?晶片表面清洗
? ???? 潔凈的晶片是芯片生產(chǎn)全過(guò)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(shuō)來(lái)，全部工藝過(guò)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(guò)程。?
?????? 半導(dǎo)體工藝的發(fā)展過(guò)程在很多方面可以說(shuō)是清洗工藝隨著對(duì)無(wú)污染晶片需求不斷增長(zhǎng)而發(fā)展的過(guò)程。晶片表面有四大常見(jiàn)類型的污染，每一種在晶片上體現(xiàn)為不同的問(wèn)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(wú)機(jī)殘余物?
? ??4．需要去除的氧化層
??????? 通常來(lái)說(shuō)，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(huì)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(duì)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(guò)于粗糙的表面會(huì)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(wèn)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(wèn)題，它們?cè)诰砻娴暮啃枰陀?x109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(huì)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(lái)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(cè)試柵的電性短路來(lái)測(cè)量的。MRTS指明，在180納米的長(zhǎng)度上，用5毫伏/厘米的電壓測(cè)試30秒鐘，技術(shù)級(jí)柵顯示的缺陷率必須低于0.02缺陷/平方厘米。
? ???? 對(duì)于BEOL(后線)的清洗，除了顆粒問(wèn)題和金屬離子的問(wèn)題，通常的問(wèn)題是陰離子、多晶硅柵的完整性、接觸電阻、過(guò)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(guò)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(huì)生成（在清洗過(guò)程中形成）一層薄的氧化膜從而對(duì)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(duì)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(duì)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(guò)巧妙設(shè)計(jì)的磁場(chǎng)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(chǎng)，用真空泵實(shí)現(xiàn)一定的真空度，隨著氣體越來(lái)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(lái)越長(zhǎng)，受電磁場(chǎng)作用，發(fā)生碰撞而形成等離子體，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生輝光。等離子體在電磁場(chǎng)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。
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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(huì)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(lái)得到完全潔凈和無(wú)氧化層的表面。在這種情況下的等離子處理會(huì)產(chǎn)生以下效果：
? ??? 灰化表面有機(jī)層－表面會(huì)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(huì)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(huì)帶來(lái)腐蝕等問(wèn)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(guò)等離子方法有選擇地去除。同時(shí)氧化層對(duì)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(guò)程中，通過(guò)處理氣體的作用，被刻蝕物會(huì)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(lái)（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(guò)氧氣可以灰化填充混合物，同時(shí)得到分布分析情況。刻蝕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(rùn)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。