石斌，劉潤(rùn)滋(北京國(guó)信安科技術(shù)有限公司，北京 100160)

0 引言

半導(dǎo)體由于其獨(dú)特的導(dǎo)電性能，是集成電路元器件加工不可或缺的原料。發(fā)展半導(dǎo)體行業(yè)，促進(jìn)自有芯片的研發(fā)，是今后影響國(guó)計(jì)民生的重要舉措[1]。

然而在半導(dǎo)體加工制造過程中，不可避免地將涉及各類化學(xué)藥劑與氣體的使用，甚至包括不少易燃易爆與含毒性的危化品。例如，在半導(dǎo)體原料清洗工藝中，即通常需采用雙氧水等危化品對(duì)半導(dǎo)體晶圓進(jìn)行初步處理[2]。而在半導(dǎo)體晶圓的蝕刻工藝中，則需使用如氫氟酸、鹽酸等具有腐蝕性與毒性的?；穂3]。這些?；返氖褂门c儲(chǔ)存都將給半導(dǎo)體企業(yè)的安全生產(chǎn)帶來(lái)隱患。

因此，本文將針對(duì)半導(dǎo)體制造工藝特征，分析半導(dǎo)體企業(yè)危險(xiǎn)源的特征，并以某半導(dǎo)體企業(yè)的安全評(píng)價(jià)為例，分析半導(dǎo)體企業(yè)危險(xiǎn)源的識(shí)別方法與對(duì)策。從而為今后相關(guān)企業(yè)的安評(píng)工作提供借鑒，為我國(guó)半導(dǎo)體的安全生產(chǎn)保駕護(hù)航。

1 半導(dǎo)體企業(yè)危險(xiǎn)源特征

1.1 半導(dǎo)體企業(yè)的選址特征

半導(dǎo)體企業(yè)特別是高端芯片制造企業(yè)在我國(guó)屬于新興的高新技術(shù)企業(yè)。且半導(dǎo)體制造需保證穩(wěn)定的原料供給，便利的運(yùn)輸條件，充足的水源和大量的勞動(dòng)力投入等。因此，盡管其生產(chǎn)過程中涉及大量?；?，且存在有毒有害氣體的泄漏風(fēng)險(xiǎn)，但由于相關(guān)的環(huán)境影響與安全評(píng)價(jià)認(rèn)識(shí)不足，我國(guó)的相關(guān)企業(yè)選址仍以交通便利、水源豐富且周邊人口較為密集的區(qū)域?yàn)橹?。例如三星中?guó)半導(dǎo)體有限公司，其芯片制造廠選址為西安高新綜合保稅區(qū)，距離周邊居民區(qū)、學(xué)校甚至與河生態(tài)公園距離均較近[4]。而與之對(duì)比，美國(guó)德州儀器公司的芯片廠則選址在離居民區(qū)較遠(yuǎn)的達(dá)拉斯市郊區(qū)。

1.2 半導(dǎo)體企業(yè)生產(chǎn)工藝中的危險(xiǎn)源特征

半導(dǎo)體的加工生產(chǎn)工藝主要包括晶圓清洗拋光、光刻蝕刻與離子摻雜幾大部分[5]。

1.2.1 半導(dǎo)體晶圓清洗工藝的危險(xiǎn)源特征

利用半導(dǎo)體晶圓加工制作集成電路，首先需要對(duì)晶圓進(jìn)行清洗處理，通過對(duì)晶圓噴射化學(xué)試劑，以去除晶圓表面的有機(jī)污染物或本征氧化物，為后續(xù)加工做準(zhǔn)備。常用的RCA 標(biāo)準(zhǔn)清洗方法，將使用雙氧水、硫酸、氫氟酸等?；吩噭┳鳛榍逑匆篬6]。而相對(duì)于傳統(tǒng)的化工企業(yè)，上述試劑用量不大，且由于制造工藝的需要，對(duì)化學(xué)藥劑的純度要求非常高。

1.2.2 光刻蝕刻工藝的危險(xiǎn)源特征

利用半導(dǎo)體原料加工制作集成電路，需要利用光刻蝕刻方法對(duì)半導(dǎo)體晶圓進(jìn)行加工處理。光刻即利用光刻機(jī)對(duì)涂有感光劑的晶圓按照設(shè)計(jì)路線進(jìn)行感光處理，從而“繪制”出相應(yīng)的電路圖。蝕刻則是利用化學(xué)侵蝕的方式“繪制”出設(shè)計(jì)電路圖[7]。兩類晶圓加工過程均需保持一定的氣體環(huán)境。特別是光刻加工，對(duì)氣體折射非常敏感，光刻氣體環(huán)境要求也更高。而為保證氣體環(huán)境，則涉及到多種氣體的使用，包括氨氣、氯氣等易燃易爆氣體。此外，上述工藝中使用的光刻膠與蝕刻劑等也涉及如異丙醇、環(huán)己酮等易燃化學(xué)藥劑。這些均為半導(dǎo)體加工過程帶來(lái)了安全隱患。

1.2.3 摻雜工藝的危險(xiǎn)源特征

摻雜指將一定量的導(dǎo)電雜質(zhì)摻入半導(dǎo)體材料的工藝。經(jīng)光刻蝕刻后的半導(dǎo)體晶圓，通常需進(jìn)行離子摻雜處理，以保證晶圓的電學(xué)特性符合設(shè)計(jì)要求[8]。而離子摻雜過程中，需保證一定的氣體環(huán)境，將涉及氨氣、氟乙烷等易燃易爆氣體，為工藝生產(chǎn)過程帶來(lái)安全隱患。

2 半導(dǎo)體企業(yè)危險(xiǎn)源識(shí)別與安全評(píng)價(jià)案例

2.1 案例背景

某半導(dǎo)體科技有限公司擬在北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)新建半導(dǎo)體集成電路設(shè)計(jì)加工與裝備研發(fā)制造生產(chǎn)線。目前該生產(chǎn)線的建設(shè)仍處于可研階段，需要對(duì)其廠房設(shè)計(jì)與工藝設(shè)計(jì)中存在的危險(xiǎn)源進(jìn)行識(shí)別與評(píng)價(jià)，從而保證該項(xiàng)目的順利進(jìn)行。

2.2 企業(yè)危險(xiǎn)源特征與識(shí)別

2.2.1 企業(yè)選址及建構(gòu)筑物危險(xiǎn)有害因素辨識(shí)

該企業(yè)所在場(chǎng)地位于某高新開發(fā)區(qū)內(nèi)，是該地區(qū)重要的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)聚集區(qū)。企業(yè)選址距離最近的居民區(qū)約8 km，距離最近的交通樞紐約2.8 km，距最近的高速路入口距離約6.8 km。

該企業(yè)的設(shè)計(jì)選址目前周邊主要為工業(yè)用地，符合環(huán)境保護(hù)要求，因目前處于可研階段，還沒有詳細(xì)的地質(zhì)勘查資料。后期若在設(shè)計(jì)、施工過程中發(fā)生地面沉陷、建構(gòu)筑物坍塌等問題，則需進(jìn)行專項(xiàng)分析。

2.2.2 主體生產(chǎn)與儲(chǔ)存系統(tǒng)中主要危險(xiǎn)有害因素辨識(shí)

企業(yè)主體生產(chǎn)過程。企業(yè)生產(chǎn)過程中由于蝕刻、去膠與退火設(shè)備的制造要求，需要保證各項(xiàng)氣體環(huán)境，因而涉及到多種特種氣體和大宗氣體，其中多種氣體為易燃易爆氣體，如：氫氣、氯氣、氨氣等，如在輸送、使用過程中管道、閥門等處發(fā)生泄漏、氣體泄漏報(bào)警系統(tǒng)故障或失效，易燃?xì)怏w與空氣混合達(dá)到爆炸極限，遇靜電、高溫等將會(huì)導(dǎo)致火災(zāi)爆炸。

特種氣體儲(chǔ)存供應(yīng)系統(tǒng)。企業(yè)生產(chǎn)中涉及的特種氣體包括氯氣、氨氣、氮?dú)浠旌蠚獾?。特種氣體供應(yīng)系統(tǒng)設(shè)置在生產(chǎn)廠房特氣間內(nèi)，采用鋼瓶供氣，鋼瓶設(shè)置在氣瓶柜內(nèi)。其中氨氣、氮?dú)浠旌蠚獾纫兹家妆瑲怏w，氣瓶在裝卸和存放過程中，如操作不當(dāng)或缺少防傾倒措施，可能發(fā)生氣體外泄，遇火花、靜電、高熱等可能導(dǎo)致火災(zāi)爆炸事故。

大宗氣體儲(chǔ)存供應(yīng)系統(tǒng)。企業(yè)生產(chǎn)中涉及的大宗氣體為氮?dú)?、氧氣、氬氣、氦氣、氫氣，其中氮?dú)?、氬氣和氧氣擬采用儲(chǔ)罐儲(chǔ)存于氮氧站。氦氣和氫氣分別由氫氣間和氦氣間的集裝格供應(yīng)。其中氫氣為高度易燃易爆物質(zhì)，在氣瓶裝卸、儲(chǔ)存、更換以及氣體純化輸送過程中，或因多種原因?qū)е滦孤?，達(dá)到爆炸極限時(shí)，遇明火、靜電火花等將導(dǎo)致嚴(yán)重火災(zāi)爆炸事故。

2.3 主要評(píng)價(jià)結(jié)果及建議

根據(jù)該企業(yè)特點(diǎn)，采用安全檢查表法和預(yù)先危險(xiǎn)性分析法進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.3.1 主體生產(chǎn)工藝安全評(píng)價(jià)結(jié)果及建議

經(jīng)分析，企業(yè)生產(chǎn)過程中的刻蝕設(shè)備試驗(yàn)、干式去膠系統(tǒng)試驗(yàn)、快速熱處理設(shè)備生產(chǎn)過程中，火災(zāi)爆炸、中毒窒息的危險(xiǎn)等級(jí)為Ⅲ級(jí)；生產(chǎn)過程中使用的氯氣為劇毒物質(zhì)，氨氣為高毒性物質(zhì)，一旦發(fā)生泄漏，會(huì)發(fā)生人員中毒死亡事故；生產(chǎn)過程中化學(xué)灼傷、灼燙、觸電、機(jī)械傷害、物體打擊、噪聲、非電離輻射的危險(xiǎn)等級(jí)均為Ⅱ級(jí)(臨界的)，處于事故的邊緣狀態(tài)，暫時(shí)還不會(huì)造成人員傷亡，但應(yīng)予排除或采取控制措施。

2.3.2 特種氣體和大宗氣體儲(chǔ)存供應(yīng)系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)結(jié)果及建議

經(jīng)分析，特種氣體和大宗氣體儲(chǔ)存系統(tǒng)火災(zāi)爆炸、中毒窒息的危險(xiǎn)等級(jí)為Ⅲ級(jí)(危險(xiǎn)的)，一旦發(fā)生事故，將造成嚴(yán)重后果；其他危險(xiǎn)因素的危險(xiǎn)等級(jí)為Ⅱ級(jí)(臨界的)，處于事故的邊緣狀態(tài)，暫時(shí)還不會(huì)造成人員傷亡，但應(yīng)予排除或采取控制措施。

企業(yè)儲(chǔ)存的大宗氣體氦氣和氫氣擬采用氣瓶集裝格的形式存儲(chǔ)，但氫氣為易燃易爆氣體，其積聚處宜設(shè)置固定式可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警儀。

3 結(jié)語(yǔ)

半導(dǎo)體制造需保證穩(wěn)定的原料供給，便利的運(yùn)輸條件及大量的勞動(dòng)力投入，但因其生產(chǎn)工藝需要，生產(chǎn)過程中涉及大量?；罚掖嬖谟卸居泻怏w的泄漏風(fēng)險(xiǎn)。相關(guān)企業(yè)選址時(shí)需充分考慮上述兩項(xiàng)特征。

半導(dǎo)體的加工制造過程復(fù)雜，常見的清洗、蝕刻與摻雜等工藝均需保證一定的氣體環(huán)境，因而涉及到氨氣、氯氣等多種易燃易爆氣體。此外，生產(chǎn)過程中使用的光刻膠與蝕刻劑等涉及如異丙醇、環(huán)己酮等易燃化學(xué)藥劑也可能對(duì)安全生產(chǎn)帶來(lái)隱患。

通過案例分析，闡釋了半導(dǎo)體企業(yè)安全評(píng)價(jià)過程需注意的各項(xiàng)問題，其選址需關(guān)注企業(yè)與周邊交通樞紐及居民區(qū)的安全距離；其主體生產(chǎn)區(qū)域及氣體儲(chǔ)存供應(yīng)系統(tǒng)均需關(guān)注多種?；瘹怏w帶來(lái)的安全隱患。案例分析的結(jié)果可為今后相類似的企業(yè)安評(píng)工作提供借鑒。