芯片生產主要環境問題及污染防治措施的探討

朱佳喜

（廈門市庚壕環境科技集團有限責任公司，福建 廈門 361000）

我國工業未來的發展方向是開發節能與綠色能源相關產品、智能電力電子、智能通訊、設備保護與安全、傳感與物聯網等領域的產品，這些產品都離不開具有高端功能的半導體器件、MEMS器件（微機電系統），以及電源管理IC等芯片產品。集成電路芯片的制造是一個高度技術密集、資金密集的產業，對生產和環境的要求都非常嚴格，而且其生產工藝非常復雜，原輔材料的種類眾多，設備繁多，其生產過程產生的廢水、廢氣、噪聲、固體廢物、環境風險等對環境造成的影響也是不容忽視的。因此，相關企業應采取切實有效的污染防治措施，達到有效避免和減少對環境造成的損害和不利影響的目的。

本文結合實際工作經驗，以廈門某電子股份有限公司功率器件芯片生產項目為例，充分利用項目環境影響評價，進行了環境影響因素的識別和評價因子的篩選，以工程分析為重點，確定主要環境問題，根據污染物產生的全過程（包括生產、裝卸、儲存、運輸）、產生方式和治理措施，核算項目污染源源強，對建設項目“實施后可能造成的環境影響進行分析、預測和評估，提出預防或者減輕不良環境影響的對策和措施”[1]，達到有效避免和減少對環境產生的損害和不利影響。

1 項目概況

1.1 項目概況

該公司的產品為12英吋功率器件芯片生產線1條，勞動定員為330人，年生產時間為355天，采取三班二運轉，每班工作12小時的方式。項目產品主要用于汽車電子、工業控制、計算機、家用電器等領域。

1.2 項目組成

項目的組成包括：主體工程（包括生產廠房、研發辦公樓）；輔助工程（包括綜合動力站、冷凍站、純水站、空壓站等）；公用工程（包括給水、排水、供電供氣、空調與潔凈系統）；倉庫工程（包括大宗氣站、特氣站、倉庫）；環保工程（包括廢水處理站、廢氣處理設施、噪聲治理措施、固體廢物處置措施、土壤和地下水防治措施、環境風險防范措施）等。

2 芯片主要生產工藝路線及產污環節

本項目所涉及的工藝屬于芯片的前工序加工，是采用半導體平面工藝的方法在襯底硅片上形成電路圖形的生產過程，通過光刻的方法以及腐蝕和刻蝕的方法形成摻雜通道，再通過離子注入或高溫擴散的方法摻雜形成半導體的PN結，然后沉積金屬引線，包括檢測和測試在內的工藝步數可達到800～900步，甚至會更多。芯片生產工藝的流程思路示意圖如圖1所示。

圖1 芯片生產工藝流程思路示意圖

3 污染源識別與污染物確定

結合項目工藝流程，從所涉及的工藝、裝備類型，確定項目可能產生廢氣、廢水、噪聲、固體廢物等污染物的場所、設備或裝置，包括可能對水環境和土壤環境產生不利影響的“跑冒滴漏”等環節，識別所有污染物。本芯片生產項目污染源識別及污染物確定結果見表1。

表1 芯片生產項目污染源識別及污染物確定結果一覽表

4 廢水污染源及擬采取的治理措施

4.1 廢水污染源

芯片生產項目廢水類型及來源情況為：含氨廢水主要來自使用氨水清洗后排放的廢水；含氟廢水主要來自使用氫氟酸清洗、蝕刻清洗后排放的廢水；酸堿廢水主要來自生產工藝排放的酸洗廢水、工藝廢氣噴淋塔排水、純水系統排放的濃水、冷卻塔排水；有機廢水主要來自光刻、去膠等有機物質清洗后的排水；研磨廢水主要來自減薄工序清洗廢水；職工生活污水。

廢水水質與采取的工藝技術有關，污染源強核算主要采用類比法和物料衡算法進行計算。

4.2 廢水污染物治理措施

芯片生產項目根據各機臺廢水的性質和成分，直接通過管道輸送進入相應的廢水收集池內，為生產廢水做到完全收集、分類處置做好先期準備。采取的廢水治理措施包括：含氨廢水采用“吹脫+硫酸吸水法”處理，將氨從廢水中逸出，再采用硫酸溶液吸收；含氟廢水采用“二級混凝、絮凝、沉淀除氟”工藝，投加氯化鈣+氫氧化鈉沉淀處理工藝，生成氟化鈣、磷酸鈣沉淀而去除廢水中的氟、磷；有機廢水采用二級生化法處理；研磨廢水采用絮凝沉淀處理；酸堿廢水采用“一級沉淀物化+三級酸堿中和反應”處理。

項目廢水采取的處理工藝均為《排污許可證申請與核發技術規范電子工業》（HJ1021-2019）中的可行技術。

5 廢氣污染源及擬采取的治理措施

5.1 廢氣污染源

芯片生產項目的生產過程是在密閉的生產區及設備內進行，各生產區在廠房內又獨立、分隔。化學品的供應全部采用管道，與對應的使用點直接連接，廢氣從機臺排氣口按氣體性質排入對應的排氣支管，各支管通過排氣管路統一匯總至相應的排氣主管，最終進入對應的尾氣處理裝置經處理后排放。根據廢氣性質，將廠房內的生產廢氣處理系統分為一般性廢氣（廢熱）排風系統、酸性廢氣處理系統、堿性廢氣處理系統、有機廢氣處理系統、工藝尾氣處理系統，還包括廢水處理站的臭氣廢氣。

污染源強核算主要采用物料衡算法、產污系數法、類比法進行計算。

5.2 廢氣污染物的治理措施

5.2.1 酸性廢氣治理措施

酸性廢氣是采用“堿液噴淋塔”進行處理，以10%的氫氧化鈉溶液為吸收液。堿性廢氣的治理措施是采用“酸液噴淋塔”進行處理，以10%的硫酸溶液為吸收液。酸性、堿性廢氣洗滌凈化措施在電子行業生產中應用相當普遍，具有運行穩定，處理效果好，投資少，處理費用低等優點，是《排污許可證申請與核發技術規范電子工業》（HJ1031-2019）推薦的可行技術。

5.2.2 有機廢氣的治理措施

采用“沸石轉輪+換熱+焚化爐”處理系統治理有機廢氣。有機廢氣焚燒系統采用天然氣作為燃料。沸石轉輪濃縮燃燒系統適合于處理大流量低濃度的有機廢氣，為目前國內大部分電子廠處理有機廢氣采用的處理技術，是HJ1031-2019推薦的可行技術。

5.2.3 工藝廢氣的治理措施

對積淀、離子注入等工藝中產生的硅烷、磷烷先經設備自帶的POU凈化裝置進行“電熱氧化+淋洗”處理，處理后再進入酸性廢氣處理系統一同處理；干法刻蝕工藝中產生的氟化物先經設備自帶的POU凈化裝置進行“等離子分解+水洗”處理，再進入酸性廢氣處理系統一同處理；離子注入工序注入的砷烷，約有75%未參加反應，先經設備自帶的POU凈化裝置進行“干式吸附”處理后單獨排放。

5.2.4 廢水處理站臭氣治理措施

廢水處理站產生的臭氣采用“兩級噴淋生物除臭裝置”進行處理，該處理技術為通用、成熟的工藝。

芯片生產項目還應關注廢氣的無組織排放情況。生產所需的大部分物質（各類酸、氨水等）儲存于廠房的化學品供應間，儲存和使用過程中產生的少量廢氣均經廠房一般排氣系統收集排放；特氣站內的化學品（氯氣、液氨等）均以鋼瓶直接存放，且部分鋼瓶采取氮封形式；特殊氣體和化學品在化學品柜中安裝桶/槽/罐/鋼瓶，且特氣及藥品配送站設計位于密閉的潔凈廠房內，設置有一般排氣，廢氣將通過廠房屋頂排氣筒排放。采取上述措施后，可從儲存、運輸、使用環節避免廢氣的無組織排放。

6 噪聲及治理措施

本項目生產車間都在密閉的潔凈室內，密封性較好，無塵室外噪聲級小于50 dB。項目主要產噪設備為綜合動力站內的冷凍機組、空壓機、水泵等動力設備以及廢氣處理系統風機等，根據類比分析，各噪聲源的噪聲值在75～90 dB。

典型的降噪措施降噪效果為：室內聲源通過廠房隔聲降噪效果10～15 dB（A）；通風機、送風機等通過進風口消聲器降噪效果為12～25 dB（A）；壓縮機、空壓機等通過隔聲罩降噪效果為10～20 dB（A）；引風機、水泵等通過隔聲間降噪效果為15～35 dB（A）[3]。項目可采取的降噪措施有：選用同行業低噪聲、低振動設備，采取基礎減振措施，在出風口安裝消聲器；優化車間平面布局；加強設備日常維護，使設備處于良好的運轉狀態。在采取綜合減振隔聲降噪措施后，廠界噪聲可達標。

7 固體廢物及處置

項目生產過程種的主要固體廢物是一般固廢、危險固廢和生活垃圾。一般固體廢物暫存在一般固廢倉庫內，由物質回收部門回收處置或者由原料供應商回收處置。危險廢物暫存在危廢倉庫內，分類收集，委托有資質單位收集處置；職工生活垃圾由環衛部門統一清運處理。

固體廢物處置應首先考慮合理使用資源，充分回收，盡可能減少固體廢物產生量，其次考慮對其進行安全、合理、衛生的處置，以最經濟和最可靠的方式將廢物減量化、無害化和資源化，最大限度降低對環境的不利影響。固體廢物暫存管理、處置應遵照《一般工業固體廢物貯存和填埋污染控制標準》（GB18599-2020）和《危險廢物貯存污染控制標準》（GB18597-2001）及其修改單的有關規定進行污染控制和管理，避免造成二次污染。

8 環境風險防范措施

芯片生產項目涉及到的化學品危險性有易燃液體、易燃氣體、毒性氣體、氧化性物質、毒性物質、腐蝕性物質，毒物危害程度分類I～III類。生產裝置的危險性主要存在于廠房、大宗氣站、特氣站、化學品倉庫，以及廢水處理設施、廢氣處理設施、危廢倉庫。

環境風險防范措施包括：化學品倉庫、生產車間、廢液收集區、廢水處理站、危廢倉庫、事故應急池及初期雨水池等作為重點污染防治區域進行基礎防滲，放置盛裝容器的地方有耐腐蝕的硬化地面，有堵截泄漏裙腳，有隔離設施和防風、防曬、防雨設施，設置足夠容積的消防廢水收集池、初期雨水收集池；雨水排放口設置閥門；配備消防及泄露應急物資及應急設備；設有毒/可燃氣體報警系統。

9 結語

在科技和生產發展的同時，應重視可持續發展和環境保護[4]，本文通過對功率器件芯片生產項目的環境影響評價工程分析，明確其帶來的環境問題，識別廢氣、廢水、噪聲和固體廢物污染源，并提出有效的污染防治措施，對后續的環境影響評價起到至關重要的作用。