由于低电阻、高电迁移率和高布线密度，铜(Cu)逐渐取代铝(Al)成为微电子器件的主流互连材料。与Al相比，Cu难以蚀刻，难以精细加工。例如，卤化铜的蒸汽压比卤化铝的蒸汽压低，需要更高的蚀刻温度才能实现相同的蚀刻速率。如果提高蚀刻温度，铜的表面氧化是不可避免的。同时，表面污染物的存在，如油污、灰尘和之前涂层形成的残留物，会直接影响真空度，增加膜失效的可能性。在工业上，等离子体的物理作用常用于去除铜表面的污染物。然而，不同等离子体对铜的清洗效率和表面的影响尚不清楚。与传统清洗方式相比，等离子体清洗可以实现复杂设备中零件的在线或离线清洗。在半导体中，等离子体清洗可以有效去除涂层和芯片表面的有机物和颗粒。在溅射镀膜方面，有研究表明，等离子体清洗不仅可以去除表面污染物，还可以激活基材表面进行膜沉积。对于同样被广泛使用的激光清洗，等离子体清洗可以减少精密元件的清洗损伤，从而提高精密元件的使用寿命和质量。

等离子体清洗纯铜表面氧化污染物机制

暴露在空气中的铜表面容易氧化形成CuO及Cu₂O等氧化物，这些氧化物会降低铜的导电性能和机械性能等，而等离子清洗通过还原处理可以有效去除这些氧化物，改善铜表面的亲水性能。

一般来说，等离子体的清洗效果是通过物理碰撞和化学反应来实现的。等离子体中的电子或离子对表面的冲击可以将颗粒状物质从表面去除。等离子体中的自由基、紫外线等高能物质可以破坏和分解表面附着材料的分子链。

在处理铜表面氧化物时，常用的等离子体清洗气体使用Ar+H2作为工艺气体等。例如，使用Ar（5%H₂）等离子体来清洗铜表面时，其工作原理如下：在等离子清洗设备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，对铜表面进行物理清洗，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；同时，氩离子撞击氢气分子，增加氢等离子体数量，进行铜表面的化学清洗。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。

铜表面等离子清洗前后对比

图 1 铜实验样品等离子清洗前后对比图

如图1所示，铜样品表面的氧化物薄膜几乎被清洗完全，铜样品被还原至原来的颜色。

等离子清洗是一种高效且广泛应用的表面处理方法，能够显著提高铜表面的清洁度和还原铜表面的氧化物，适用于多种工业和科技应用中。