乾腐蝕

乾腐蝕是指在沒有水（包括但不限於液體水，水溶液或水蒸氣）接觸的情況下，引起的腐蝕或者氧化現象，即指等離子腐蝕，主要包括電漿腐蝕、離子銑蝕、濺射腐蝕、反應離子束腐蝕和反應離子腐蝕(也稱反應濺射腐蝕)。

基本介紹

• 中文名：乾腐蝕
• 外文名：dry corrosion
• 拼音：gān fǔ shí
• 常稱：等離子腐蝕
• 定義：不接觸各種形式水而引起的腐蝕
• 套用學科：冶金術語

概述

鋁金屬系統如果暴露在潮濕環境的離子污染物中就會被腐蝕。只要有微量的水就能引發所謂的乾腐蝕。一旦離子和潮濕污染物都存在，積體電路就必須依靠它的封裝來保護自己。早期的塑封化合物對潮濕的抵抗能力很小。新的化合物有更高的抗滲透性。但是，如果有足夠的時間，潮濕最終將穿透任何塑膠封裝。

所有現代的積體電路都覆蓋著保護層來作為第二層防潮屏障。不幸的是，在這保護層上必須有開口讓焊線連上晶片。熔絲調整時，還需要在保護層上有額外的開口。所有這些開口都為污染接近晶片提供了潛在的路徑。

乾法腐蝕常稱為等離子腐蝕，主要包括電漿腐蝕、離子銑蝕、濺射腐蝕、反應離子束腐蝕和反應離子腐蝕(也稱反應濺射腐蝕)。按腐蝕機構可分為：

(1)離子腐蝕技術，包括濺射腐蝕和離子銑蝕，其腐蝕機構是物理濺射；因而也稱物理濺射腐蝕；

(2)電漿腐蝕技術(包括圓筒型和平板型反應器)，是在腐蝕襯底表面產生純化學反應，進行腐蝕；

(3)反應腐蝕技術，包括反應離子腐蝕和反應離子柬腐蝕，它們都不同程度地涉及到化學反應(形成揮發性或準揮發性混合物)和物理濺射效應(例如離子轟擊)。

無論哪種腐蝕技術，都是利用低壓( 托)氣體放電，形成電漿，作為乾腐蝕技術的基礎，它們之間的區別只是具體的放電條件，氣體類型和所用反應系統不同，腐蝕反應的模式都取決於系統壓力、溫度、氣流、功率和相關的可控參數，因此，這些腐蝕技術常簡稱為等離子腐蝕。

基本原理

對通有適當氣俸的真空系統，加上大於氣體擊穿臨界值的高頻電場，在強電場作用下，氣體分子激發電離，即被高頻電場加速的雜散電子與氣體分子或原子進行隨機碰撞，當電子能量大到一定程度時，隨機碰撞變為非彈性碰撞，產生二次電子發射，’它們又進一步與氣體分子碰撞，不斷激發或電離氣體分子，這種激烈碰撞引起電離和複合，當電子的產生和複合過程達到平衡時，放電能繼續不斷的維持下去。這裡感興趣的是由非彈性碰撞產生的離子、電子及游離基(游離態的原子、分子或原子團)，通常將處於這種提態的氣體稱為電漿。

電漿中的游離基具有很強的化學活潑性，因此，在這種氣體電漿中引入固態樣品時，樣品表面的原子就和電漿中的激發態游離基起化學反應，形成揮發性物質，這就使樣品表面層受到腐蝕。

考慮氟游離基對矽襯底或多晶矽的腐蝕，若用氟里昂( )作反應氣體，反應系統的壓力為幾毫托到1～2托，在高頻功率償用下產生電漿氣體放電，其中有些氟游離基與矽表面靠得很近。由於這些游離基含有未填滿的電子殼層，它們的化學活潑性也很強。因此，這種游離基很容易與矽表面發生化學反應，形成 腐蝕掉矽。 是一種極易揮發的物質，可以由真空泵抽出，從而完成電漿化學腐蝕的全過程。氟里昂( )腐蝕矽的主要化學反應是： 惰性氣體經電子碰撞產生電離。

或

形成氟游離基，然後與矽反應：

上述反應由兩步構成，第一步是(氟里昂14)在等離子加速場中不斷與電子碰撞而離解成F游離基，第二步是矽原子和4個氟游離基進符化學反應，形成 揮發性氣體。

乾腐蝕副作用

輻射損傷

在等離子腐蝕過程中，襯底要承受高能電子、離子和光子的轟擊，使器件產生不應有的損傷。柵氧化層和界面對這些粒子輻照引起的損傷特別敏感。輻射損傷的主要形式有：

(1)高能離子碰撞引起原子遷移，產生原子位移損傷，對於皮應腐蝕，這種損傷通常在腐蝕表面以下100A的範圍內發生；

(2)一次電離。逸種損傷主要是由乎深紫外光和軟射線的輻照，使鍵斷裂，產生電子空穴對；

(3)二次電離。由原子位移而產生電子，或者由一次電離與格線中的缺陷相互作用產生電子。上述每種損傷產生幾乎相同的電缺陷(正電荷陷阱及中性陷阱)。前者引起閾電壓和平帶電壓的漂移，後者捕獲高能電子。

當柵氧化層直接暴露手離子能量高達400電子伏特的反應電漿中時，未觀察到柵氧化層的原子位移損傷，這可能是損傷層已被腐蝕掉。然而，已經證明，離子和光子損傷產生空穴陷阱和中性陷阱，在400℃溫度下退火可以消除空穴陷阱，而中性陷阱要在600℃或更高的溫度下退火，才能消除，因此，對於用Al作柵電極的情況，就難以去除這種損傷。

當柵氧化層直接暴露於非反應型電漿中時；出現原子位移損傷，在1000℃(中)的高溫下退火，可以消除這種原學位移損傷。

在實際的器件製造中，對輻照敏感的柵氧化層總有柵金屬保護(最典裂的是多晶矽)，高能離子一般不能穿過柵金屬而損傷氧化層。業已證明，用多晶矽或鋁保護的氧化層，在活性離子腐蝕期間，這些柵電極材料能有效地禁止氧化層，避免輻射損傷，只是在電極的邊緣部分受到一些損傷。此外，腐蝕後的某些高溫過程，也起了消除損傷的作用。

當腐蝕在鋁金屬化之後進行時，所產生的損傷不能用低溫退火予以消除。對於這種情況，進行反應腐蝕的最高電壓應低於產生損傷的閾電壓，這個閾電壓與具體的器件結構及腐蝕掩模有關。

聚合物沉積

在鹵化碳氣體放電過程中，產生的非飽和(缺鹵)物質；迅速地和襯底表面反應，生成聚合物膜。例如，游離基反應生成氟化碳薄膜；顯然，如果這種薄膜沉積在要腐蝕的襯底上，就會阻止腐蝕的繼續進行。另一方面，如果使這種聚合物有選擇的沉積在腐蝕掩模或不需要腐蝕的部分，就可以獲得高選擇性腐蝕。

通常，過量的非飽和物質，低能離子以及還原條件可促使聚合膜的澱積。因此，對某些氣體(例如)，聚合膜可以澱積在按地電極或浮置物表面，而不澱積在高能離子轟擊的射頻功率電極上。類似地，聚合物可能澱積在矽表面，而不澱積在表面，因為腐蝕過程中釋放的氧和非飽和基質反也生成揮發性產物。

當然，沉積在反應器表面的聚合物，將吸附空氣中的污染物。特別是吸附的水汽，在隨後的腐蝕中又釋放出氣態物質，影響腐蝕，又如系統中沉積的氟化碳薄膜，會在電漿中釋放出大量的F原子。

雜質沾污

通常，反應腐蝕系統的內表面都受離子轟擊，並產生濺射現象。特別是重金屬離子(例如不鏽鋼系統)沾污，會嚴重降低少數載流子壽命．影響器件性能。不揮發性材料濺射沉積到襯底表面，會阻止甚至完全中止腐蝕。當進行各向異性腐蝕時，即使是微小的沾污也會引起嚴重的問題。聚合膜(有時甚至只有幾個原子層厚)也使器件沾污。因此，一般在乾腐蝕之後，必須立即進行濕法化學清洗，以去除各種沾污，特別要注意清洗乾淨細線條接觸窗的的沾污物。

影響

水本身不會腐蝕鋁，但是溶解在水中的眾多離子會形成腐蝕。含有5%磷的磷矽酸鹽玻璃就有被腐蝕的危險，因為潮濕會使玻璃中的磷流失而產生磷酸。這種酸迅速地攻擊並融解鋁，造成開路失效。很多現代的工藝使用氮或者氧氮化合物保護層來確保潮濕不接近上面的磷矽酸鹽玻璃。可以考慮的是，通過使用硼和磷作為組合摻雜物來減少玻璃中的磷。這兩種元素都會減少玻璃上的軟化點，因此矽硼磷玻璃(BPSG)比磷矽酸鹽玻璃需要較少的磷來達到相同的軟化點。

在水環境中的鹵素離子同樣能腐蝕鋁。通常的鹽，或者氯化鈉，提供了豐富的氯化物來源。潮濕滲透進積體電路的封裝，能輸送氯化物到晶片的表面，並開始腐蝕鋁金屬系統。在環境中通常不會出現大量的溴化物。但是塑膠封裝通常包含有機溴化物的防燃劑。這些防燃劑在溫度達到250℃時會分解，並釋放出溴離子，這就限制了這些封裝可以安全抵擋的儲存和焊接的溫度。

預防措施

儘管看上去污染完全超出了版圖設計者的控制，但還是有一些措施能使保護層(PO)受到的損害最小。設計者應該最大限度地減小保護層開口的數量和尺寸。晶片不應該包含任何不必要的開口。如果設計者希望包含附加的測試焊盤來做評估，那么這些焊盤應該放在一張測試掩膜上。當這一器件已經投放生產，那么測試掩膜就應該用產品的保護層掩膜替代，從而把測試焊盤密封在保護層下面。

各邊都應該以足夠裕量的金屬層覆蓋焊盤開口，從而應對對準誤差。金屬焊盤會保護下面的氧化層避免潮濕和其他污染的損害。為多晶矽和金屬熔絲而開的視窗越小越好。在開口處除了熔絲不能出現任何其他的電路。

乾腐蝕在學術文獻中的解釋

1、有水或水溶液參與的叫濕腐蝕,在高溫下被腐蝕性氣體,如氧氣、COZ,硫氣體所腐蝕稱為乾腐蝕.由濕腐蝕生成的產物稱為銹,因其顏色又可以分為紅銹、白銹、藍銹 。

2、乾腐蝕是指在乾氣體（通常是高溫）或非水溶液中的腐蝕.因此高溫腐蝕也是腐蝕領域中一個嚴重的問題。