?晶片表面清洗
? ???? 潔凈的晶片是芯片生產(chǎn)全過程中的基本要求，但并不是在每個(gè)高溫下的操作前都必須進(jìn)行。一般說來，全部工藝過程中的高達(dá)20%的步驟為晶片清洗。而我在這里將要描述的清洗工藝，將貫穿芯片生產(chǎn)的全過程。?
?????? 半導(dǎo)體工藝的發(fā)展過程在很多方面可以說是清洗工藝隨著對無污染晶片需求不斷增長而發(fā)展的過程。晶片表面有四大常見類型的污染，每一種在晶片上體現(xiàn)為不同的問題，并可用不同的工藝去除。這四種類型是：?
? ??1．顆粒?
? ??2．有機(jī)殘余物?
? ??3．無機(jī)殘余物?
? ??4．需要去除的氧化層
??????? 通常來說，一個(gè)晶片清洗的工藝或一系列的工藝，必須在去除晶片表面全部污染物（上述類型）的同時(shí)，不會刻蝕或損害晶片表面。它在生產(chǎn)配制上是安全的、經(jīng)濟(jì)的，是為業(yè)內(nèi)可接受的。通常對清洗工藝的設(shè)計(jì)適用于兩種基本的晶片狀況。一種叫作前線（FEOL），特指那些形成活性電性部件之前的生產(chǎn)步驟。在這些步驟中，晶片表面尤其是MOS器件的柵區(qū)域，是暴露的、極易受損的。在這些清洗步驟中，一個(gè)極其關(guān)鍵的參數(shù)是表面粗糙度。過于粗糙的表面會改變器件的性能，損害器件上面沉積層的均勻性。表面粗糙度是以納米為單位的表面縱向變差的平方根（nmRMS）。2000年的要求是0.15納米，但到2010年要逐漸降低到0.1納米以下。在FEOL的清洗工藝中，另外一個(gè)值得關(guān)注的方面是光片表面的電性條件。器件表面的金屬離子污染物改變電性特征，尤其是MOS傳感器極易受損。Na+, 連同F(xiàn)e, Ni, Cu 和Zn, 是典型的問題。清洗工藝必須將其濃度降至2.5x109原子/厘米２以下從而達(dá)到2010年的器件需要。鋁和鈣也是存在的問題，它們在晶片表面的含量需要低于5x109原子/厘米２的水平。另一個(gè)最為關(guān)鍵的方面是保持柵氧的完整性。清洗工藝可能會破壞柵氧從而使其粗糙，尤其是叫薄的柵氧最易受到損害。在MOS傳感器中，柵氧是用來作絕緣介質(zhì)的，因此它必須具有一致的結(jié)構(gòu)，表面狀態(tài)和厚度。柵氧的完整性是靠測試柵的電性短路來測量的。MRTS指明，在180納米的長度上，用5毫伏/厘米的電壓測試30秒鐘，技術(shù)級柵顯示的缺陷率必須低于0.02缺陷/平方厘米。
? ???? 對于BEOL(后線)的清洗，除了顆粒問題和金屬離子的問題，通常的問題是陰離子、多晶硅柵的完整性、接觸電阻、過孔的清潔程度、有機(jī)物以及在金屬布線中總的短路和開路的數(shù)量。光刻膠的去除也是FEOL和BEOL都存在的很重要的一種清洗工藝。?
? ????? 不同的化學(xué)物質(zhì)與清洗方法相結(jié)合以適應(yīng)工藝過程中特殊步驟的需要。典型的FEOL清洗工藝（例如氧化前的清洗）列在圖5.23中。所列出的FEOL清洗稱為非HF-結(jié)尾的工藝。其它的類型是以HF去除工藝收尾的清洗。非HF-結(jié)尾的表面是親水性的，可以被烘干而不留任何水印，同時(shí)還會生成（在清洗過程中形成）一層薄的氧化膜從而對其產(chǎn)生保護(hù)作用。這樣的表面也容易吸收較多的有機(jī)污染物。HF-結(jié)尾的表面是憎水性的，在有親水性（氧化物）表面存在時(shí)不容易被烘干而不留水印。這樣的表面由于氫的表面鈍化作用而異常穩(wěn)定。29對于HF-結(jié)尾或非HF-結(jié)尾的工藝的選擇，取決于晶片表面正在制造的器件的敏感度和通常的對清潔程度的要求。
? ???? 等離子體是由部分電子被剝奪后的原子及原子被電離后產(chǎn)生的正負(fù)電子組成的離子化氣體狀物質(zhì)，它是除去固、液、氣外，物質(zhì)存在的第四態(tài)。等離子體是一種很好的導(dǎo)電體，利用經(jīng)過巧妙設(shè)計(jì)的磁場可以捕捉、移動(dòng)和加速等離子體。
? ???? 等離子體的產(chǎn)生是在密封容器中設(shè)置兩個(gè)電極形成電磁場，用真空泵實(shí)現(xiàn)一定的真空度，隨著氣體越來越稀薄，分子間距及分子或離子的自由運(yùn)動(dòng)距離也越來越長，受電磁場作用，發(fā)生碰撞而形成等離子體，同時(shí)會產(chǎn)生輝光。等離子體在電磁場內(nèi)空間運(yùn)動(dòng)，并轟擊被處理物體表面，從而達(dá)到清洗、灰化、活化、刻蝕等處理效果。
?
等離子清洗機(jī)應(yīng)用
? ??? 等離子清洗 - 等離子刻蝕 - 等離子去膠 - 等離子活化
? ??? 金屬表面去油及清洗金屬表面常常會有油脂、油污等有機(jī)物及氧化層，在進(jìn)行濺射、油漆、粘合、鍵合、焊接、銅焊和PVD、CVD涂覆前，需要用等離子處理來得到完全潔凈和無氧化層的表面。在這種情況下的等離子處理會產(chǎn)生以下效果：
? ??? 灰化表面有機(jī)層－表面會受到物理轟擊和化學(xué)處理?
? ??－在真空和瞬時(shí)高溫狀態(tài)下，污染物部分蒸發(fā)
? ??－污染物在高能量離子的沖擊下被擊碎并被真空泵抽出
? ??－紫外輻射破壞污染物 因?yàn)榈入x子處理每秒只能穿透幾個(gè)納米的厚度，所以污染層不能太厚。指紋也適用。 氧化物去除金屬氧化物會與處理氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。
? ???? 這種處理要采用氫氣或者氫氣與氬氣的混合氣體。有時(shí)也采用兩步處理工藝。第一步先用氧氣氧化表面，第二步用氫氣和氬氣的混合氣體去除氧化層。也可以同時(shí)用幾種氣體進(jìn)行處理。
? ???? 焊接通常，印刷線路板(PCB)在焊接前要用化學(xué)助焊劑處理。在焊接完成后這些化學(xué)物質(zhì)必須采用等離子方法去除，否則會帶來腐蝕等問題。鍵合好的鍵合常常被電鍍、粘合、焊接操作時(shí)的殘留物削弱，這些殘留物能夠通過等離子方法有選擇地去除。同時(shí)氧化層對鍵合的質(zhì)量也是有害的，也需要進(jìn)行等離子清洗。等離子刻蝕在等離子刻蝕過程中，通過處理氣體的作用，被刻蝕物會變成氣相。處理氣體和基體物質(zhì)被真空泵抽出，表面連續(xù)被新鮮的處理氣體覆蓋。不希望被刻蝕部分要使用材料覆蓋起來（例如半導(dǎo)體行業(yè)用鉻做覆蓋材料）。
? ????? 等離子方法也用于刻蝕塑料表面，通過氧氣可以灰化填充混合物，同時(shí)得到分布分析情況?？涛g方法在塑料印刷和粘合時(shí)作為預(yù)處理手段是十分重要的，如POM、PPS和PTFE。等離子處理可以大大地增加粘合潤濕面積提高粘合強(qiáng)度?？涛g和灰化聚四氟(PTFE)刻蝕 聚四氟(PTFE)在未做處理的情況下不能印刷或粘合。眾所周知，使用活躍的鈉堿性金屬可以增強(qiáng)粘合能力，但是這種方法不容易掌握，同時(shí)溶液是有毒的。使用等離子方法不僅僅保護(hù)環(huán)境，還能達(dá)到更好效果。
? ???? 等離子結(jié)構(gòu)可以使表面最大化，同時(shí)在表面形成一個(gè)活性層，這樣塑料就能夠進(jìn)行粘合、印刷操作。