wafer晶圓等離子表面活化原理

文章出處：等離子清洗機廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發(fā)表時間：2022-11-21

等離子表面活化沒有限制處理對象的材料類型，對各種金屬材料、半導(dǎo)體材料和大多數(shù)高分子材料均可實現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)中整體和局部的清洗及活化。此外，等離子表面活化工藝不會對晶圓（wafer）表面造成任何損傷，也不會使清洗表面出現(xiàn)再次污染，更不會有反應(yīng)產(chǎn)物污染環(huán)境，并且高精度的時間控制使活化效果更顯著。與濕化學(xué)法活化相比，等離子表面活化的使用范圍更廣，可用于處理各種材料，包括塑性、金屬和玻璃等，使用這種等離子技術(shù)，可以高效的對材料進(jìn)行預(yù)處理。

晶圓等離子表面活化原理

等離子在進(jìn)行活化處理的過程中，一般根據(jù)等離子體與材料表面產(chǎn)生的物理或化學(xué)反應(yīng)將活化方式分為兩種，一種是物理轟擊，主要是離子加速運動撞擊晶圓（wafer）表面，通過能量損失將晶圓（wafer）表面污染物濺射出來，達(dá)到清洗目的，我們通常將這種方式稱為物理活化；另一種是化學(xué)活化，化學(xué)活化則是工藝氣體在放電過程中產(chǎn)生許多離子和中性自由基，這些自由基將與晶圓（wafer）表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，同時反應(yīng)腔中的某些離子也會在電場作用下與晶圓（wafer）發(fā)生反應(yīng)；而且等離子表面活化工藝常采用不同的工藝氣體，如氫氣、氧氣、氬氣等，這些氣體在進(jìn)行活化時的作用效果也迥然不同，因此等離子表面活化過程是一個復(fù)雜的物理化學(xué)過程。這兩種活化方法在作用原理上存在著差異，應(yīng)用范圍也不盡相同。

晶圓等離子表面活化

（1）物理活化
物理活化主要是帶正電的陽離子作用，陽離子在撞擊被清潔物的過程中能去除表面上附著的顆粒性物質(zhì)，通常將此稱為濺射現(xiàn)象。如在等離子Ar的作用下，對硅片表面進(jìn)行轟擊，因Ar離子帶正電而被吸附到帶負(fù)電荷的晶圓（wafer）表面上，在吸附過程中有撞擊作用，Ar離子將足夠的能量傳遞到晶圓（wafer）表面，使晶圓（wafer）表面的污垢脫離，然后通過真空泵將污染物抽出。物理活化能清除表面上存在的無機及有機物污染物，特別是Pb、Fe、Cr、Cu、Ni、Ag等非揮發(fā)金屬離子，并且物理活化是等離子體中的離子作純物理撞擊，它不會與材料產(chǎn)生任何深度化學(xué)反應(yīng)，只會使材料表層的性質(zhì)發(fā)生輕微變化，不會改變基體固有的一些性能，沒有任何氧化物留下，且處理均勻性好。但這種物理活化工藝存在著可能造成二次污染的缺點，如晶圓（wafer）表面過量腐蝕或者污染物重新聚集在其他不希望的區(qū)域。

（2）化學(xué)活化
在化學(xué)活化工藝中，一般用反應(yīng)性氣體或等離子體產(chǎn)生的游離基與污染物反應(yīng)，使污染物變?yōu)閾]發(fā)性物質(zhì)而除去。常用的反應(yīng)性氣體有氫氣（H2）、氧氣（O2）、甲烷（CF4）、氮氣（N2）、氨氣（NH3）等，這些氣體能在放電氛圍中產(chǎn)生大量相應(yīng)的活性粒子，如電子、離子、原子等。這些擁有足夠能量的活性粒子表現(xiàn)出相當(dāng)強的活性，可與聚合物或其他材料的表面鍵發(fā)生化合反應(yīng)，在材料表面引入所需官能團(tuán)。例如等離子氧能產(chǎn)生氣象輻射，用O2輻射與有機污染物進(jìn)行反應(yīng)生成CO2、CO和H2O后將污染物去除掉。化學(xué)清洗具有更高的清潔速度和更大的腐蝕選擇性，且化學(xué)反應(yīng)清除有機污染物的效果比清除金屬污染物的效果好。等離子O2化學(xué)活化工藝在清潔晶圓（wafer）的同時會在其表面形成一層微弱的氧化層，這樣更利于吸附OH基后使表面變得更加親水。

本文由國產(chǎn)等離子設(shè)備廠家納恩科技整理編輯。綜上所述，化學(xué)活化的反應(yīng)機理主要是利用大量活性粒子來與材料表面反應(yīng)，生成易揮發(fā)的物質(zhì)。這些活性粒子在高壓力的條件下更容易生成，所以必須控制好系統(tǒng)的較高壓力，能保證化學(xué)活化的順利進(jìn)行。相對于物理活化過程而言，化學(xué)活化工藝簡單，操作方便，清洗速度快，不需要多路氣體同時進(jìn)入反應(yīng)腔，而且活化的晶圓（wafer）表面適用面更廣，因此化學(xué)活化工藝在實際中應(yīng)用得更廣泛。