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機物質參與，半導體晶片不可避免地會受到各種雜質的污染。

根據(jù)污染物的來源和性質，大致可以分為四類：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。

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參數(shù)。

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

有機物：有機雜質來源廣泛，如人體皮膚油脂、細菌、機油、真空油脂、光刻膠、清洗溶劑等。

這類污染物通常會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等污染物保持完好。

此類污染物的去除通常在清潔過程的一開始的步驟進行，主要使用硫酸和過氧化氫。

金屬：半導體技術中常見的金屬雜質包括鐵、銅、鋁、鉻、鎢、鈦、鈉、鉀、鋰等。

這些雜質的來源主要包括各種容器、管道、化學試劑以及半導體晶片加工過程中的各種金屬污染。

經(jīng)常使用化學方法去除這類雜質，各種試劑和化學物質配制的清洗液與金屬離子反應形成金屬離子絡合物，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，在一定條件下會轉移到晶片上形成電缺陷。

這種氧化膜的去除通常是通過浸泡在稀氫氟酸中來完成的。

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、熱學特性和電學特性的前提下，清洗去除晶圓芯片表面的有害沾污雜質物，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原理如下：

在密閉的真空腔體中，通過真空泵不斷抽氣，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，分子間作用力越來越小，利用等離子發(fā)生器產(chǎn)生的高壓交變電場

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，由工作氣體流及真空泵將這些揮發(fā)性物質清除出去，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)品的信賴度、穩(wěn)定性，延長產(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，進行表面改性。

其化學化應式：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：氧等離子體通過化學反應可使非揮發(fā)性有機物變成易揮發(fā)的H2O和CO2。氫等離子體通過化學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、化學反應，然后由真空泵將污染物抽走去除。