MC应用｜如何使用等离子清洗来提高引线键合和倒装芯片键合的可靠性和成功率?

典型应用

等离子体是一种电离气相物质，由离子、电子、中性原子或保持电荷中性的分子组成。为了点燃等离子体，自由移动的电子将被外部电场加速，并获得足够的能量来电离沿路径的中性原子或分子。如果使用氧气或氢气产生等离子体，高能电子可以解离氧/氢分子并产生原子氧/氢、臭氧或其他类型的活性自由基。除了反应性自由基，等离子体还可以产生高能离子。血浆与样品相互作用的主要机制有两种。第一个是与活性自由基的化学反应。二是物理高能离子溅射。这两种机制在去除引线键合和倒装芯片键合工艺的表面污染方面都发挥着重要作用。以下是等离子清洗如何使引线键合和倒装芯片键合工艺受益。

有机污染物是许多引线键合和倒装芯片键合工艺中的主要污染源。幸运的是，活性氧或氢自由基可以快速与表面有机污染物发生反应，如碳氢化合物、光刻胶残留物、助焊剂残留物、胶带残留物等。等离子蚀刻已广泛应用于 IC 制造过程中，因为它可以精确去除材料在纳米尺度上。键合和封装过程中的组件规模通常要大得多。所以如果有机污染物的厚度超过几十微米，单独的等离子清洗工艺可能不是很有效。焊盘表面上的大部分污染物的厚度在纳米级到几微米的量级。这些污染物可以在几分钟内通过等离子清洗工艺快速去除。如果助焊剂、胶带和粘合剂的残留物厚度超过几微米，则应在等离子清洗步骤之前先进行溶剂清洗工艺。

如果有机污染物的厚度在几纳米量级，纯氩等离子清洗工艺也可以通过物理氩离子溅射工艺有效去除表面污染物。如果芯片、PCB 或引线框架含有易氧化的活性金属，例如银、铜或铝，则不应使用氧等离子体。对于这些样品，应使用纯氩等离子体或与氢气混合的氩气。对于金焊盘，氩气、氧气或氢气等离子都可以达到很好的效果。在大多数情况下，氧等离子体的蚀刻速度对于有机材料来说明显更高。

氩气或氩+氢等离子体可以去除焊盘上的表面氧化物和氟化物

氩等离子清洗前后的银焊盘

水滴接触角测量方法已被广泛用作评估样品表面有机污染物厚度的低成本方法。有机污染物可以排斥水，从而增加接触角。干净的表面会显着降低接触角。当然，低接触角意味着更高的表面能。对于倒装芯片底部填充应用，高表面能可以显着提高芯吸速度，减少底部填充空隙，并产生均匀的圆角高度。

等离子清洗前后的4英寸晶圆

在等离子清洗的直接模式中，样品直接浸入等离子中。样品将经历高能离子溅射和与氧或氢自由基的表面化学反应。等离子体还可以产生红外、可见光和紫外光子。一些专用芯片对表面离子溅射、紫外光子辐射或电荷极为敏感。在这种情况下，可以使用更温和的下游等离子清洗模式。在 Tergeo 等离子系统的等离子清洗的下游模式中，等离子不会直接在样品室中产生。它是在连接到样品室的单独等离子源中产生的。由于样品没有浸入等离子体中，因此可以最大限度地减少表面离子溅射、UV光子辐射和带电。下游模式样品清洗主要是与从远程等离子体源扩散出来的中性自由基的表面化学反应。直接模式等离子清洗通常比下游模式等离子清洗更快。下游模式比直接模式更温和。由于物理离子溅射在下游模式等离子清洗中大多不存在，纯氩等离子不会很有效。通常，应将氧气或氢气添加到用于下游模式等离子体清洁的工艺气体中。纯氩等离子体不会很有效。通常，应将氧气或氢气添加到用于下游模式等离子体清洁的工艺气体中。纯氩等离子体不会很有效。通常，应将氧气或氢气添加到用于下游模式等离子体清洁的工艺气体中。

直接（左）和下游（右）等离子清洗模式

等离子清洗可有效去除厚度小于几微米的有机污染物。尽管可以用氧等离子体灰化较厚的有机污染物层，但时间可能比溶剂清洁方法长。在某些情况下，不能使用氧等离子体，因为铜和银等活性金属很容易被氧等离子体氧化。纯氩离子溅射清洗方法对去除厚厚的有机污染物层不是很有效。如果芯片有厚厚的焊锡、粘合剂或胶带残留物，最好用溶剂清洗方法去除大部分残留物，然后再进行等离子清洗工艺，以达到原始表面清洁度。

对于表面氧化物或氮化物，厚度应为几十纳米或更小，以使等离子清洗对氩或氩+氢等离子体有效。在正常室温下，它不能去除表面层以下深处的氧化物或氮化物。

等离子清洗在去除晶圆切割过程中产生的大锯末或颗粒/碎片方面可能不是很有效，因为这些污染物通常是大的无机颗粒或沉积物，不容易被氩气、氩气+氧气蚀刻或溅射掉，或氩+氢等离子体。