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2024

科普分享|半導體行業的等離子清洗及案例研究

作者:

來源：Semika

等離子清洗正在推動半導體行業新發展的變革。它提供了增強型的清潔，表面改性和先進的蝕刻工藝。通過利用電離氣體，這種方法不僅能以令人難以置信的效率去除污染，而且還能控制表面狀況，以提高附著力。

從制造業到半導體開發，各行各業都在意識到等離子體高活性離子和分子的好處。這些確保表面不僅是完美的清潔，而且還針對特定的應用進行了優化。在本文中，我們將探討等離子體處理及其在半導體工業中不可或缺的作用。

什么是等離子清洗

等離子體清洗被定義為使用電離氣體與基材相互作用以去除污染和修飾其表面的過程。
等離子體清洗不僅僅是一個清洗過程，它也是一個表面改性過程和蝕刻過程。更廣泛地說，我們可以說大多數等離子清洗應用都是通過以下方式促進兩個物體之間的粘附:

對它們的接觸面進行凈化
產生改良的表面條件，例如增加表面粗糙度
增加表面能量
使表面親水
使表面疏水（不親水）

通過物理和/或化學相互作用去除金屬氧化物

等離子清洗的主要應用

等離子體處理的主要應用之一是表面清潔。在這個過程中，等離子體被用來有效地去除材料表面的污染物。由于其有效性和效率，它是許多行業中流行的清潔方法。等離子體中的高活性離子和分子可以分解有機污染物和殘留物，從而產生干凈、純凈的表面。
表面活化是另一種常見的應用。在這個過程中，等離子體處理是用來增加材料的表面能量，以提高附著力。這在材料的粘接、涂漆和涂層中特別有用，增強附著力可以提高最終產品的質量和耐用性。

等離子體處理也可用于表面涂層。在這種方法中，等離子體被用來涂覆可以保護、增強或修飾材料表面特性的涂層。它確保了均勻的涂層，并可用于各種目的，包括提高耐磨性，耐腐蝕性和環境影響。

半導體工業中的等離子清洗

等離子體處理廣泛用于一系列應用，包括清潔，蝕刻和沉積工藝。這些處理對于集成電路(IC)、微機電系統(MEMS)和其他納米級器件等半導體器件的制造和開發至關重要。

等離子體清洗用于去除半導體晶圓表面的有機和無機污染物。利用活性離子和紫外線的組合，等離子體清潔有效地消除殘留物，確保清潔和無缺陷的表面。這在分析半導體行業時非常有用。
等離子體刻蝕是半導體制造中最關鍵的應用之一。這是一個從晶圓表面去除選擇性材料的過程，留下明確定義的圖案，這些圖案是半導體設備功能不可或缺的一部分。
等離子體處理可以進行高度的控制，能夠以極高的精度創建復雜的圖案和結構。這是一種高效的工藝，對于實現半導體制造所需的清潔度和模式分辨率至關重要。使用不同氣體，以及對工藝參數精確控制，可以對材料表面特性進行大范圍的修改。

案例1：等離子清洗和焊線成品率

在半導體工業中，一個典型的應用是用等離子體清洗引線框架的表面和安裝在其上的模具。這通常在金屬絲粘合過程之前進行，目的是提高粘合效率。它也在成型工藝之前進行，以確保消除空隙和分層，從而提高成品率。

半導體制造工藝旨在制造每個單獨的晶片，使其按照規格執行。然而，加工過程中的制造問題，工藝變量的變化以及來自其他工藝的交叉污染可能導致一些模具因NSOP(不粘在焊盤上)現象而失效。

通過等離子清洗，這種NSOP粘結不成功(焊絲和模具墊面之間沒有粘連)的事件得到了有效控制。

案例2：表面預處理

在電子和半導體行業中，表面處理是線鍵合和封裝成品率的關鍵步驟，而等離子體處理在確保這些過程有效進行方面起著關鍵作用。

線鍵合是一種將半導體器件與其封裝連接起來的方法，它涉及到使用細線來建立電氣連接。在這個過程中，表面預準備是必不可少的，以確保表面清潔，無污染物，并充分激活，以促進線和半導體器件之間的強附著力。

這種表面預處理非常重要，因為表面上的任何污染都可能嚴重阻礙電線粘合過程。污染物會導致附著力差。均勻的表面確保了一致的線鍵合效果，減少了可變性，提高了半導體器件的整體可靠性。

案例3：鍵合良率問題
等離子體清潔可以幫助解決問題的例子來自于一個實驗，在這個實驗中，一種涂有金的鈀鍵合墊被開發出來，以減少硅表面凹坑。該組件在提高其硬度的同時，由于表面氧化物的存在，顯示出較高的結合不良率。為了減少或消除這些氧化物，使用Ar/H2等離子體形成氫自由基并與金屬氧化物發生化學反應。與純氬離子轟擊相比，Ar/H2對金屬氧化物的去除更有效、更快。

簡而言之，這種由鍍金的鈀制成的鍵合墊，本應很堅固，但由于表面氧化物(類似鐵銹的化合物)的存在，它存在鍵合不良率高的問題。實驗中，把氬氣和氫氣的混合物轉化為等離子體，這是一種可以清潔和修飾表面的增壓氣體。這種等離子體混合物有助于有效地去除表面氧化物。當用這種等離子體混合物清洗焊盤時，引線鍵合不良問題顯著減少。