李云海，李欣燕，章 文，丁榮崢

（無錫中微高科電子有限公司，江蘇 無錫 214035）

1 引言

某SOI工藝電路首次試樣封裝的10只測(cè)試樣品全部合格，樣品再次封裝并進(jìn)行相關(guān)電性能等摸底試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)電路雖達(dá)到靜態(tài)漏電流控制設(shè)計(jì)指標(biāo)，但靜態(tài)電流增大明顯。用該批圓片進(jìn)行批生產(chǎn)封裝時(shí)，發(fā)現(xiàn)封裝后有個(gè)別電路的靜態(tài)漏電流有一定的增大，但仍在設(shè)計(jì)合格范圍內(nèi)。后將這些電路進(jìn)行相關(guān)可靠性試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)靜態(tài)電流基本均不合格。

經(jīng)過試驗(yàn)和分析，確認(rèn)電路是在封裝過程中受到了一定程度的靜電損傷。電路工作電壓不高時(shí)，這些損傷還不至于引起電路功能失效，但當(dāng)電路在高能粒子作用下，靜電引起的微小損傷就會(huì)引起漏電、β參數(shù)等的變化，最終導(dǎo)致電路靜態(tài)電流等技術(shù)指標(biāo)不合格。圖1是某深亞微電路典型靜電損傷圖片。

在對(duì)封裝過程逐步分析并對(duì)各個(gè)工序進(jìn)行靜電檢測(cè)后，發(fā)現(xiàn)在清洗機(jī)工作時(shí)放入和取出過程中圓片表面靜電壓正常，而在高壓噴霧高速旋轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)表面靜電壓卻有突然增大的情況。

清洗過程中，高壓、高電阻率的去離子水噴灑在圓片表面，純水與圓片表面Si3N4鈍化層摩擦，同時(shí)又高速分離，從而導(dǎo)致靜電產(chǎn)生。

采用靜電測(cè)試儀器對(duì)某批次圓片清洗時(shí)的表面靜電進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)高達(dá)500V～600V。國(guó)內(nèi)外電子行業(yè)比較公認(rèn)的封裝線靜電電壓在±200V左右，而某些對(duì)靜電放電特別敏感的元器件，靜電電壓的控制要求則更為嚴(yán)格，應(yīng)在±100V以內(nèi)或者更低。所以，如何降低圓片清洗過程中產(chǎn)生的靜電電壓，就成了必須要解決的問題。

2 靜電預(yù)防改進(jìn)試驗(yàn)與分析

2.1 清洗過程中檢測(cè)靜電關(guān)鍵清洗條件

要降低圓片清洗過程中靜電損傷及損壞的概率，首先必須確定哪些清洗條件會(huì)造成圓片表面的靜電損傷及損壞，又有哪些因素對(duì)靜電電壓的影響比較大。

2.1.1 靜電損傷試驗(yàn)過程

選取Φ125mm、Φ150mm、Φ200mm圓片各一批，按常規(guī)工藝進(jìn)行操作。檢測(cè)并確認(rèn)圓片在試驗(yàn)前表面靜電電壓低于±10V，避免殘留靜電對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響。

在試驗(yàn)過程中，用靜電測(cè)試儀器時(shí)刻動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)圓片表面的靜電電壓變化情況。

每片圓片分別在兩種情況下進(jìn)行測(cè)試：一種是按常規(guī)工藝，純水電阻率在14 MΩ · cm ～15MΩ · cm，然后清洗；一種是在純水中添加電解質(zhì)，控制電阻率在0.45 MΩ · cm～0.55 MΩ · cm，然后清洗。對(duì)應(yīng)以上兩種情況，又分別測(cè)試清洗時(shí)改變噴槍水壓和底盤轉(zhuǎn)速圓片表面的靜電電壓情況。

2.1.2 靜電測(cè)量數(shù)據(jù)與分析

在清洗試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，用純水或用添加電解質(zhì)的水漂洗時(shí)，圓片表面靜電電壓均小于±10V；用干燥壓縮空氣或N2吹干時(shí)，圓片表面靜電電壓亦均小于±10V；當(dāng)高壓噴霧清洗時(shí)，圓片表面靜電電壓變化明顯，且隨著高壓噴霧的施加和停止，靜電電壓從±10V急劇上升至高壓，而后又快速消散并恢復(fù)到±10V內(nèi)。圖2、圖3、圖4是高壓噴霧清洗時(shí)圓片表面的最高靜電電壓測(cè)試值。

由圖2～圖4可以看出，圓片尺寸與表面靜電電壓的大小沒有必然聯(lián)系。在清洗時(shí)改變噴槍水壓和底盤轉(zhuǎn)速，圓片表面的靜電電壓情況也沒有表現(xiàn)出明顯變化。

圓片清洗純水中有無添加電解質(zhì)，對(duì)表面靜電電壓大小有比較大的影響。

2.2 清洗圓片靜電電壓預(yù)防工藝試驗(yàn)及結(jié)果

在上述分析基礎(chǔ)上，不改變現(xiàn)有工藝設(shè)備及工藝步驟，保持噴槍水壓和底盤轉(zhuǎn)速不變，即漂洗、吹干等工藝亦不變，而只對(duì)高壓噴霧產(chǎn)生高壓靜電的過程進(jìn)行預(yù)防。

通過對(duì)純水電解質(zhì)量的增減和比例控制，達(dá)到改變純水電阻率的效果，從而確定純水電阻率對(duì)圓片清洗時(shí)表面靜電電壓的影響，并最終確定預(yù)防措施。

選Φ125mm、Φ150mm、Φ200mm圓片各一片，清洗測(cè)試步驟同前。純水電阻率分別設(shè)置為0.2MΩ· cm、0.3MΩ · cm、0.4MΩ · cm等。表1～表3即不同電阻率下高壓清洗圓片表面的最高靜電電壓測(cè)試值。

在改變清洗的純水電阻率時(shí)，圓片表面靜電情況改變明顯。純水電阻率越低，圓片表面產(chǎn)生的靜電越小，將電阻率設(shè)置在0.2MΩ · cm～0.3MΩ · cm時(shí)，圓片在清洗時(shí)靜電電壓可控制在100V左右。

以上數(shù)據(jù)表明，通過調(diào)節(jié)高壓清洗時(shí)的純水電阻率，可將圓片清洗時(shí)表面靜電電壓控制在100V左右，且清洗、吹干不受影響，工藝可行。用于幾個(gè)批次的電路，全部獲得成功。

2.3 清洗過程中靜電泄放優(yōu)化

靜電電壓在產(chǎn)生過程中，若采取適當(dāng)可行的泄放通道，可以進(jìn)一步減小靜電積累，減輕靜電的危害。泄放一定是緩慢、均勻的，否則起不到靜電預(yù)防效果，反而加深靜電損傷程度。

通過對(duì)清洗設(shè)備增加緩慢靜電泄放裝置，并反復(fù)地調(diào)整試驗(yàn)參數(shù)，最終圓片表面靜電情況得到進(jìn)一步控制。經(jīng)測(cè)量，圓片清洗時(shí)，表面中心區(qū)域靜電電壓為-10V～10V，表面邊緣區(qū)域在50V以下。

3 結(jié)束語

在現(xiàn)有圓片清洗工藝和工序不變的情況下，通過改變高壓噴霧沖洗水的電阻率，實(shí)現(xiàn)了高速旋轉(zhuǎn)高壓清洗靜電電壓控制在±200V內(nèi)的目標(biāo)。

通過在清洗設(shè)備上安裝緩慢靜電泄放裝置使清洗過程中的靜電電壓積累進(jìn)一步減弱。經(jīng)檢測(cè)，圓片清洗過程中靜電電壓最低小于±50V。

清洗機(jī)工作防靜電能力的提升可有效提高對(duì)靜電敏感器件的防護(hù)，特別是深亞微米及更先進(jìn)圓片制程電路，對(duì)集成電路等封裝質(zhì)量的提升具有指導(dǎo)意義。

［1］樊會(huì)靈.電子產(chǎn)品工藝[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

［2］張寶銘，林文獲.靜電防護(hù)技術(shù)手冊(cè)[M].北京：電子工業(yè)出版社．2000.