半導體等離子清洗機應用

由于工藝原因，半導體制造需要一些有機和無(wú)機物質(zhì)參與，半導體晶片不可避免地會(huì )受到各種雜質(zhì)的污染。

根據污染物的來(lái)源和性質(zhì)，大致可以分為四類(lèi)：顆粒、有機物、金屬離子和氧化物。

這些污染物的形成原因，部位及去除辦法：

顆粒：顆粒主要是一些聚合物、光刻膠和蝕刻雜質(zhì)。

這種污染物通常吸附在晶片表面，影響器件光刻工藝的幾何圖形形成和電學(xué)參數。

這類(lèi)污染物的去除方法主要是通過(guò)物理或化學(xué)方法對顆粒進(jìn)行清理，逐漸減小顆粒與晶圓表面的接觸面積，然后去除。

有機物：有機雜質(zhì)來(lái)源廣泛，如人體皮膚油脂、細菌、機油、真空油脂、光刻膠、清洗溶劑等。

這類(lèi)污染物通常會(huì )在晶圓表面形成有機薄膜，以防止清洗液到達晶圓表面，導致晶圓表面清洗不徹底，使得清洗后的晶圓表面上金屬雜質(zhì)等污染物保持完好。

此類(lèi)污染物的去除通常在清潔過(guò)程的一開(kāi)始的步驟進(jìn)行，主要使用硫酸和過(guò)氧化氫。

金屬：半導體技術(shù)中常見(jiàn)的金屬雜質(zhì)包括鐵、銅、鋁、鉻、鎢、鈦、鈉、鉀、鋰等。

這些雜質(zhì)的來(lái)源主要包括各種容器、管道、化學(xué)試劑以及半導體晶片加工過(guò)程中的各種金屬污染。

經(jīng)常使用化學(xué)方法去除這類(lèi)雜質(zhì)，各種試劑和化學(xué)物質(zhì)配制的清洗液與金屬離子反應形成金屬離子絡(luò )合物，與晶圓表面分離。

氧化物：暴露在氧氣和水中的半導體晶片表面會(huì )形成自然氧化層。

這種氧化膜不僅阻礙了半導體制造的許多步驟，還含有一些金屬雜質(zhì)，在一定條件下會(huì )轉移到晶片上形成電缺陷。

這種氧化膜的去除通常是通過(guò)浸泡在稀氫氟酸中來(lái)完成的。

等離子清洗的優(yōu)勢：

在不破壞晶圓芯片及其他所用材料的表面特性、熱學(xué)特性和電學(xué)特性的前提下，清洗去除晶圓芯片表面的有害沾污雜質(zhì)物，對半導體器件功能性、可靠性、集成度等顯得尤為重要。

等離子清洗的基本技術(shù)原理如下：

在密閉的真空腔體中，通過(guò)真空泵不斷抽氣，使得壓力值逐漸變小，真空度不斷提高，分子間的間距被拉大，分子間作用力越來(lái)越小，利用等離子發(fā)生器產(chǎn)生的高壓交變電場(chǎng)

將Ar、H2、N2、O2、CF4等工藝氣體激發(fā)、震蕩形成具有高反應活性或高能量的等離子體，進(jìn)而與有機污染物及微顆粒污染物反應或碰撞形成揮發(fā)性物質(zhì)，由工作氣體流及真空泵將這些揮發(fā)性物質(zhì)清除出去，從而達到表面清潔、活化、刻蝕等目的。

等離子清洗并不會(huì )破壞被處理的材料或者產(chǎn)品的固有特性，發(fā)生改變的僅僅是表面納米級的厚度，被清洗的材料或產(chǎn)品表面污染物被去除，分子鍵打開(kāi)后極其微小的結構變化，

形成一定的粗糙度或者是在表面產(chǎn)生親水性的官能基，使得金屬焊接的可靠性增強、不同材料之間的結合力提高等，從而提高產(chǎn)品的信賴(lài)度、穩定性，延長(cháng)產(chǎn)品的使用壽命。

等離子去氧化物：

利用H2、O2等活躍性氣體的特性，使之發(fā)生還原反應或形成多鍵結構的活性官能團，進(jìn)行表面改性。

其化學(xué)化應式：O2＋e- →2O*＋e- O*＋有機物→CO2＋H2O,H2＋e- →2H*＋e- H*＋非揮發(fā)性金屬氧化物→金屬＋H2O

因此：氧等離子體通過(guò)化學(xué)反應可使非揮發(fā)性有機物變成易揮發(fā)的H2O和CO2。氫等離子體通過(guò)化學(xué)反應可以去除金屬表面氧化層，清潔金屬表面。

等離子去膠：

O2與CF4在真空腔內，經(jīng)電離形成電子，離子，自由基和游離基團。

O2+CF4=O+OF+CF3+C0+COF+F+E

等離子體與高分子材料發(fā)生反應（常用的高分子材料：C，H，O，N）

C，H，O，N+O+OF+CF3+C0+COF+F+E=CO2+H2O+NO2+.....

等離子去有機物:

大量攜能電子轟擊污染物分子，使其電離、解離和激發(fā)，然后便引發(fā)了一系列復雜的物理、化學(xué)反應，然后由真空泵將污染物抽走去除。