附着力不足？别忘了表面处理,最新资讯,MEMS微纳代加工定制化解决方案-引领mems器件工艺新潮

在半导体制造过程中，良好的附着力在许多步骤中都非常重要。其中最关键的步骤之一是光刻胶的应用。正确的光刻胶附着力对光刻工艺的成功至关重要。在显影或蚀刻过程中附着力丧失会导致图案化错误，对所制造的器件产生负面影响。Plasma（等离子体处理）和HMDS（六甲基二硅烷）是常用的两种表面处理方法，广泛应用于半导体行业。下面就对这两种常规的工艺预处理方法进行详细的阐述，希望对您有所助益。

一、Plasma预处理

氧等离子体处理是一种有效的表面清洁和改性技术，可用于去除硅片和聚合物材料表面的有机杂质，并提高其亲水性。氧等离子体中含有多种高活性物质，包括O⁺、O⁻、O₂⁻、O、O₃（电离臭氧）、激发态O₂以及电子。当这些成分重新结合，在紫外线辐射下氧等离子体中的气态物质与材料表面相互作用时，它们会断裂C-C和C-H键，有效地将有机污染物分解为CO₂、H₂O和低分子量烃类（图1）。这些副产物立即被真空系统从腔室中去除。

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图1 使用氧等离子体去除有机污染物

在去除污染物之后，氧等离子体中的物质与表面上产生的自由基反应。这一反应导致氧含功能团的接枝，如羰基（C=O）、羧基（-COOH）和羟基（-OH）等，如图2所示。于是，硅片或聚合物材料表面变得高度极性和亲水性。

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图2 氧等离子体对硅片的表面改性处理

以硅片为例，活性物质会与硅表面发生碰撞，去除有机污染物，并用含氧官能团和悬空键（自由基）取代表面原子，从而显著提高表面极性和亲水性。在以下示例中，我们使用M4L等离子体清洗机，在400W功率下用氧等离子体对(100)硅片进行3分钟的清洗。表面亲水性显著提高，在其上旋涂光刻胶RDNI-06-0250。聚酰亚胺（PI）通常是极性的材料，它的极性主要来源于其分子结构中的酰胺基团（–CONH–）和酰基（–CO–）等极性化学基团。处理后的硅表面含有丰富极性基团，易与PI形成化学键从而提高其黏附性。通过百格测试对其黏附性进行检测，如图3所示。可以明显观察到，经过处理后的PI几乎没有脱落迹象，其黏附性得到了极大的提升。

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①氧等离子体处理后的硅片表面

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②未进行处理的硅片表面

图3 PI黏附性测试

二、HMDS预处理

在半导体制造中，为确保光刻胶正确附着，晶圆表面需具备足够的疏水性，以优化与光刻胶的相容性。此过程的首步为脱水烘烤，其目的是去除晶圆表面的水分，通常在真空环境下进行，并需维持140~160°C的温度。未能有效去除水分可能导致在后续的显影或化学蚀刻过程中发生光刻胶分层。然而，脱水烘烤后，因晶圆表面会恢复至原始状态，其依然表现出亲水性，在这一状态下，硅晶圆表面覆盖一层天然氧化膜，通常由大气中的湿气作用而形成。化学上，这种膜表现为硅表面的羟基（OH基团）。

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图4 HMDS处理过程中的化学反应

进一步进行HMDS（六甲基二硅烷）处理，与脱水烘烤去除晶圆表面吸附水分不同，HMDS（六甲基二硅烷）处理通过在表面添加一层单分子膜来增强其与光刻胶的相容性。脱水烘烤后，晶圆表面会暴露于HMDS蒸汽中，这一过程通常在130至160°C的热预处理烤箱中进行。在此过程中，晶圆表面的羟基（OH基团）会与HMDS分子中的甲基发生反应，形成更加疏水的表面。这种化学改性不仅改善了晶圆表面与光刻胶的附着性，还减少了表面吸水的倾向，从而提高了光刻胶的稳定性和覆盖均匀性。

根据不同的衬底材料和所需涂敷的光刻胶类型，选择适宜的表面处理方法对于提高光刻胶的黏附性至关重要。通过精确调整表面处理工艺，可以显著改善光刻胶与衬底之间的附着力，进而提升光刻过程的稳定性和精度。这不仅有助于优化光刻胶的涂布质量，还能有效减少后续工艺中的缺陷和问题。