

Forage HORIZONTAUX

Métaux lourds/précieux
Époxy/fibre de verre

Déchets solides2
Déchets solides2

Recycler/récupérer
Recycler/récupérer

Ébavurer

Métaux lourds/précieux
Époxy/fibre de verre

Déchets solides2
Déchets solides2

Recycler/récupérer
Recycler/récupérer

Autocatalytique
placage de cuivre

Métaux

Corrosifs/caustiques

Fluorides

Les eaux usées

Eaux usées/air

Les eaux usées

Précipitation chimique

Neutralisation du pH/épuration de l'air
(absorption)
Neutralisation chimique

Imagerie

solvants

Corrosifs
solvants

Transport Aérien

Transport Aérien
Déchets solides2

Adsorption, condensation ou
incinération
Épuration de l'air (absorption)
Recycler/récupérer/incinérer

Motif placage

Corrosifs

Métaux
Fluorides

Eaux usées/air

Les eaux usées
Les eaux usées

Neutralisation du pH/épuration de l'air
(absorption)
Précipitation chimique
Précipitation chimique

Dénuder, graver, décaper

Ammoniac
Métaux
solvants

Transport Aérien
Les eaux usées
Déchets solides2

Épuration de l'air (adsorption)
Précipitation chimique
Recycler/récupérer/incinérer

Masque de soudure

Corrosifs
solvants

Solvants/encres époxy

Transport Aérien
Transport Aérien

Déchets solides2

Épuration de l'air (adsorption)
Adsorption, condensation ou
incinération
Recycler/récupérer/incinérer

Revêtement de soudure

solvants

Corrosifs
Soudure plomb/étain, flux

Transport Aérien

Transport Aérien
Déchets solides2

Adsorption, condensation ou
incinération
Épuration de l'air (adsorption)
Recycler/récupérer

Plaqué or

Corrosifs
Corrosifs
Métaux
Métaux

Transport Aérien
Les eaux usées
Les eaux usées
Déchets solides2

Épuration de l'air (adsorption)
Neutralisation du pH
Précipitation chimique
Recycler/récupérer

Composant
légende

solvants

Solvants/encres

Transport Aérien

Déchets solides2

Condensation par adsorption ou
incinération
Recycler/récupérer/incinérer

1. L'utilisation des contrôles d'atténuation dépend des limites de rejet à l'emplacement spécifique.

2. Un déchet solide est tout matériau mis au rebut, quel que soit son état.

Tableau 2. Production de déchets contenant des PCB et contrôles

Étapes du processus

Hasardeux
déchets/matériaux

Environnement
impact

Contrôles

Nettoyage

Métaux (plomb)

Les eaux usées

Neutralisation du pH, chimique
précipitations, recycler le plomb

Pâte à braser

Pâte à souder (plomb/étain)

Déchets solides

Recycler/récupérer

Adhésif
application

Colles époxy

Déchets solides

Incinération

Composant
insertion

   

Rubans, bobines et tubes en plastique
sont recyclés/réutilisés

Durcissement de l'adhésif et
soudure par refusion

     

Fluxage

Solvant (flux IPA)

Déchets solides

Protéger la planète

Soudage à la vague

Métal (crasses de soudure)

Déchets solides

Recycler/récupérer

Inspection et
retouche

Métal
(coupures de fils conducteurs)

Déchets solides

Recycler/récupérer

Essais

Mis au rebut peuplé
conseils

Déchets solides

Recycler/récupérer
(planches fondues pour de précieux
récupération de métaux)

Retravailler et
réparation

Métal (crasses de soudure)

Déchets solides

Recycler/récupérer

Assistance
opérations—pochoir
lavage

Métal
(plomb/étain/pâte à souder)

Déchets solides

Recyclage/incinération

 

Tableau 3. Production de déchets de fabrication de semi-conducteurs et contrôles

Étapes du processus

Hasardeux
déchets/matériaux

Environnement
impact

Contrôles

Lithographie/gravure

solvants
Métaux
Corrosifs/Caustiques
Corrosifs
acide sulfurique
Fluorides

Déchets solides
Les eaux usées
Les eaux usées
Transport Aérien
Déchets solides
Les eaux usées

Recycler/récupérer/incinérer
Précipitation chimique
Neutralisation du pH
Épuration de l'air (absorption)
Recycler/retraiter
Précipitation chimique

Oxydation

solvants
Corrosifs

Déchets solides
Les eaux usées

Recycler/récupérer/incinérer
Neutralisation du pH

dopage

Gaz toxique (arsine,
phosphine, diborane,
trifluorure de bore,
trichlorure de bore, etc.)
Métaux (arsenic,
phosphore, bore)

Transport Aérien



Déchets solides

Substitution liquide
sources/incinération
(postcombustion)

Recycler/récupérer

Dépôt chimique en phase vapeur

Métaux

Corrosifs

Déchets solides

Les eaux usées

Incinération

Neutralisation du pH

Métallisation

solvants
Métaux

Déchets solides
Déchets solides

Incinération
Recycler/récupérer

Assemblage et test

solvants
Métaux

Déchets solides
Déchets solides

Recycler/récupérer/incinérer
Recycler/récupérer

Nettoyage

Corrosifs
Fluorides

Les eaux usées
Les eaux usées

Neutralisation du pH
Précipitation chimique

 

Les moyens suivants sont généralement acceptés pour atténuer les émissions dans les industries des circuits imprimés, des circuits imprimés et des semi-conducteurs. Les contrôles de choix varieront en fonction des capacités d'ingénierie, des exigences des organismes de réglementation et des constituants/concentrations spécifiques du flux de déchets.

Contrôle des eaux usées

Précipitation chimique

La précipitation chimique est généralement utilisée pour éliminer les métaux particulaires ou solubles des effluents d'eaux usées. Étant donné que les métaux ne se dégradent pas naturellement et sont toxiques à faible concentration, leur élimination des eaux usées industrielles est essentielle. Les métaux peuvent être éliminés des eaux usées par des moyens chimiques car ils ne sont pas très solubles dans l'eau ; leurs solubilités dépendent du pH, de la concentration en métal, du type de métal et de la présence d'autres ions. En règle générale, le flux de déchets nécessite un ajustement du pH au niveau approprié pour précipiter le métal. L'ajout de produits chimiques aux eaux usées dans le but de modifier l'état physique des solides dissous et en suspension est nécessaire. Les agents de précipitation à base de chaux, de soude caustique et de sulfure sont couramment utilisés. Les agents précipitants facilitent l'élimination des métaux dissous et en suspension par coagulation, sédimentation ou piégeage dans un précipité.

Une conséquence de la précipitation chimique des eaux usées est l'accumulation de boues. Ainsi, des procédés de déshydratation ont été développés pour réduire le poids des boues au moyen de centrifugeuses, de filtres-presses, de filtres ou de lits de séchage. Les boues déshydratées qui en résultent peuvent ensuite être envoyées à l'incinération ou à la décharge.

Neutralisation du pH

Le pH (concentration en ions hydrogène ou acidité) est un paramètre de qualité important dans les eaux usées industrielles. En raison des effets néfastes des pH extrêmes dans les eaux naturelles et sur les opérations de traitement des eaux usées, le pH des eaux usées industrielles doit être ajusté avant le rejet de l'usine de fabrication. Le traitement s'effectue dans une série de réservoirs dont la concentration en ions hydrogène de l'effluent des eaux usées est surveillée. En règle générale, l'acide chlorhydrique ou sulfurique est utilisé comme corrosif neutralisant et l'hydroxyde de sodium est utilisé comme caustique neutralisant. L'agent neutralisant est dosé dans l'effluent des eaux usées pour ajuster le pH du rejet au niveau souhaité.

L'ajustement du pH est souvent nécessaire avant l'application d'autres procédés de traitement des eaux usées. Ces procédés comprennent la précipitation chimique, l'oxydation/réduction, la sorption sur charbon actif, l'extraction et l'échange d'ions.

Contrôle des déchets solides

Les matériaux sont des déchets solides s'ils sont abandonnés ou jetés en étant éliminés ; brûlé ou incinéré; ou accumulés, stockés ou traités avant ou au lieu d'être abandonnés (US Code of Federal Regulation 40, Section 261.2). Les déchets dangereux présentent généralement une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : inflammabilité, corrosivité, réactivité, toxicité. En fonction des caractéristiques des matières/déchets dangereux, divers moyens sont utilisés pour contrôler la substance. L'incinération est une alternative de traitement courante pour les déchets de solvants et de métaux générés lors de la fabrication des PWB, des PCB et des semi-conducteurs.

Incinération

L'incinération (post-combustion) ou la destruction thermique est devenue une option populaire dans le traitement des déchets inflammables et toxiques. Dans de nombreux cas, les déchets inflammables (solvants) sont utilisés comme source de combustible (mélange de combustible) pour les incinérateurs thermiques et catalytiques. Une incinération appropriée des solvants et des déchets toxiques fournit une oxydation complète du combustible et convertit les matériaux combustibles en dioxyde de carbone, en eau et en cendres, ne laissant ainsi aucune responsabilité associée aux déchets dangereux résiduels. Les types courants d'incinération sont les incinérateurs thermiques et catalytiques. Le choix du type de méthode d'incinération dépend de la température de combustion, des caractéristiques du combustible et du temps de séjour. Les incinérateurs thermiques fonctionnent à des températures élevées et sont largement utilisés avec des composés halogénés. Les types d'incinérateurs thermiques comprennent les incinérateurs à four rotatif, à injection de liquide, à foyer fixe, à lit fluidisé et autres incinérateurs de conception avancée.

Les incinérateurs catalytiques oxydent les matériaux combustibles (par exemple, les COV) en injectant un flux de gaz chauffé à travers un lit de catalyseur. Le lit de catalyseur maximise la surface, et en injectant un flux de gaz chauffé dans le lit de catalyseur, la combustion peut se produire à une température inférieure à celle de l'incinération thermique.

Émissions atmosphériques

L'incinération est également utilisée pour contrôler les émissions atmosphériques. L'absorption et l'adsorption sont également utilisées.

Absorption

L'absorption d'air est généralement utilisée dans l'épuration des émissions atmosphériques corrosives, en faisant passer le contaminant et en le dissolvant dans un liquide non volatil (par exemple, de l'eau). L'effluent du processus d'absorption est généralement rejeté dans un système de traitement des eaux usées, où il subit un ajustement du pH.

Adsorption

L'adsorption est l'adhérence (au moyen de forces physiques ou chimiques) d'une molécule de gaz à la surface d'une autre substance, appelée adsorbant. Généralement, l'adsorption est utilisée pour extraire les solvants d'une source d'émissions atmosphériques. Le charbon actif, l'alumine activée ou le gel de silice sont des adsorbants couramment utilisés.

Recyclage

Les matériaux recyclables sont utilisés, réutilisés ou récupérés comme ingrédients dans un processus industriel pour fabriquer un produit. Le recyclage des matériaux et des déchets fournit des moyens environnementaux et économiques de traiter efficacement des types spécifiques de flux de déchets, tels que les métaux et les solvants. Les matériaux et les déchets peuvent être recyclés en interne, ou les marchés secondaires peuvent accepter des matériaux recyclables. Le choix du recyclage comme alternative aux déchets doit être évalué en fonction de considérations financières, du cadre réglementaire et de la technologie disponible pour recycler les matériaux.

Orientation future

Alors que la demande de prévention de la pollution augmente et que l'industrie cherche des moyens rentables de lutter contre l'utilisation et les déchets chimiques, l'industrie électronique doit évaluer de nouvelles techniques et technologies pour améliorer les méthodes de manipulation des matières dangereuses et de génération de déchets. L'approche en bout de chaîne a été remplacée par des techniques de conception pour l'environnement, où les questions environnementales sont abordées tout au long du cycle de vie d'un produit, y compris : la conservation des matériaux ; opérations de fabrication efficaces ; l'utilisation de matériaux plus respectueux de l'environnement ; recyclage, régénération et valorisation des déchets; et une foule d'autres techniques qui assureront un impact environnemental moindre pour l'industrie de la fabrication électronique. Un exemple est la grande quantité d'eau qui est utilisée dans les nombreuses étapes de rinçage et autres étapes de traitement dans l'industrie de la microélectronique. Dans les zones pauvres en eau, cela oblige l'industrie à trouver des alternatives. Cependant, il est essentiel de s'assurer que l'alternative (par exemple, les solvants) ne crée pas de problèmes environnementaux supplémentaires.

À titre d'exemple des orientations futures du processus PWB et PCB, le tableau 4 présente diverses alternatives pour créer des pratiques plus respectueuses de l'environnement et prévenir la pollution. Les besoins et les approches prioritaires ont été identifiés.

Tableau 4. Matrice des besoins prioritaires

Besoin prioritaire (diminution
ordre de priorité)

approche

Tâches sélectionnées

Utilisation plus efficace,
régénération et recyclage de
produits chimiques humides dangereux

Prolonger la durée de vie de l'électrolytique et
bains de placage autocatalytique.
Développer des chimies et
procédés permettant le recyclage
ou régénération interne.
Éliminer le formaldéhyde de
matériaux et chimies.
Promouvoir le recyclage sur place et
récupération/régénération.

Recherche pour prolonger les bains.
Recherche en ligne
épuration/régénération.
Alternative de recherche
chimies.
Modifier les réglementations gouvernementales
pour favoriser le recyclage.
Éduquer la ligne de production sur
problèmes d'entraînement/d'entraînement.

Réduire les déchets solides générés
par la ferraille PWBs, fils et
composants dans les déchets
ruisseau.

Développer et promouvoir
recyclage des déchets de circuits imprimés,
fils et composants.
Développer de nouveaux processus de contrôle
et des outils performants.
Améliorer la soudabilité de
PWB.

Développer les infrastructures pour
manipuler des matériaux recyclés.
Établir amélioré
contrôle et évaluation des processus
outils utilisables par les petits et
moyennes entreprises.
Livrer toujours propre,
planches soudables.

Établir un meilleur fournisseur
relations pour améliorer la
développement et acceptation
du respect de l'environnement
matériaux.

Promouvoir le fournisseur,
fabricant, client
partenariats pour mettre en œuvre
matériaux environnementaux.

Développer un modèle dangereux
gestion des matériaux
système pour petits et
PWB de taille moyenne
entreprises.

Minimiser l'impact de
l'utilisation de matières dangereuses dans
Fabrication de PWB.

Réduisez l'utilisation de la soudure au plomb lorsque
possible et/ou réduire le
teneur en plomb de la soudure.
Développer des alternatives à la soudure
placage comme réserve de gravure.

Modifier les spécifications pour accepter
masque de soudure sur cuivre nu.
Valider la qualité du lead
alternatives de placage.

Utiliser des procédés additifs qui
sont en concurrence avec les
procédés.

Développer simplifié,
additif économique
matériel et processus
les technologies.
Rechercher des sources alternatives et
approches pour additif
biens d'équipement de processus
Besoins.

Collaborer sur des projets pour
établir un nouvel additif
diélectriques et métallisation
technologies et procédés.

Éliminer le maculage des trous dans le PWB
fabrication.

Développer des résines sans bavure ou
systèmes de forage.

Étudier une alternative
stratifié et pré-imprégné
matériaux.
Développer l'utilisation du laser et
autres alternatives au forage
systèmes.

Réduisez la consommation d'eau
et décharge.

Développer l'utilisation de l'eau
optimisation et recyclage
système.
Réduire le nombre de
étapes de nettoyage dans PWB
fabrication.
Élimine la manipulation des pièces et
préparation pour réduire
renettoyage.

Modifier les spécifications pour réduire
les exigences de nettoyage.
Étudier une alternative
méthodes de manutention des pièces.
Modifier ou éliminer
chimiques qui nécessitent
nettoyage.

Source : MCC 1994.

 

Noir

" AVIS DE NON-RESPONSABILITÉ : L'OIT n'assume aucune responsabilité pour le contenu présenté sur ce portail Web qui est présenté dans une langue autre que l'anglais, qui est la langue utilisée pour la production initiale et l'examen par les pairs du contenu original. Certaines statistiques n'ont pas été mises à jour depuis la production de la 4ème édition de l'Encyclopédie (1998)."

Table des matières

Références en microélectronique et semi-conducteurs

Conférence américaine des hygiénistes industriels gouvernementaux (ACGIH). 1989. Évaluation des risques et technologie de contrôle dans la fabrication de semi-conducteurs. Chelsea, MI : Éditeurs Lewis.

—. 1993. Évaluation des risques et technologie de contrôle dans la fabrication de semi-conducteurs II. Cincinnati, Ohio : ACGIH.

—. 1994. Documentation de la valeur limite de seuil, produits de décomposition thermique de soudure à noyau de colophane, en tant qu'acides résiniques-colophane. Cincinnati, Ohio : ACGIH.

Institut national américain de normalisation (ANSI). 1986. Norme de sécurité pour les robots industriels et les systèmes de robots industriels. ANSI/RIA R15.06-1986. New York : ANSI.

ASKMAR. 1990. Industrie informatique : Tendances critiques pour les années 1990. Saratoga, Californie : publications électroniques sur les tendances.

Asom, MT, J Mosovsky, RE Leibenguth, JL Zilko et G Cadet. 1991. Génération d'arsine transitoire lors de l'ouverture de chambres MBE à source solide. J Crist Growth 112(2-3):597–599.

Association des industries de l'électronique, des télécommunications et des équipements de bureau (EEE). 1991. Directives sur l'utilisation des flux de soudure à la colophane (colophane) dans l'industrie électronique. Londres : Leichester House EEE.

Baudouin, DG. 1985. Exposition chimique des graveurs d'aluminium au plasma de tétrachlorure de carbone. Résumés étendus, Electrochem Soc 85(2):449–450.

Baldwin, DG et JH Stewart. 1989. Risques chimiques et radiologiques dans la fabrication de semi-conducteurs. Technologie à semi-conducteurs 32(8):131–135.

Baldwin, DG et ME Williams. 1996. Hygiène industrielle. Dans Semiconductor Safety Handbook, édité par JD Bolmen. Park Ridge, NJ : Noyes.

Baldwin, DG, BW King et LP Scarpace. 1988. Implanteurs ioniques : Sécurité chimique et radiologique. Technologie à semi-conducteurs 31(1):99–105.

Baldwin, DG, JR Rubin et M. Horowitz. 1993. Expositions à l'hygiène industrielle dans la fabrication de semi-conducteurs. Journal ASS 7(1):19–21.

Bauer, S, I Wolff, N Werner et P Hoffman. 1992a. Dangers pour la santé dans l'industrie des semi-conducteurs, une revue. Pol J Occup Med 5(4):299–314.

Bauer, S, N Werner, I Wolff, B Damme, B Oemus et P Hoffman. 1992b. Enquêtes toxicologiques dans l'industrie des semi-conducteurs : II. Études sur la toxicité subaiguë par inhalation et la génotoxicité des déchets gazeux issus du procédé de gravure au plasma de l'aluminium. Toxicol Ind Health 8(6):431–444.

Bliss Industries. 1996. Littérature sur le système de capture de particules de crasse de soudure. Fremont, Californie : Bliss Industries.

Bureau des statistiques du travail (BLS). 1993. Enquête annuelle sur les accidents du travail et les maladies professionnelles. Washington, DC : BLS, Département américain du travail.

—. 1995. Moyennes annuelles de l'emploi et des salaires, 1994. Bulletin. 2467. Washington, DC : BLS, Département américain du travail.

Clark, RH. 1985. Manuel de fabrication de circuits imprimés. New York : Compagnie Van Nostrand Reinhold.

Cohen, R. 1986. Rayonnement radiofréquence et micro-onde dans l'industrie microélectronique. Dans State of the Art Reviews—Occupational Medicine: The Microelectronics Industry, édité par J LaDou. Philadelphie, Pennsylvanie : Hanley & Belfus, Inc.

Combes, CF. 1988. Manuel des circuits imprimés, 3e éd. New York : McGraw-Hill Book Company.

Contenu, RM. 1989. Méthodes de contrôle des métaux et des métalloïdes dans l'épitaxie en phase vapeur des matériaux III-V. Dans Hazard Assessment and Control Technology in Semiconductor Manufacturing, édité par l'American Conference of Governmental Industrial Hygienists. Chelsea, MI : Éditeurs Lewis.

Correa A, RH Gray, R Cohen, N Rothman, F Shah, H Seacat et M Corn. 1996. Éthers d'éthylène glycol et risques d'avortement spontané et d'hypofertilité. Am J Epidemiol 143(7):707–717.

Crawford, WW, D Green, WR Knolle, HM Marcos, JA Mosovsky, RC Petersen, PA Testagrossa et GH Zeman. 1993. Exposition aux champs magnétiques dans les salles blanches de semi-conducteurs. Dans la technologie d'évaluation et de contrôle des risques dans la fabrication de semi-conducteurs II. Cincinnati, Ohio : ACGIH.

Escher, G, J Weathers et B Labonville. 1993. Considérations de conception de sécurité dans la photolithographie laser excimer UV profond. Dans la technologie d'évaluation et de contrôle des risques dans la fabrication de semi-conducteurs II. Cincinnati, OH : Conférence américaine des hygiénistes industriels gouvernementaux.

Eskenazi B, EB Gold, B Lasley, SJ Samuels, SK Hammond, S Wright, MO Razor, CJ Hines et MB Schenker. 1995. Surveillance prospective de la perte fœtale précoce et de l'avortement spontané clinique chez les travailleuses des semi-conducteurs. Am J Indust Med 28(6):833–846.

Flipp, N, H Hunsaker et P Herring. 1992. Enquête sur les émissions d'hydrures lors de la maintenance d'équipements d'implantation ionique. Présenté à l'American Industrial Hygiene Conference de juin 1992, Boston—Paper 379 (non publié).

Goh, CL et SK Ng. 1987. Dermatite de contact aéroportée à la colophane dans le flux de soudure. Dermatite de contact 17(2):89–93.

Hammond SK, CJ Hines MF Hallock, SR Woskie, S Abdollahzadeh, CR Iden, E Anson, F Ramsey et MB Schenker. 1995. Stratégie d'évaluation de l'exposition à plusieurs niveaux dans l'étude sur la santé des semi-conducteurs. Am J Indust Med 28(6):661–680.

Harrison, RJ. 1986. Arséniure de gallium. Dans State of the Art Reviews—Occupational Medicine: The Microelectronics Industry, édité par J LaDou Philadelphie, PA: Hanley & Belfus, Inc.

Hathaway, GL, NH Proctor, JP Hughes et ML Fischman. 1991. Chemical Hazards of the Workplace, 3e éd. New York : Van Nostrand Reinhold.

Hausen, BM, K Krohn et E Budianto. 1990. Allergie de contact due à la colophane (VII). Études de sensibilisation avec les produits d'oxydation de l'acide abiétique et des acides apparentés. Contactez Dermat 23(5):352–358.

Commission d'hygiène et de sécurité. 1992. Code de pratique approuvé—Contrôle des sensibilisants respiratoires. Londres : responsable de la santé et de la sécurité.

Helb, GK, RE Caffrey, ET Eckroth, QT Jarrett, CL Fraust et JA Fulton. 1983. Traitement au plasma : Quelques considérations de sécurité, de santé et d'ingénierie. Technologie à semi-conducteurs 24(8):185–194.

Hines, CJ, S Selvin, SJ Samuels, SK Hammond, SR Woskie, MF Hallock et MB Schenker. 1995. Analyse de cluster hiérarchique pour l'évaluation de l'exposition des travailleurs dans l'étude sur la santé des semi-conducteurs. Am J Indust Med 28(6):713–722.

Horowitz, M. 1992. Problèmes de rayonnement non ionisant dans une installation de R et D sur les semi-conducteurs. Présenté à l'American Industrial Hygiene Conference de juin 1992, Boston—Paper 122 (non publié).

Jones, JH. 1988. Évaluation de l'exposition et du contrôle de la fabrication de semi-conducteurs. AIP Conf. Proc. (Sécurité photovoltaïque) 166:44–53.

LaDou, J (éd.). 1986. Examens de l'état de l'art - Médecine du travail: L'industrie de la microélectronique. Philadelphie, PA : Hanley et Belfus, Inc.

Lassiter, DV. 1996. Surveillance des accidents du travail et des maladies professionnelles sur une base internationale. Actes de la troisième conférence internationale ESH, Monterey, Californie.

Leach-Marshall, JM. 1991. Analyse du rayonnement détecté à partir d'éléments de processus exposés du système de test de fuite fine au krypton-85. Journal ASS 5(2):48–60.

Association des industries du plomb. 1990. Sécurité dans le soudage, directives sanitaires pour les soudeurs et le soudage. New York : Lead Industries Association, Inc.

Lenihan, KL, JK Sheehy et JH Jones. 1989. Évaluation des expositions dans le traitement de l'arséniure de gallium : une étude de cas. Dans Hazard Assessment and Control Technology in Semiconductor Manufacturing, édité par l'American Conference of Governmental Industrial Hygienists. Chelsea, MI : Éditeurs Lewis.

Maletskos, CJ et PR Hanley. 1983. Considérations de radioprotection des systèmes d'implantation d'ions. IEEE Trans sur la science nucléaire NS-30: 1592–1596.

McCarthy, CM. 1985. Exposition des travailleurs lors de la maintenance des implanteurs ioniques dans l'industrie des semi-conducteurs. Thèse de maîtrise, Université de l'Utah, Salt Lake City, UT, 1984. Résumé dans Extended Abstracts, Electrochem Soc 85(2):448.

McCurdy SA, C Pocekay, KS Hammond, SR Woskie, SJ Samuels et MB Schenker. 1995. Une enquête transversale sur les résultats de santé respiratoire et générale chez les travailleurs de l'industrie des semi-conducteurs. Am J Indust Med 28(6):847–860.

McIntyre, AJ et BJ Sherin. 1989. Arséniure de gallium : dangers, évaluation et contrôle. Technologie à semi-conducteurs 32(9):119–126.

Société de microélectronique et de technologie informatique (MCC). 1994. Feuille de route environnementale de l'industrie électronique. Austin, Texas : MCC.

—. 1996. Feuille de route environnementale de l'industrie électronique. Austin, Texas : MCC.

Mosovsky, JA, D Rainer, T Moses et WE Quinn. 1992. Génération d'hydrure transitoire pendant le traitement des semi-conducteurs III. Appl Occup Environ Hyg 7(6):375–384.

Mueller, MR et RF Kunesh. 1989. Incidences sur la sécurité et la santé des graveurs chimiques secs. Dans Hazard Assessment and Control Technology in Semiconductor Manufacturing, édité par l'American Conference of Governmental Industrial Hygienists. Chelsea, MI : Éditeurs Lewis.

O'Mara, WC. 1993. Écrans plats à cristaux liquides. New York : Van Nostrand Reinhold.

PACE Inc. 1994. Manuel d'extraction des fumées. Laurel, MD : PACE Inc.

Pastides, H, EJ Calabrese, DW Hosmer, Jr et DR Harris. 1988. Avortement spontané et symptômes généraux de maladie chez les fabricants de semi-conducteurs. J Occup Med 30:543–551.

Pocekay D, SA McCurdy, SJ Samuels et MB Schenker. 1995. Une étude transversale des symptômes musculo-squelettiques et des facteurs de risque chez les travailleurs des semi-conducteurs. Am J Indust Med 28(6):861–871.

Rainer, D, WE Quinn, JA Mosovsky et MT Asom. 1993. Génération d'hydrure transitoire III-V, Solid State Technology 36(6):35–40.

Rhoades, BJ, DG Sands et VD Mattera. 1989. Systèmes de contrôle de la sécurité et de l'environnement utilisés dans les réacteurs de dépôt chimique en phase vapeur (CVD) chez AT&T-Microelectronics-Reading. Appl Ind Hyg 4(5):105–109.

Rogers, JW. 1994. Sécurité radiologique dans les semi-conducteurs. Présenté à la Semiconductor Safety Association Conference d'avril 1994, Scottsdale, AZ (non publié).

Rooney, FP et J Leavey. 1989. Considérations sur la sécurité et la santé d'une source de lithographie à rayons X. Dans Hazard Assessment and Control Technology in Semiconductor Manufacturing, édité par l'American Conference of Governmental Industrial Hygienists. Chelsea, MI : Éditeurs Lewis.

Rosenthal, FS et S Abdollahzadeh. 1991. Évaluation des champs électriques et magnétiques d'extrêmement basse fréquence (ELF) dans les salles de fabrication de microélectronique. Appl Occup Environ Hyg 6(9):777–784.

Roychowdhury, M. 1991. Sécurité, hygiène industrielle et considérations environnementales pour les systèmes de réacteur MOCVD. Technologie à semi-conducteurs 34(1):36–38.

Scarpace, L, M Williams, D Baldwin, J Stewart et D Lassiter. 1989. Résultats de l'échantillonnage d'hygiène industrielle dans les opérations de fabrication de semi-conducteurs. Dans Hazard Assessment and Control Technology in Semiconductor Manufacturing, édité par l'American Conference of Governmental Industrial Hygienists. Chelsea, MI : Éditeurs Lewis.

Schenker MB, EB Gold, JJ Beaumont, B Eskenazi, SK Hammond, BL Lasley, SA McCurdy, SJ Samuels, CL Saiki et SH Swan. 1995. Association de l'avortement spontané et d'autres effets sur la reproduction avec le travail dans l'industrie des semi-conducteurs. Am J Indust Med 28(6):639–659.

Schenker, M, J Beaumont, B Eskenazi, E Gold, K Hammond, B Lasley, S McCurdy, S Samuels et S Swan. 1992. Rapport final à la Semiconductor Industry Association—Etude épidémiologique des effets sur la santé reproductive et autres chez les travailleurs employés dans la fabrication de semi-conducteurs. Davis, Californie : Université de Californie.

Schmidt, R, H Scheufler, S Bauer, L Wolff, M Pelzing et R Herzschuh. 1995. Enquêtes toxicologiques dans l'industrie des semi-conducteurs : III : Études sur la toxicité prénatale causée par les déchets des procédés de gravure au plasma de l'aluminium. Toxicol Ind Health 11(1):49–61.

SEMATECH. 1995. Document de transfert de sécurité du silane, 96013067 A-ENG. Austin, Texas : SEMATECH.

—. 1996. Guide d'interprétation pour SEMI S2-93 et ​​SEMI S8-95. Austin, Texas : SEMATECH.

Association de l'industrie des semi-conducteurs (SIA). 1995. Données prévisionnelles sur les ventes mondiales de semi-conducteurs. San José, Californie : SIA.

Sheehy, JW et JH Jones. 1993. Évaluation des expositions à l'arsenic et contrôles dans la production d'arséniure de gallium. Am Ind Hyg Assoc J 54(2):61–69.

Sobre, DJ. 1995. Sélection de stratifiés à l'aide de critères d'« aptitude à l'emploi », technologie de montage en surface (SMT). Libertyville, IL : Groupe d'édition IHS.

Wade, R, M Williams, T Mitchell, J Wong et B Tusé. 1981. Étude de l'industrie des semi-conducteurs. San Francisco, Californie : Département des relations industrielles de Californie, Division de la sécurité et de la santé au travail.