等離子體清洗及其在電子封裝中的應用

半導體器件生產過程中，晶圓芯片表面會存在各種顆粒、金屬離子、有機物及殘留的磨料顆粒等沾污雜質。為保證集成電路IC集成度和器件性能，必須在不破壞芯片及其他所用材料的表面特性、電特性的前提下，清洗去除芯片表面上的這些有害沾污雜質物。否則，它們將對芯片性能造成致命影響和缺陷，大大地降低產品合格率，并將制約器件的進一步發展。目前，器件生產中的幾乎每道工序都有清洗這一步驟，其目的是去除芯片表面沾污、雜質，現廣泛應用的物理化學清洗方法大致可分成濕法清洗和干法清洗兩類，尤其是干法清洗發展很快，其中的等離子體清洗優勢明顯，在半導體器件及光電子元器件封裝領域中獲得推廣應用。

2 等離子體清洗

等離子體就是由正離子、負離子、自由電子等帶電粒子和不帶電的中性粒子如激發態分子以及自由基組成的部分電離的氣體，由于其正負電荷總是相等的，所以稱為等離子體。這也是物質存在的又一種基本形態（第四態）。一種新形態必然有與其相應的化學行為，由于等離子體中的電子、離子和自由基等活性粒子的存在，其本身很容易與固體表面發生反應，這種反應可分為物理的或化學的。用等離子體通過化學或物理作用時對工件（生產過程中的電子元器件及其半成品、零部件、基板、印制電路板）表面進行處理，實現分子水平的污漬、沾污去除（一般厚度在3nm～30nm），提高表面活性的工藝叫做等離子體清洗。其機理主要是依靠等離子體中活性粒子的“活化作用”，達到去除物體表面污漬的目的，其通常包括無機氣體被激發為等離子態、氣相物質被吸附在固體表面、被吸附基團與固體表面分子反應生成產物分子、產物分子解析形成氣相、反應殘余物脫離表面等過程。

等離子體清洗的大特點是不分處理對象的基材類型均可進行處理，對金屬、半導體、氧化物、有機物和大多數高分子材料也能進行很好的處理，只需要很低的氣體流量，并可實現整體和局部以及復雜結構的清洗。在等離子體清洗工藝中，不使用任何化學溶劑，因此基本上無污染物，有利于環境保護。此外，其生產成本較低，清洗具有良好的均勻性和重復性、可控性，易實現批量生產。

3 等離子體清洗的類別

基本的等離子體清洗設備由四大部分組成，即激發電源、真空泵、真空腔、反應氣體源。激發電源是提供氣體放電能量來源的電源，可以采用不同的頻率；真空泵的主要作用是抽走副產品，包括旋片式機械泵或增壓泵；真空腔內帶有放電電離的電極，將反應氣體變成等離子體；反應氣體源一般采用的氣體有氬、氧、氫、氮、四氯化碳等單一氣體，或兩種氣體混合使用。有許多因素支配著等離子體清洗的效用，這些因素包含化學性質的選擇、制程參數、功率、時間、零件放置及電極構造。不同的清洗用途所需要的設備結構、電極接法、反應氣體種類是不同的，其工藝原理也有很大區別，有的是物理反應，有的是化學反應，有的是物理化學兩種作用都產生，反應的有效性取決于等離子體氣源、等離子系統的組合及等離子工藝操作參數。表1示出半導體生產中等離子工藝的選擇及應用，等離子體腐蝕、等離子體去膠較早被半導體生產前部工序采用，利用常壓輝光冷等離子體所產生的活性物質對有機沾污和光刻膠進行清洗，是替代濕化學清洗方法的一種綠色手段。