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由于低電阻、高電遷移率和高布線密度，銅(Cu)逐漸取代鋁(Al)成為微電子器件的主流互連材料。與Al相比，Cu難以蝕刻，難以精細(xì)加工。例如，鹵化銅的蒸汽壓比鹵化鋁的蒸汽壓低，需要更高的蝕刻溫度才能實(shí)現(xiàn)相同的蝕刻速率。如果提高蝕刻溫度，銅的表面氧化是不可避免的。同時(shí)，表面污染物的存在，如油污、灰塵和之前涂層形成的殘留物，會(huì)直接影響真空度，增加膜失效的可能性。在工業(yè)上，等離子體的物理作用常用于去除銅表面的污染物。然而，不同等離子體對(duì)銅的清洗效率和表面的影響尚不清楚。與傳統(tǒng)清洗方式相比，等離子體清洗可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜設(shè)備中零件的在線或離線清洗。在半導(dǎo)體中，等離子體清洗可以有效去除涂層和芯片表面的有機(jī)物和顆粒。在濺射鍍膜方面，有研究表明，等離子體清洗不僅可以去除表面污染物，還可以激活基材表面進(jìn)行膜沉積。對(duì)于同樣被廣泛使用的激光清洗，等離子體清洗可以減少精密元件的清洗損傷，從而提高精密元件的使用壽命和質(zhì)量。

等離子體清洗純銅表面氧化污染物機(jī)制

暴露在空氣中的銅表面容易氧化形成CuO及Cu?O等氧化物，這些氧化物會(huì)降低銅的導(dǎo)電性能和機(jī)械性能等，而等離子清洗通過還原處理可以有效去除這些氧化物，改善銅表面的親水性能。

一般來說，等離子體的清洗效果是通過物理碰撞和化學(xué)反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)的。等離子體中的電子或離子對(duì)表面的沖擊可以將顆粒狀物質(zhì)從表面去除。等離子體中的自由基、紫外線等高能物質(zhì)可以破壞和分解表面附著材料的分子鏈。

在處理銅表面氧化物時(shí)，常用的等離子體清洗氣體使用Ar+H2作為工藝氣體等。例如，使用Ar（5%H?）等離子體來清洗銅表面時(shí)，其工作原理如下：在等離子清洗設(shè)備的腔體內(nèi)存在高頻交變電磁場，氬等離子體在電場作用下加速產(chǎn)生動(dòng)能，轟擊銅表面，對(duì)銅表面進(jìn)行物理清洗，使銅表面污染物中的大分子化學(xué)鍵斷裂，污染物氣化為小分子物質(zhì)，并使用N?將其抽離；同時(shí)，氬離子撞擊氫氣分子，增加氫等離子體數(shù)量，進(jìn)行銅表面的化學(xué)清洗。此外，在高頻電磁場作用下，氫氣分子經(jīng)過輝光放電方式，生成氫等離子體、電子、各種氫離子、氫原子等。其中，氫原子與銅表面的氧化物發(fā)生還原反應(yīng)，去除氧化層并激活銅表面。

銅表面等離子清洗前后對(duì)比

圖 1 銅實(shí)驗(yàn)樣品等離子清洗前后對(duì)比圖

如圖1所示，銅樣品表面的氧化物薄膜幾乎被清洗完全，銅樣品被還原至原來的顏色。

等離子清洗是一種高效且廣泛應(yīng)用的表面處理方法，能夠顯著提高銅表面的清潔度和還原銅表面的氧化物，適用于多種工業(yè)和科技應(yīng)用中。