晶圆表面的亲水性与疏水性

晶圆表面的亲水性与疏水性，一个很容易被人忽视的细节，可能影响到整个芯片的性能。从制备光刻胶涂层，到清洗过程，再到某些薄膜的制备，晶圆表面的湿润性影响着每一个关键步骤。今天将深入探讨这两种表面特性，解析其在半导体制程中的作用，以及如何通过各种表面处理方法来优化晶圆的亲水性和疏水性。

什么是亲水性与疏水性？

亲水性：

亲水性表面是指当水滴接触到晶圆表面时，形成的接触角小于90度。亲水性的表面对水具有亲和力，水能在晶圆表面蔓延成为一小滩水。

疏水性：

疏水性表面则是指当水滴接触到表面时，形成的接触角大于90度。即在晶圆表面形成水珠，典型的疏水性例子是荷叶上的水珠。

亲水与疏水的原理

晶圆表面的亲水性和疏水性主要与其表面化学基团有关。化学基团决定了表面对水分子的吸引力强弱，也就决定了其亲水性或疏水性。

亲水性表面，其上的化学基团更愿意与水分子进行相互作用而形成氢键。在这样的表面上，水可以很好地铺展开来，形成一个较低的接触角。

相反，疏水性表面则不愿与水分子进行相互作用。这种表面上的化学基团更倾向于与自身进行相互作用，而排斥水分子。因此，水滴在这种表面上会形成较高的接触角，看起来像一个半球形。

亲水性与疏水性对半导体制程的影响

清洗工序：晶圆在各种工艺步骤之间都需要经过清洗，以去除杂质和残留物。亲水性表面能更好地与清洗液接触，从而实现更有效的清洗。相反，疏水性表面会使清洗液在其上形成珠状液滴，使得清洗效果不佳。

光刻步骤：光刻胶需要均匀地覆盖在晶圆表面上，形成一层薄膜。亲水性表面可以帮助光刻胶更好地铺展，从而实现更均匀的光刻胶覆盖。相反，疏水性表面的光刻胶影响匀胶的均匀性，对于光刻，晶圆亲水性要控制在一个适当范围。

晶圆如何改性？

等离子改性：等离子体处理是一种常用的方法，利用气体等离子体对晶圆表面进行改性，生成亲水性或疏水性表面。例如，氧气等离子体处理可以使硅表面产生亲水性，而氢气等离子体处理则可以产生疏水性表面。

化学改性：使用化学试剂处理晶圆表面。例如，在半导体制程中，表面活性剂可以用来改变晶圆表面的亲水性和疏水性。表面活性剂可以吸附在晶圆表面，形成疏水基或亲水基。如果希望增强晶圆表面的疏水性，可以使用含有非极性疏水尾基团的表面活性剂。如果希望增强晶圆表面的亲水性，可以使用含有极性亲水头基团的表面活性剂