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生产芯片需要做的处理
 

晶片表面清洗
    洁净的晶片是芯片生产全过程中的基本要求,但并不是在每个高温下的操作前都必须进行。一般说来,全部工艺过程中的高达20%的步骤为晶片清洗。而我在这里将要描述的清洗工艺,将贯穿芯片生产的全过程。 
    半导体工艺的发展过程在很多方面可以说是清洗工艺随着对无污染晶片需求不断增长而发展的过程。晶片表面有四大常见类型的污染,每一种在晶片上体现为不同的问题,并可用不同的工艺去除。这四种类型是: 
    1.颗粒 
    2.有机残余物 
    3.无机残余物 
    4.需要去除的氧化层
    通常来说,一个晶片清洗的工艺或一系列的工艺,必须在去除晶片表面全部污染物(上述类型)的同时,不会刻蚀或损害晶片表面。它在生产配制上是安全的、经济的,是为业内可接受的。通常对清洗工艺的设计适用于两种基本的晶片状况。一种叫作前线(FEOL),特指那些形成活性电性部件之前的生产步骤。在这些步骤中,晶片表面尤其是MOS器件的栅区域,是暴露的、极易受损的。在这些清洗步骤中,一个极其关键的参数是表面粗糙度。过于粗糙的表面会改变器件的性能,损害器件上面沉积层的均匀性。表面粗糙度是以纳米为单位的表面纵向变差的平方根(nmRMS)。2000年的要求是0.15纳米,但到2010年要逐渐降低到0.1纳米以下。在FEOL的清洗工艺中,另外一个值得关注的方面是光片表面的电性条件。器件表面的金属离子污染物改变电性特征,尤其是MOS传感器极易受损。Na+, 连同Fe, Ni, Cu 和Zn, 是典型的问题。清洗工艺必须将其浓度降至2.5x109原子/厘米2以下从而达到2010年的器件需要。铝和钙也是存在的问题,它们在晶片表面的含量需要低于5x109原子/厘米2的水平。另一个最为关键的方面是保持栅氧的完整性。清洗工艺可能会破坏栅氧从而使其粗糙,尤其是叫薄的栅氧最易受到损害。在MOS传感器中,栅氧是用来作绝缘介质的,因此它必须具有一致的结构,表面状态和厚度。栅氧的完整性是靠测试栅的电性短路来测量的。MRTS指明,在180纳米的长度上,用5毫伏/厘米的电压测试30秒钟,技术级栅显示的缺陷率必须低于0.02缺陷/平方厘米。
    对于BEOL(后线)的清洗,除了颗粒问题和金属离子的问题,通常的问题是阴离子、多晶硅栅的完整性、接触电阻、过孔的清洁程度、有机物以及在金属布线中总的短路和开路的数量。光刻胶的去除也是FEOL和BEOL都存在的很重要的一种清洗工艺。 
    不同的化学物质与清洗方法相结合以适应工艺过程中特殊步骤的需要。典型的FEOL清洗工艺(例如氧化前的清洗)列在图5.23中。所列出的FEOL清洗称为非HF-结尾的工艺。其它的类型是以HF去除工艺收尾的清洗。非HF-结尾的表面是亲水性的,可以被烘干而不留任何水印,同时还会生成(在清洗过程中形成)一层薄的氧化膜从而对其产生保护作用。这样的表面也容易吸收较多的有机污染物。HF-结尾的表面是憎水性的,在有亲水性(氧化物)表面存在时不容易被烘干而不留水印。这样的表面由于氢的表面钝化作用而异常稳定。29对于HF-结尾或非HF-结尾的工艺的选择,取决于晶片表面正在制造的器件的敏感度和通常的对清洁程度的要求。
    等离子体是由部分电子被剥夺后的原子及原子被电离后产生的正负电子组成的离子化气体状物质,它是除去固、液、气外,物质存在的第四态。等离子体是一种很好的导电体,利用经过巧妙设计的磁场可以捕捉、移动和加速等离子体。
    等离子体的产生是在密封容器中设置两个电极形成电磁场,用真空泵实现一定的真空度,随着气体越来越稀薄,分子间距及分子或离子的自由运动距离也越来越长,受电磁场作用,发生碰撞而形成等离子体,同时会产生辉光。等离子体在电磁场内空间运动,并轰击被处理物体表面,从而达到清洗、灰化、活化、刻蚀等处理效果。

 

离子清洗机应用
    等离子清洗 - 等离子刻蚀 - 等离子去胶 - 等离子活化
    金属表面去油及清洗金属表面常常会有油脂、油污等有机物及氧化层,在进行溅射、油漆、粘合、键合、焊接、铜焊和PVD、CVD涂覆前,需要用等离子处理来得到完全洁净和无氧化层的表面。在这种情况下的等离子处理会产生以下效果:
    灰化表面有机层-表面会受到物理轰击和化学处理 
    -在真空和瞬时高温状态下,污染物部分蒸发
    -污染物在高能量离子的冲击下被击碎并被真空泵抽出
    -紫外辐射破坏污染物 因为等离子处理每秒只能穿透几个纳米的厚度,所以污染层不能太厚。指纹也适用。 氧化物去除金属氧化物会与处理气体发生化学反应。
    这种处理要采用氢气或者氢气与氩气的混合气体。有时也采用两步处理工艺。第一步先用氧气氧化表面,第二步用氢气和氩气的混合气体去除氧化层。也可以同时用几种气体进行处理。
    焊接通常,印刷线路板(PCB)在焊接前要用化学助焊剂处理。在焊接完成后这些化学物质必须采用等离子方法去除,否则会带来腐蚀等问题。键合好的键合常常被电镀、粘合、焊接操作时的残留物削弱,这些残留物能够通过等离子方法有选择地去除。同时氧化层对键合的质量也是有害的,也需要进行等离子清洗。等离子刻蚀在等离子刻蚀过程中,通过处理气体的作用,被刻蚀物会变成气相。处理气体和基体物质被真空泵抽出,表面连续被新鲜的处理气体覆盖。不希望被刻蚀部分要使用材料覆盖起来(例如半导体行业用铬做覆盖材料)。
    等离子方法也用于刻蚀塑料表面,通过氧气可以灰化填充混合物,同时得到分布分析情况。刻蚀方法在塑料印刷和粘合时作为预处理手段是十分重要的,如POM、PPS和PTFE。等离子处理可以大大地增加粘合润湿面积提高粘合强度。刻蚀和灰化聚四氟(PTFE)刻蚀 聚四氟(PTFE)在未做处理的情况下不能印刷或粘合。众所周知,使用活跃的钠碱性金属可以增强粘合能力,但是这种方法不容易掌握,同时溶液是有毒的。使用等离子方法不仅仅保护环境,还能达到更好效果。
    等离子结构可以使表面最大化,同时在表面形成一个活性层,这样塑料就能够进行粘合、印刷操作

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