等离子清洗在先进封装工艺中的应用芯片失效分析半导体工程师2

芯片失效分析半导体工程师2022-03-1309:20
摘要：以等离子清洗原理为基础，介绍常用等离子体激发频率及实现方式，阐述先进的封装工艺过程，分析等离子清洗在封装工艺过程中的应用。通过对等离子清洗前后水滴角对比试验和清洗后不同时刻的水滴角测量，得到等离子清洗的时效性。结果表明，实验达到了预期效果，符合封装工艺的实际情况，可为提高封装芯片质量提供参考。
随着光电产业的迅猛发展，半导体等微电子产业迎来了黄金发展期，促使产品的性能和质量成为微电子技术产业公司的追求。高精度、高性能以及高质量是众多高科技领域的行业标准和企业产品检验的标准。在整个微电子封装工艺生产流程中，半导体器件产品表面会附着各种微粒等沾污杂质。这些沾污杂质的存在会严重影响微电子器件的可靠性和工作寿命。因为干法清洗方式能够不破坏芯片表面材料特性和导电特性就可去除污染物，所以在众多清洗方式中具有明显优势，其中等离子体清洗优势明显，具有操作简单、精密可控、无需加热处理、整个工艺过程无污染以及安全可靠等特点，在先进封装领域中获得了大规模的推广应用。
1等离子清洗
等离子体是在胶体内包括足够多的正负电荷数量，且正负电荷数目相当的带电粒子的物质堆积状态，或者是由大量带电粒子组成的非凝聚系统。等离子体中包括正负电荷和亚稳态的分子和原子等。
一方面，当各种活性粒子与被清洗物体表面彼此碰触时，各种活性粒子与物体表面杂质污物会发生化学反应，形成易挥发性的气体等物质，随后易挥发性的物质会被真空泵吸走。例如，活性氧等离子体与材料表面的有机物发生氧化反应。它的优点是清洗过程相对较快、选择性相对好以及清除污染物的效果非常好，缺点是产品外表面发生氧化产生氧化物，附着在产品表面。
另一方面，各种活性粒子会轰击清洗材料表面，使得材料表面的沾污杂质会随气流被真空泵吸走。这种清洗方式本身不存在化学反应，在被清洁材料表面没有留下任何氧化物，因此可以很好地保全被清洗物的纯净性，保障材料的各向异性。但是，它会对材料表面造成很大损伤和侵蚀，会在材料表面发生很大的反应热，对被清洗表面的杂质污物选择性差。例如，用活性氩等离子体清洗物件表面微粒污染物，活性氩等离子体轰击被清洗件表面后产生的挥发性污染物会被真空泵排出。
在实际生产中可使用化学方法和物理方法同时进行清洗。它的清洗速率通常比单独使用物理清洗或化学清洗快。但考虑到一些气体的易爆性能，需严格控制混合气体中各气体的占比，使其含量搭配合理。
目前，在实际应用中，广泛被用来激发等离子体的频率有40kHz、13.56MHz、2.45GHz这3种。频率最高的为超声等离子体，只发生物理反应，没有化学反应。次之的为射频等离子体，既发生化学反应也发生物理反应。频率最低的为微波等离子体，仅发生化学反应，不涉及物理反应。化学反应中常使用的工艺气体是氧气或氢气，物理反应中的典型工艺气体是氩气。但是， 40kHz的等离子体会改变被清洁表面性质，因此实际封装生产应用中大多用13.56MHz的等离子体清洗和2.45GHz的等离子体清洗。
2先进封装工艺
微电子产品的制造生产中，从芯片开始的设计到其后的制造，再到最后的封装和测试，每一道工序约占其总成本的33.3% 。从传统的各个元件分别封装，变成一个个集成系统的封装，微电子封装起着不可替代的重要地位，关系着产品从器件到系统的整体链接，以及微电子产品的质量好坏和市场竞争力。封装工艺通常可以分为前段操作和后段操作两大步，并以塑料封装成型作为前后段操作的分界点。通常情况下，芯片封装技术的基本工艺流程如下。第一步，硅片减薄，通过抛光、磨削、研磨以及腐蚀等达到减薄目的。第二步，晶圆切割，把制造的晶圆按设计要求分切成所需要的尺寸。第三步，芯片贴装，完成不同位置及各个型号尺寸芯片的贴片工艺。第四步，芯片互联，将芯片与各个引脚、I/O以及基板上布焊区等位置相连接，保证信号传输的流畅性和稳定性。第五步，成型技术，塑料封装，给芯片包覆外衣。第六步，去飞边毛刺，使外观更美观。第七步，切筋成型，按设计要求设计尺寸，将产品完成冲切分离，引脚打完成型，为后续工序提供半成品。第八步，上焊锡打码工序，注明产品规格和制造商等，注明其身份信息。