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半导体封装等离子清洗的基本技术原理

半导体器件生产过程中,受材料、工艺以及环境的影响,晶圆芯片表面会存在肉眼看不到的各种微粒、有机物、氧化物及残留的磨料颗粒等沾污杂质,而等离子清洗是最适合的工艺方法。


在不破坏晶圆芯片及其他所用材料的表面特性、热学特性和电学特性的前提下,清洗去除晶圆芯片表面的有害沾污杂质物,对半导体器件功能性、可靠性、集成度等显得尤为重要;否则,它们将对半导体器件的性能造成致命缺陷和影响,极大地降低产品良率,并将制约半导体器件的进一步发展。


等离子清洗的基本技术原理如下:


1、在密闭的真空腔体中,通过真空泵不断抽气,使得压力值逐渐变小,真空度不断提高,分子间的间距被拉大,分子间作用力越来越小,利用等离子发生器产生的高压交变电场将Ar、H2、N2、O2、CF4等工艺气体激发、震荡形成具有高反应活性或高能量的等离子体,进而与有机污染物及微颗粒污染物反应或碰撞形成挥发性物质,最终由工作气体流及真空泵将这些挥发性物质清除出去,从而达到表面清洁、活化、刻蚀等目的。如下图所示:

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2、等离子清洗并不会破坏被处理的材料或者产品的固有特性,发生改变的仅仅是表面纳米级的厚度,被清洗的材料或产品表面污染物被去除,分子键打开后极其微小的结构变化,形成一定的粗糙度或者是在表面产生亲水性的官能基,使得金属焊接的可靠性增强、不同材料之间的结合力提高等,从而提高产品的信赖度、稳定性,延长产品的使用寿命。


3、半导体封装等离子清洗根据其反应类型可分为以下三种:

a.物理反应的清洗:利用Ar等惰性气体轻易不与其他物质发生反应,离子质量比较重,对材料表面进行物理轰击,清除污染物或将高分子的键结打断,形成微结构粗糙面。

例:Ar+e- →Ar++2e-     Ar++沾污→挥发性沾污

Ar+在自偏压或外加偏压作用下被加速产生动能,然后轰击在放在负电极上的被清洗工件表面,一般用于去除氧化物、环氧树脂溢出或是微颗粒污染物,同时进行表面能活化。

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b.化学反应的清洗:利用H2、O2等活跃性气体的特性,使之发生还原反应或形成多键结构的活性官能团,进行表面改性,提高亲水性等。

例1:O2+e- →2O*+e-      O*+有机物→CO2+H2O

从反应式可见,氧等离子体通过化学反应可使非挥发性有机物变成易挥发的H2O和CO2

例2:H2+e- →2H*+e-      H*+非挥发性金属氧化物→金属+H2O

从反应式可见,氢等离子体通过化学反应可以去除金属表面氧化层,清洁金属表面。


c.物理化学反应的清洗:根据需要通入不同组合的工艺气体,例如Ar、H2混合气,其效果既有良好的选择性、清洗性、均匀性,又有较好的方向性。


深圳市诚峰智造有限公司,真诚感谢新老客户长期以来对等离子技术的关注及对我公司的信任与支持。并欢迎新老客户前往我公司参观指导。

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