等离子清洗去除铜(Cu) 表面氧化物

  由于铜拥有非常良好的导热性、导电性和较低的价格，因此大范围的应用于电器设备。然而，暴露在空气中时，铜表面易氧化，以此来降低其导电性能和机械性能。Cu易发生表面氧化，形成CuO及Cu2O等氧化物，处理Cu表面的氧化物，常用的去除方法有酸处理及等离子体处理。

  酸清洗溶液一般选择稀硫酸，为了尽最大可能避免强酸溶液中的水对铜表面造成不利影响，也会使用一些气态或液态的弱有机酸(甲酸和乙酸)，来进行铜表面改性，达到去除氧化物的目的。

  等离子体清洗原理等离子体清洗一般是利用工作气体电离产生的高能非平衡等离子体对材料来清洗处理，通过与材料表面的脏污产生一系列物理与化学作用，从而将这些污物去除。

  等离子体清洗能够最终靠提高表面能来激活铜表面，且不会产生废物而造成二次氧化和污染。常用的等离子体清洗气体包括Ar、O2、N2和NH3等，使用N2和NH3等离子体处理铜表面时，易生成氮化铜薄膜，其化学和机械稳定性高，难以去除。因此选择Ar(5%H2)等离子体来处理铜表面，其工作原理如图1-1所示。

  在等离子清理洗涤设施的腔体内存在高频交变电磁场，氩等离子体在电场作用下加速产生动能，轰击铜表面，对铜表明上进行物理清洗，使铜表面污染物中的大分子化学键断裂，污染物气化为小分子物质，并使用N2将其抽离，如图1-1(b)所示。同时，氩离子撞击氢气分子，增加氢等离子体数量，进行铜表面的化学洗涤。此外，在高频电磁场作用下，氢气分子经过辉光放电方式，生成氢等离子体、电子、各种氢离子、氢原子等。其中，氢原子与铜表面的氧化物发生还原反应，去除氧化层并激活铜表面，如图1-1(c)和(d)所示。

  图1-1 Ar(5% H2)等离子体工作原理:(a)等离子体处理前;(b)处理污染物;(c)处理氧化层;(d)激活表面

  采用纳恩科技等离子清洗机对制作的Cu样品进行Ar(5%H2)等离子体处理，功率为200W，气流量为200sccm，时间为60s。处理前后分别使用接触角分析仪测量Cu样品表面的接触角大小，其结果如图2-1所示。未处理时，Cu样品表面与去离子水的接触角达到29°，而处理后其接触角降至7°，这表明Cu表面的亲水性已得到一定效果提高。