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半导体企业危险源特征与评价案例分析

2021-09-15
来源:中国安全生产 作者:北京国信安科技术有限公司 石斌 刘润滋


   在半导体加工制造过程中,不可避免地将涉及各类化学药剂与气体的使用,甚至包括不少易燃易爆与含毒性的危化品。这些危化品的使用与储存都将给半导体企业的安全生产带来隐患。因此,本文将针对半导体制造工艺特征,分析半导体企业危险源的特征,并以某半导体企业的安全评价为例,分析半导体企业危险源的识别方法与对策。

 

半导体企业危险源特征分析

 

  半导体企业的选址特征

  

半导体企业特别是高端芯片制造企业在我国属于新兴的高新技术企业。且半导体制造需保证稳定的原料供给,便利的运输条件,充足的水源和大量的劳动力投入等。因此,尽管其生产过程中涉及大量危化品,且存在有毒有害气体的泄漏风险,但由于相关的环境影响与安全评价认识不足,我国的相关企业选址仍以交通便利、水源丰富且周边人口较为密集的区域为主。例如三星中国半导体有限公司,其芯片制造厂选址为西安高新综合保税区,距离周边居民区、学校甚至与洨河生态公园距离均较近。而与之对比,美国德州仪器公司的芯片厂则选址在离居民区较远的达拉斯市郊区。

  半导体企业生产工艺中的危险源特征

  半导体的加工生产工艺主要包括晶圆清洗抛光、光刻蚀刻与离子掺杂几大部分。

  半导体晶圆清洗工艺的危险源特征。利用半导体晶圆加工制作集成电路,首先需要对晶圆进行清洗处理,通过对晶圆喷射化学试剂,以去除晶圆表面的有机污染物或本征氧化物,为后续加工做准备。常用的RCA标准清洗方法,将使用双氧水、硫酸、氢氟酸等危化品试剂作为清洗液。而相对于传统的化工企业,上述试剂用量不大,且由于制造工艺的需要,对化学药剂的纯度要求非常高。

光刻蚀刻工艺的危险源特征。

利用半导体原料加工制作集成电路,需要利用光刻蚀刻方法对半导体晶圆进行加工处理。光刻即利用光刻机对涂有感光剂的晶圆按照设计路线进行感光处理,从而“绘制”出相应的电路图。蚀刻则是利用化学侵蚀的方式“绘制”出设计电路图。两类晶圆加工过程均需保持一定的气体环境。特别是光刻加工,对气体折射非常敏感,光刻气体环境要求也更高。而为保证气体环境,则涉及到多种气体的使用,包括氨气、氯气等易燃易爆气体。此外,上述工艺中使用的光刻胶与蚀刻剂等也涉及如异丙醇、环己酮等易燃化学药剂。这些均为半导体加工过程带来了安全隐患。

  掺杂工艺的危险源特征。掺杂指将一定量的导电杂质掺入半导体材料的工艺。经光刻蚀刻后的半导体晶圆,通常需进行离子掺杂处理,以保证晶圆的电学特性符合设计要求。而离子掺杂过程中,需保证一定的气体环境,将涉及氨气、氟乙烷等易燃易爆气体,为工艺生产过程带来安全隐患。

 

半导体企业危险源识别与安全评价案例

 

 案例背景

  某半导体科技有限公司拟在某地新建半导体集成电路设计加工与装备研发制造生产线。目前该生产线的建设仍处于可研阶段,需要对其厂房设计与工艺设计中存在的危险源进行识别与评价,从而保证该项目的顺利进行。

  企业危险源特征与识别

  企业选址及建构筑物危险有害因素辨识分析。该企业所在场地位于某高新开发区内,是该地区重要的高新技术产业聚集区。企业选址距离最近的居民区约8km,距离最近的交通枢纽约2.8km,距最近的高速路入口距离约6.8km。该企业的设计选址目前周边主要为工业用地,符合环境保护要求,因目前处于可研阶段,还没有详细的地质勘查资料,后期若在设计、施工过程中发生地面沉陷、建构筑物倒塌等问题,则需进行专项分析。

  主体生产与储存系统中主要危险有害因素辨识分析。企业主体生产过程。企业生产过程中由于蚀刻、去胶与退火设备的制造要求,需要保证各项气体环境,因而涉及到多种特种气体和大宗气体,其中多种气体为易燃易爆气体,如氢气、氯气、氨气等,如在输送、使用过程中管道、阀门等处发生泄漏、气体泄漏报警系统故障或失效,易燃气体与空气混合达到爆炸极限,遇静电、高温等将会导致火灾爆炸。特种气体储存供应系统。企业生产中涉及的特种气体包括氯气、氨气、氮氢混合气等。特种气体供应系统设置在生产厂房特气间内,采用钢瓶供气,钢瓶设置在气瓶柜内。其中氨气、氮氢混合气等易燃易爆气体,气瓶在装卸和存放过程中,如操作不当或缺少防倾倒措施,可能发生气体外泄,遇火花、静电、高热等可能导致火灾爆炸事故。大宗气体储存供应系统。企业生产中涉及的大宗气体为氮气、氧气、氩气、氦气、氢气,其中氮气、氩气和氧气拟采用储罐储存于氮氧站。氦气和氢气分别由氢气间和氦气间的集装格供应。其中氢气为高度易燃易爆物质,在气瓶装卸、储存、更换以及气体纯化输送过程中,或因多种原因导致泄漏,达到爆炸极限时,遇明火、静电火花等将导致严重火灾爆炸事故。

  主要评价结果及建议

  根据该企业特点,采用安全检查表法和预先危险性分析法进行评价。

  主体生产工艺安全评价结果及建议。经分析,企业生产过程中的刻蚀设备试验、干式去胶系统试验、快速热处理设备生产过程中,火灾爆炸、中毒窒息的危险等级为Ⅲ级;生产过程中使用的氯气为剧毒物质,氨气为高毒性物质,一旦发生泄漏,会发生人员中毒死亡事故;生产过程中化学灼伤、灼烫、触电、机械伤害、物体打击、噪声、非电离辐射的危险等级均为Ⅱ级(临界的),处于事故的边缘状态,暂时还不会造成人员伤亡,但应予排除或采取控制措施。

  特种气体和大宗气体储存供应系统安全评价结果及建议。经分析,特种气体和大宗气体储存系统火灾爆炸、中毒窒息的危险等级为Ⅲ级(危险的),一旦发生事故,将造成严重后果;其他危险因素的危险等级为Ⅱ级(临界的),处于事故的边缘状态,暂时还不会造成人员伤亡,但应予排除或采取控制措施。

  企业储存的大宗气体氦气和氢气拟采用气瓶集装格的形式存储,但氢气为易燃易爆气体,其积聚处宜设置固定式可燃气体检测报警仪。

 

结论

 

  半导体制造需保证稳定的原料供给,便利的运输条件及大量的劳动力投入,但因其生产工艺需要,生产过程中涉及大量危化品,且存在有毒有害气体的泄漏风险。相关企业选址时需充分考虑上述两项特征。

  半导体的加工制造过程复杂,常见的清洗、蚀刻与掺杂等工艺均需保证一定的气体环境,因而涉及到氨气、氯气等多种易燃易爆气体。此外,生产过程中使用的光刻胶与蚀刻剂等涉及如异丙醇、环己酮等易燃化学药剂也可能对安全生产带来隐患。

  通过案例分析,阐释了半导体企业安全评价过程需注意的各项问题,其选址需关注企业与周边交通枢纽及居民区的安全距离;其主体生产区域及气体储存供应系统均需关注多种危化气体带来的安全隐患。案例分析的结果可为今后相类似的企业安评工作提供借鉴。

 


【责任编辑:cheng】