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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現相同的蝕刻速率。如果提高蝕刻溫度，銅的表面氧化是不可避免的。同時，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現復雜設備中零件的在線或離線清洗。在半導體中，等離子體清洗可以有效去除涂層和芯片表面的有機物和顆粒。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行膜沉積。對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量。

等離子體清洗純銅表面氧化污染物機制

暴露在空氣中的銅表面容易氧化形成CuO及Cu?O等氧化物，這些氧化物會降低銅的導電性能和機械性能等，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反應來實現的。等離子體中的電子或離子對表面的沖擊可以將顆粒狀物質從表面去除。等離子體中的自由基、紫外線等高能物質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，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，其工作原理如下：在等離子清洗設備的腔體內存在高頻交變電磁場，氬等離子體在電場作用下加速產生動能，轟擊銅表面，對銅表面進行物理清洗，使銅表面污染物中的大分子化學鍵斷裂，污染物氣化為小分子物質，并使用N?將其抽離；同時，氬離子撞擊氫氣分子，增加氫等離子體數量，進行銅表面的化學清洗。此外，在高頻電磁場作用下，氫氣分子經過輝光放電方式，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，去除氧化層并激活銅表面。

銅表面等離子清洗前后對比

圖 1 銅實驗樣品等離子清洗前后對比圖

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)和科技應用中。