等离子体清洗及其在电子封装中的应用

半导体器件生产过程中，晶圆芯片表面会存在各种颗粒、金属离子、有机物及残留的磨料颗粒等沾污杂质。为保证集成电路IC集成度和器件性能，必须在不破坏芯片及其他所用材料的表面特性、电特性的前提下，清洗去除芯片表面上的这些有害沾污杂质物。否则，它们将对芯片性能造成致命影响和缺陷，大大地降低产品合格率，并将制约器件的进一步发展。目前，器件生产中的几乎每道工序都有清洗这一步骤，其目的是去除芯片表面沾污、杂质，现广泛应用的物理化学清洗方法大致可分成湿法清洗和干法清洗两类，尤其是干法清洗发展很快，其中的等离子体清洗优势明显，在半导体器件及光电子元器件封装领域中获得推广应用。

2 等离子体清洗

等离子体就是由正离子、负离子、自由电子等带电粒子和不带电的中性粒子如激发态分子以及自由基组成的部分电离的气体，由于其正负电荷总是相等的，所以称为等离子体。这也是物质存在的又一种基本形态（第四态）。一种新形态必然有与其相应的化学行为，由于等离子体中的电子、离子和自由基等活性粒子的存在，其本身很容易与固体表面发生反应，这种反应可分为物理的或化学的。用等离子体通过化学或物理作用时对工件（生产过程中的电子元器件及其半成品、零部件、基板、印制电路板）表面进行处理，实现分子水平的污渍、沾污去除（一般厚度在3nm～30nm），提高表面活性的工艺叫做等离子体清洗。其机理主要是依靠等离子体中活性粒子的“活化作用”，达到去除物体表面污渍的目的，其通常包括无机气体被激发为等离子态、气相物质被吸附在固体表面、被吸附基团与固体表面分子反应生成产物分子、产物分子解析形成气相、反应残余物脱离表面等过程。

等离子体清洗的大特点是不分处理对象的基材类型均可进行处理，对金属、半导体、氧化物、有机物和大多数高分子材料也能进行很好的处理，只需要很低的气体流量，并可实现整体和局部以及复杂结构的清洗。在等离子体清洗工艺中，不使用任何化学溶剂，因此基本上无污染物，有利于环境保护。此外，其生产成本较低，清洗具有良好的均匀性和重复性、可控性，易实现批量生产。

3 等离子体清洗的类别

基本的等离子体清洗设备由四大部分组成，即激发电源、真空泵、真空腔、反应气体源。激发电源是提供气体放电能量来源的电源，可以采用不同的频率；真空泵的主要作用是抽走副产品，包括旋片式机械泵或增压泵；真空腔内带有放电电离的电极，将反应气体变成等离子体；反应气体源一般采用的气体有氩、氧、氢、氮、四氯化碳等单一气体，或两种气体混合使用。有许多因素支配着等离子体清洗的效用，这些因素包含化学性质的选择、制程参数、功率、时间、零件放置及电极构造。不同的清洗用途所需要的设备结构、电极接法、反应气体种类是不同的，其工艺原理也有很大区别，有的是物理反应，有的是化学反应，有的是物理化学两种作用都产生，反应的有效性取决于等离子体气源、等离子系统的组合及等离子工艺操作参数。表1示出半导体生产中等离子工艺的选择及应用，等离子体腐蚀、等离子体去胶较早被半导体生产前部工序采用，利用常压辉光冷等离子体所产生的活性物质对有机沾污和光刻胶进行清洗，是替代湿化学清洗方法的一种绿色手段。