wafer晶圆等离子表面活化原理

文章出处：等离子清洗机厂家 | 深圳纳恩科技有限公司| 发表时间：2022-11-21

等离子表面活化没有限制处理对象的材料类型，对各种金属材料、半导体材料和大多数高分子材料均可实现复杂结构中整体和局部的清洗及活化。此外，等离子表面活化工艺不会对晶圆（wafer）表面造成任何损伤，也不会使清洗表面出现再次污染，更不会有反应产物污染环境，并且高精度的时间控制使活化效果更显著。与湿化学法活化相比，等离子表面活化的使用范围更广，可用于处理各种材料，包括塑性、金属和玻璃等，使用这种等离子技术，可以高效的对材料进行预处理。

晶圆等离子表面活化原理

等离子在进行活化处理的过程中，一般根据等离子体与材料表面产生的物理或化学反应将活化方式分为两种，一种是物理轰击，主要是离子加速运动撞击晶圆（wafer）表面，通过能量损失将晶圆（wafer）表面污染物溅射出来，达到清洗目的，我们通常将这种方式称为物理活化；另一种是化学活化，化学活化则是工艺气体在放电过程中产生许多离子和中性自由基，这些自由基将与晶圆（wafer）表面发生化学反应，同时反应腔中的某些离子也会在电场作用下与晶圆（wafer）发生反应；而且等离子表面活化工艺常采用不同的工艺气体，如氢气、氧气、氩气等，这些气体在进行活化时的作用效果也迥然不同，因此等离子表面活化过程是一个复杂的物理化学过程。这两种活化方法在作用原理上存在着差异，应用范围也不尽相同。

晶圆等离子表面活化

（1）物理活化
物理活化主要是带正电的阳离子作用，阳离子在撞击被清洁物的过程中能去除表面上附着的颗粒性物质，通常将此称为溅射现象。如在等离子Ar的作用下，对硅片表面进行轰击，因Ar离子带正电而被吸附到带负电荷的晶圆（wafer）表面上，在吸附过程中有撞击作用，Ar离子将足够的能量传递到晶圆（wafer）表面，使晶圆（wafer）表面的污垢脱离，然后通过真空泵将污染物抽出。物理活化能清除表面上存在的无机及有机物污染物，特别是Pb、Fe、Cr、Cu、Ni、Ag等非挥发金属离子，并且物理活化是等离子体中的离子作纯物理撞击，它不会与材料产生任何深度化学反应，只会使材料表层的性质发生轻微变化，不会改变基体固有的一些性能，没有任何氧化物留下，且处理均匀性好。但这种物理活化工艺存在着可能造成二次污染的缺点，如晶圆（wafer）表面过量腐蚀或者污染物重新聚集在其他不希望的区域。

（2）化学活化
在化学活化工艺中，一般用反应性气体或等离子体产生的游离基与污染物反应，使污染物变为挥发性物质而除去。常用的反应性气体有氢气（H2）、氧气（O2）、甲烷（CF4）、氮气（N2）、氨气（NH3）等，这些气体能在放电氛围中产生大量相应的活性粒子，如电子、离子、原子等。这些拥有足够能量的活性粒子表现出相当强的活性，可与聚合物或其他材料的表面键发生化合反应，在材料表面引入所需官能团。例如等离子氧能产生气象辐射，用O2辐射与有机污染物进行反应生成CO2、CO和H2O后将污染物去除掉。化学清洗具有更高的清洁速度和更大的腐蚀选择性，且化学反应清除有机污染物的效果比清除金属污染物的效果好。等离子O2化学活化工艺在清洁晶圆（wafer）的同时会在其表面形成一层微弱的氧化层，这样更利于吸附OH基后使表面变得更加亲水。

本文由国产等离子设备厂家纳恩科技整理编辑。综上所述，化学活化的反应机理主要是利用大量活性粒子来与材料表面反应，生成易挥发的物质。这些活性粒子在高压力的条件下更容易生成，所以必须控制好系统的较高压力，能保证化学活化的顺利进行。相对于物理活化过程而言，化学活化工艺简单，操作方便，清洗速度快，不需要多路气体同时进入反应腔，而且活化的晶圆（wafer）表面适用面更广，因此化学活化工艺在实际中应用得更广泛。