ES2252776T3 - Limpieza de sustratos de oblea de contaminacion de metales manteniendo a su vez la suavidad de la oblea. - Google Patents

Limpieza de sustratos de oblea de contaminacion de metales manteniendo a su vez la suavidad de la oblea.

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ES2252776T3 ES97910817T ES97910817T ES2252776T3 ES 2252776 T3 ES2252776 T3 ES 2252776T3 ES 97910817 T ES97910817 T ES 97910817T ES 97910817 T ES97910817 T ES 97910817T ES 2252776 T3 ES2252776 T3 ES 2252776T3
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Abstract

LAS SUPERFICIES DE UNA PLAQUETA MICROELECTRONICA SE LIMPIAN PARA ELIMINAR LOS CONTAMINANTES METALICOS MANTENIENDO SU LISURA SUPERFICIAL, PONIENDO EN CONTACTO DICHAS SUPERFICIES CON UNA SOLUCION LIMPIADORA ACUOSA FORMADA POR UNA BASE ALCALINA EXENTA DE IONES METALICOS Y POR UN COMPUESTO POLIHIDROXILADO QUE CONTIENE ENTRE DOS Y DIEZ GRUPOS OH, DE FORMULA HO - Z - OH, EN LA QUE - Z - ES - R -, - (- R 1 - O -) - X - R SUP,2 - O DE FORMULA (I), DONDE - R -, - R 1 -, - R 2 - Y R 3 - SON RADICALES ALQUILENO, X ES UN ENTERO COMPRENDIDO ENTRE 1 Y 4, E Y ES UN ENTERO COMPRENDIDO ENTRE 1 Y 8, A CONDICION DE QUE EL NUMERO DE ATOMOS DE CARBONO DEL COMPUESTO POLIHIDROXILADO NO SEA SUPERIOR A DIEZ. EL AGUA PRESENTE EN LA SOLUCION REPRESENTA AL MENOS EL 40 % EN PESO APROX. DE DICHA COMPOSICION LIMPIADORA.

Description

Limpieza de sustratos de oblea de contaminación de metales manteniendo a su vez la suavidad de la oblea.
Campo de la invención
Esta invención se refiere a limpiadores libres de peróxido de hidrógeno para usar en la industria microelectrónica para limpiar sustratos de circuitos integrados, más particularmente para limpiar superficies de obleas, de contaminación de metales manteniendo a su vez la suavidad de la superficie de la oblea. Mediante el procedimiento de esta invención, se pueden limpiar dichas superficies de obleas mediante limpiadores libres de peróxido de hidrógeno sin requerir reactivos adicionales tales como HF para retirar los óxidos de las superficies de las obleas.
Antecedentes de la invención
La limpieza de sustratos para circuitos integrados (IC), tales como obleas de silicio, con soluciones alcalinas libres de metales para retirar la contaminación orgánica y de metales es ampliamente practicada. Una solución alcalina comúnmente usada de este tipo se conoce como SC-1 o RCA-1 y comprende una mezcla acuosa caliente de hidróxido amónico, peróxido de hidrógeno y agua (1:1:5 de H_{2}O_{2} al 30%, NH_{4}OH al 28% y H_{2}O) para retirar impurezas orgánicas y contaminación de cobre de la superficie de una oblea. Se han realizado diversos modos de limpieza con
SC-1, entre estos, la limpieza de obleas de silicio inmediatamente después de su fabricación, la limpieza de dichas obleas inmediatamente antes del crecimiento del óxido barrera, la retirada posterior de los restos del ataque químico del óxido en la secuencia de tratamiento de IC, y el ataque químico selectivo y la retirada de material protector en
partículas.
El tratamiento de las superficies de las obleas con la solución caliente de SC-1 ó RCA-1 está seguido generalmente de una solución ácida caliente conocida como SC-2 ó RCA-2 para retirar los metales sin tratar por la solución de
SC-1 ó RCA-1. Esta solución ácida caliente SC-2 comprende peróxido de hidrógeno, ácido clorhídrico y agua (1:1:5 de H_{2}O_{2} la 30%, HCl al 37% y H_{2}O).
Ambas soluciones, SC-1 y SC-2 contienen peróxido de hidrógeno. El propósito del peróxido de hidrógeno es proteger el metal silicio de la exposición a ácidos o bases fuertes formando continuamente una capa de óxido protectora con el fin de evitar el ataque químico o la formación de rugosidad en la superficie del silicio.
Sin embargo, es necesario que las superficies de las obleas estén libres de óxido para ser adecuadas para tratamientos adicionales en los que no se desea una superficie de óxido. Usualmente, es necesario entonces retirar la capa de óxido protectora formada por el peróxido de hidrógeno en las soluciones de limpieza. Como ejemplo de un compuesto comúnmente usado para retirar dicha capa de óxido protectora, se puede mencionar el HF.
La presencia de peróxido de hidrógeno en las formulaciones proporciona una inestabilidad inherente a estas soluciones. Dichas soluciones típicamente presentan vidas medias de peróxido inferiores a una hora a 70ºC. El peróxido de hidrógeno en la solución de SC-1 en presencia de ciertos metales, particularmente cobre y hierro, resulta inestable y se descompone de forma exotérmica y rápida dando lugar a condiciones potencialmente peligrosas. El peróxido de hidrógeno tiene una baja tolerancia a la contaminación de metales. Además, el peróxido de hidrógeno descompuesto disminuye la concentración de peróxido de hidrógeno existiendo la posibilidad de que se ocasione ataque químico del silicio produciéndose obleas que no son adecuadas para la fabricación de IC. De este modo, el peróxido de hidrógeno descompuesto necesita ser reabastecido y esto cambia la composición de la solución con lo que varían las propiedades de limpieza de dicha solución. Además, el pH inherentemente alto de la solución de peróxido de hidrógeno ocasiona problemas de seguridad y medioambientales indeseados.
Desde la introducción de la solución SC-1 ó RCA-1, se han propuesto usar materiales básicos diferentes del hidróxido amónico para limpiar superficies de obleas. Por ejemplo, se han publicado compuestos de hidróxido de amonio cuaternario, tales como hidróxido de tetrametil-amonio (TMAH) o hidróxido de trimetil-2-hidroxietil-amonio (colina) en las Publicaciones de Patentes Japonesas Nº 3-93229 y 63-114132; las Patentes de EE.UU. 4.239.661; 4.964.919 y 5.259.888 y la Publicación de Patente Europea Nº 496605, por ejemplo. Se ha de destacar que los valores de rugosidad de las obleas mencionados en el documento U.S. 4.964.919 son inaceptables para la fabricación de circuitos integrados de alta densidad. Además, en la Patente de EE.UU. 5.207.866 se describe un caso en el que se usa una amina cuaternaria sin peróxido de hidrógeno presente para el ataque químico de forma anisótropa de la cara de silicio 100 de la oblea.
Sin peróxido de hidrógeno presente, ninguno de los limpiadores alcalinos o a base de hidróxido de amonio cuaternario anteriormente mencionados pueden producir los niveles de suavidad de las obleas necesarios para la fabricación de circuitos integrados de alta densidad. Recientemente, se han descrito dos tecnologías que permiten limpiar sin el uso de peróxido de hidrógeno mantenido a su vez niveles de rugosidad aceptables. En el documento U.S. 5.466.389, las composiciones de limpieza contienen un tensioactivo no iónico y un componente para reducir o controlar el pH dentro del intervalo de aproximadamente pH 8 a aproximadamente pH 10. En el documento U.S. 5.498.293, las composiciones de limpieza contienen un tensioactivo anfotérico. En ambos casos, se mantiene la suavidad de la oblea sin el uso de peróxido de hidrógeno.
Aunque se pueden usar estas nuevas tecnologías para limpiar sustratos de obleas sin el uso de peróxido de hidrógeno, ambos métodos implican la introducción de tensioactivos orgánicos a la formulación limpiadora. Estos componentes orgánicos podrían finalmente ser absorbidos sobre la superficie de la oblea o ser eliminados como materia residual. La contaminación orgánica es una seria cuestión en la fabricación de un dispositivo semiconductor. La presencia de contaminantes orgánicos sobre la superficie de una oblea de silicio puede ocasionar la formación de carburo de silicio cuando se realiza un tratamiento térmico sobre una oblea, tal como el crecimiento de un óxido térmico. Se puede incorporar entonces carburo de silicio en el sustrato cristalino y causar defectos en la red cristalina. Estos defectos en el cristal actúan como trampas para los portadores (electrones) que originan el resquebrajamiento prematuro del óxido barrera y por lo tanto causan el fallo del dispositivo semiconductor. Se pueden depositar también contaminantes inorgánicos junto con los contaminantes orgánicos sobre la superficie, lo cual ocasiona también el resquebrajamiento prematuro del óxido barrera dieléctrico. La contaminación orgánica evita también la retirada de cualquier óxido nativo subyacente. Esto ocasiona la retirada incompleta de óxido durante un tratamiento posterior para retirar dicho óxido y daría lugar a un aumento en la microrrugosidad y a un nuevo crecimiento de óxido barrera no uniforme. Cualquier aumento en la microrrugosidad causa una interfaz no uniforme que se produce cuando se forma una capa de óxido delgada o alguna otra capa en contacto con el sustrato y puede producir una disminución de la integridad de la película. Las desviaciones en el espesor de estas capas pueden afectar seriamente al rendimiento del dispositivo o incluso ocasionar el fallo de dicho dispositivo. Otros efectos negativos asociados con la contaminación orgánica que han sido publicados son: hidrofobización indeseada, aumento de deposición de partículas, contradopado indeseado, evitar la unión de obleas de silicio, evitar la unión clásica, disminución de la adherencia del depósito metálico, corrosión, transferencia química, y formación de imágenes sobre las obleas.
Se han usado diversos métodos para retirar dicha contaminación orgánica residual. En uno de los métodos se utiliza agua ultrapura ozonizada pero esto implica etapas adicionales y requiere un equipo especial para generar el agua ozonizada (S. Yasui, et. al., Semiconductor Pure Water and Chemicals Conference Proceedings, páginas 64-74, 1994). Claramente, sería ventajoso evitar el uso de tensioactivos orgánicos durante la limpieza inicial del "extremo frontal" de las superficies de obleas semiconductoras.
Anteriormente, se han usado tensioactivos y otras soluciones orgánicas alcalinas que contienen alcano-dioles para el decapado de materiales fotorresistentes. El decapado de materiales fotorresistentes implica la retirada de diversos residuos procedentes de elementos metálicos o dieléctricos de circuitos integrados. Se requieren diversos disolventes adicionales para producir la acción de decapado deseada, en el documento U.S. 4.744.834 (derivado de N-metilpirrolidona o glicol-éter requerido), en el documento U.S. 5.091.103 (N-metilpirrolidona requerida), en el documento U.S. 4.770.713 (disolvente de amida requerido), y el documento U.S. 5.139.607 (co-disolventes requeridos). En el caso que implica el decapado de obleas de silicio, la potencial contaminación orgánica ocasionada por estos co-disolventes resultaría muy indeseable.
Se usan tensioactivos y otros compuestos orgánicos en decapantes y limpiadores diseñados para retirar materiales fotorresistentes de obleas. El material fotorresistente se usa para generar diseños de elementos metálicos necesarios en un circuito integrado funcional (IC) y se considera parte del tratamiento del "extremo posterior" de la oblea. Puesto que el material fotorresistente es un material polímero orgánico, resulta evidente que la contaminación orgánica es menos crítica en esta etapa en el tratamiento del IC.
El decapado del material fotorresistente casi siempre implica poner en contacto un componente metálico del circuito sensible a la corrosión con el decapante. Por esta razón, el contenido de agua de los decapantes de materiales fotorresistentes se mantiene en un valor mínimo (menos del 20%) para evitar la corrosión. En las formulaciones que contienen glicol descritas en los documentos U.S. 4.765.844 y U.S. 5.102.777, no se especifica la cantidad del agua.
Se han descrito diversas formulaciones de decapantes (documentos U.S. 5.482.566, U.S. 5.279.771, U.S. 5.381.807, y U.S. 5.334.332) que requieren la presencia de hidroxilamina. Este componente se incluye para reducir la acción corrosiva de las formulaciones altamente alcalinas que se exponen. Se ha publicado el uso de medios fuertemente reductores para este propósito (Schwartzkopf, et. al., la Solicitud de Patente EP 647.884, 12 de Abril de 1995). El uso de hidroxilamina para la limpieza de sustratos de obleas resultaría perjudicial ya que el medio altamente reductor podría transformar las impurezas metálicas en formas reducidas menos solubles las cuáles, a su vez, se pueden depositar sobre la superficie del silicio como metales elementales.
Es un objeto de esta invención proporcionar una solución de limpieza para limpiar sustratos de obleas de contaminación de metales sin aumentar la microrrugosidad superficial, y que dicha composición limpiadora no requiera el uso de peróxido de hidrógeno para proporcionar una capa de óxido protectora, o el uso de tensioactivos orgánicos. Un objeto adicional de esta invención es proporcionar una composición limpiadora para limpiar sustratos de obleas de contaminación de metales sin aumentar la microrrugosidad superficial y dejar una superficie de la oblea esencialmente libre de óxido, haciendo que dicha superficie sea adecuada para tratamientos adicionales cuando no se desea una superficie de óxido. Todavía un objeto adicional de esta invención es limpiar dichas superficies de obleas de contaminación de metales sin requerir una etapa de tratamiento ácido o el uso de materiales tales, tales como HF, utilizados para retirar superficies de óxido. Un aspecto adicional de esta invención es proporcionar un procedimiento para limpiar dichas superficies de obleas de contaminación de metales usando sólo una única solución de limpieza sin que aumente la microrrugosidad de la superficie de la oblea. Todavía otro objeto de esta invención es proporcionar un procedimiento y una composición para limpiar dichas superficies de obleas de contaminación metálica sin aumentar la microrrugosidad superficial de la oblea usando una solución acuosa alcalina, y más particularmente, usando una solución acuosa de hidróxido de amonio cuaternario libre tanto de peróxido de hidrógeno como de otros agentes oxidasntes y de tensioactivos orgánicos. Todavía otro objeto de esta invención es proporcionar dicho procedimiento y composición de limpieza alcalina para limpiar obleas y producir una rugosidad inferior a aproximadamente 25 Angstroms como la distancia media en la dirección Z entre alturas de picos y valles de
la oblea.
Breve sumario de la invención
Un procedimiento para limpiar superficies de sustratos de obleas microelectrónicas para retirar contaminación metálica sin aumentar la microrrugosidad superficial, usando soluciones de limpieza acuosas libres de peróxido de hidrógeno que comprende una base alcalina libre de iones metálicos y un compuesto polihidroxilado que contiene de dos a diez grupos -OH y que tiene la fórmula:
HO--Z--OH
en la que -Z- es -R-, -(R^{1}-O)_{x}-R^{2}- ó -
\uelm{R}{\uelm{\para}{ \hskip-1,3mm (OH) _{y} }}
^{3}- , en la que -R-, -R^{1}-, -R^{2}-, y -R^{3}- son radicales alquileno, x es un número entero de 1 a 4 e y es un número entero de 1 a 8, con la condición de que el número de átomos de carbono en el compuesto no exceda de diez, que comprende poner en contacto la superficie del sustrato de oblea con la solución de limpieza durante un tiempo y a una temperatura suficientes para limpiar dicha superficie del sustrato de oblea. Las composiciones de limpieza contienen opcionalmente un agente complejante de metales. Se ha descubierto que dichas composiciones de limpieza alcalinas acuosas libres de peróxido de hidrógeno proporcionan una acción limpiadora efectiva en las obleas frente a la contaminación metálica sin ocasionar una rugosidad indeseada en la superficie de la oblea. Como demuestran los datos de los ejemplos siguientes, las composiciones limpiadoras que contienen solamente la base alcalina sola son incapaces de proporcionar una limpieza efectiva mientras mantienen la suavidad de la oblea, es decir una rugosidad en el intervalo Z de 25 Angstroms o inferior. Descripción detallada de la invención
Las composiciones de limpieza alcalinas acuosas usadas en el procedimiento de esta invención comprenden generalmente un componente alcalino en una cantidad de hasta 25% en peso, generalmente de 0,05 a 10% en peso, y un compuesto polihidroxilado que contiende de dos a diez grupos -OH y que tiene la fórmula:
HO--Z--OH
en la que -Z- es -R-, -(R^{1}-O)_{x}-R^{2}- ó -
\uelm{R}{\uelm{\para}{ \hskip-1,3mm (OH) _{y} }}
^{3}- , en la que -R-, -R^{1}-, -R^{2}-, y -R^{3}- son radicales alquileno, x es un número entero de 1 a 4 e y es un número entero de 1 a 8, con la condición de que el número de átomos de carbono en el compuesto no exceda de diez, en una cantidad de hasta 50% en peso, generalmente de 1% a 45% en peso, y preferiblemente de 5% a 40% en peso de la composición limpiadora total. Estando el resto de la composición limpiadora compuesto de agua, preferiblemente de agua desionizada de alta pureza. Opcionalmente, las composiciones de limpieza alcalinas usadas en esta invención pueden contener hasta 5%, preferiblemente hasta 2%, en peso de un agente complejante de
metales.
Se puede usar cualquier componente alcalino adecuado en las composiciones limpiadoras de esta invención. Los componentes alcalinos de estos limpiadores son preferiblemente hidróxidos de amonio cuaternario, tales como hidróxidos de tetraalquil-amonio en los que el grupo alquilo es un grupo alquilo no sustituido o un grupo alquilo sustituido con un grupo hidroxi y alcoxi, generalmente de 1 a 4 átomos de carbono en el grupo alquilo o alcoxi. Los materiales más preferidos de estos materiales alcalinos son el hidróxido de tetrametil-amonio y el hidróxido de trimetil-2-hidroxietil-amonio (colina). Ejemplos de otros hidróxidos de amonio cuaternario útiles incluyen: hidróxido de trimetil-3-hidroxipropil-amonio, hidróxido de trimetil-3-hidroxibutil-amonio, hidróxido de trimetil-4-hidroxibutil-amonio, hidróxido de trietil-2-hidroxietil-amonio, hidróxido de tripropil-2-hidroxietil-amonio, hidróxido de tributil-2-hidroxietil-amonio, hidróxido de dimetil-etil-2-hidroxietil-amonio, hidróxido de dimetildi(2-hidroxietil)amonio, hidróxido de monometiltri(2-hidroxietil)amonio, hidróxido de tetraetil-amonio, hidróxido de tetrapropil-amonio, hidróxido de tetrabutil-amonio, hidróxido de monometiltrietil-amonio, hidróxido de monometiltripropil-amonio, hidróxido de monometiltributil-amonio, hidróxido de monoetiltrimetil-amonio, hidróxido de monoetiltributil-amonio, hidróxido de dimetildietil-amonio, hidróxido de dimetildibutil-amonio y sus mezclas.
Se pueden utilizar también otros componentes alcalinos incluyendo, por ejemplo, hidróxido amónico, alcanol-aminas tales como 2-aminoetanol, 1-amino-2-propanol, 1-amino-3-propanol, 2-(2-amino-etoxi)etanol, 2-(2-aminoetilamino)etanol, otras aminas que contienen oxígeno tales como 3-metoxipropilamina y morfolina, y alcano-diaminas tales como 1,3-pentanodiamina y 3-metil-1,5-pentanodiamina, y otras bases orgánicas fuertes tales como guanidina. Son también útiles y generalmente se prefieren mezclas de estos componentes alcalinos, particularmente hidróxido amónico, con los hidróxidos de tetralquil-amonio anteriormente mencionados.
Las composiciones limpiadoras alcalinas acuosas de esta invención contienen cualquier componente polihidroxilado adecuado de la fórmula HO-Z-OH anteriormente descrita, preferiblemente un alcano-diol altamente hidrófilo con un parámetro de solubilidad de enlaces de hidrógeno Hansen superior a 7,5 cal^{1/2}cm^{-3/2} o un alcano-poliol vicinal. Entre los diversos alcano-dioles útiles en las composiciones limpiadoras de esta invención, se pueden mencionar, por ejemplo, etilen-glicol, dietilen-glicol, trietilen-glicol, tetraetilen-glicol, propilen-glicol, dipropilen-glicol, tripropilen-glicol, tetrapropilen-glicol, 2-metil-2,4-pentanodiol, y sus mezclas. Entre los diversos alcano-polioles vicinales (azúcar-alcoholes) útiles en las composiciones limpiadoras de esta invención, se pueden mencionar, por ejemplo, manitol, eritritol, sorbitol, xilitol, adonitol, glicerol, y sus mezclas.
La protección de superficies de silicio con disolventes hidrófilos resulta sorprendente ya que la bibliografía indica que se requieren materiales hidrófobos para este tipo de protección. Por ejemplo, S. Raghavan, et. al., en J. Electrochem. Soc. ,143 (1), 1996, páginas 277-283, se muestra en su Tabla III que la rugosidad de la superficie de silicio varía directamente con la hidrofilicidad de ciertos tensioactivos. Los tensioactivos más hidrófilos proporcionan las superficies más rugosas.
Las soluciones de limpieza de esta invención se pueden usar como tales o se pueden formular con componentes adicionales tales como cualquier agente quelante de metales adecuado para aumentar la capacidad de la formulación para retener metales en solución. Ejemplos típicos de agentes quelantes para este propósito son los siguientes ácidos orgánicos y sus sales; ácido etilendiaminotetraacético (EDTA), di-N-óxido de ácido etilendiaminotetraacético (dióxido de EDTA), ácido butilendiaminotetreacético, ácido ciclohexano-1,2-diaminotetraacético, ácido dietilentriaminopentaacético, ácido etilendiaminotetrapropiónico, ácido (hidroxietil)-etilendiaminotriacético (HEDTA), ácido trietilentetranitrilohexaacético (TTHA), etilendiiminobis[ácido 2-hidroxifenil)acético] (EHPG), ácido metiliminodiacético, ácido propilendiaminotetraacético, ácido nitrilotriacético (NTA), ácido cítrico, ácido tartárico, ácido glucónico, ácido sacárico, ácido glicérico, ácido oxálico, ácido ftálico, ácido benzoico, ácido maleico, ácido mandélico, ácido malónico, ácido láctico, ácido salicílico, catecol, 4-aminoetilcatecol, [3-(3,4-dihidroxifenil)-alanina] (DOPA), hidroxiquinolina, ácido N,N,N',N'-etilendiamino-tetra-(metilenfosfónico), ácido amino(fenil)metilendifos-fónico, ácido tiodiacético y ácido salicilhidroxámico.
En las composiciones limpiadoras usadas en el procedimiento de esta invención, el componente alcalino estará generalmente presente en una cantidad de hasta 25% en peso de la composición, generalmente en una cantidad de 0,05 a 10% en peso, y preferiblemente en una cantidad de 0,1 a 5% en peso. El alcano-diol estará generalmente presente en una cantidad de hasta 50% en peso, generalmente en una cantidad de 1% a 45% en peso, y preferiblemente en una cantidad de 5 a 40%.
Si se incluye un compuesto quelante de metales en las composiciones limpiadoras, el agente quelante de metales puede estar presente en una cantidad de hasta 5%, generalmente en una cantidad de 0,01 a 5% y preferiblemente en una cantidad de 0,1% a 2% en peso. Estando el resto de la composición limpiadora constituido por agua, preferiblemente agua desionizada de elevada pureza.
El contenido de agua de las formulaciones de limpieza de esta invención es siempre de al menos 40% en peso para facilitar la retirada de los contaminantes metálicos que están presentes.
Las composiciones de limpieza de esta invención pueden contener adicionalmente un componente de tamponamiento, tal como ácido acético, cloruro de hidrógeno, para mantener el control del pH de las composiciones, si se desea.
Como un ejemplo de una composición de limpieza preferida de esta invención, se puede mencionar, por ejemplo, una solución acuosa que contiene 0,07% en peso de hidróxido de tetrametilamonio (TMAH), 0,50% en peso de hidróxido amónico, 36% en peso de dietilen-glicol y 0,09% en peso de ácido etilendiaminotetraacético (EDTA), estando el resto de la composición de limpieza constituido por agua.
Un ejemplo adicional de una composición de limpieza preferida de esta invención comprende una solución acuosa que contiene aproximadamente 0,07% en peso de hidróxido de tetrametilamonio, 2,5% en peso de hidróxido amónico, 35% en peso de etilen-glicol o dietilen-glicol, 0,08% en peso de ácido acético glacial y 0,09% en peso de ácido etilendiaminotetraacético, estando el resto de la composición de limpieza constituido por agua.
Un ejemplo todavía adicional de una composición de limpieza preferida de esta invención comprende una solución acuosa que contiene 0,5% en peso de hidróxido de tetrametilamonio, 4% en peso de 1,3-pentanodiamina, 50% en peso de dietilen-glicol, 1% en peso de ácido acético, y 0,09% en peso de ácido etilendiaminotetraacético, estando el resto de la composición de limpieza constituido por agua.
Todavía otro ejemplo de una composición de limpieza preferida de esta invención comprende una solución acuosa que contiene 0,5% en peso de hidróxido de tetrametilamonio, 4% en peso de 1,3-pentanodiamina, 50% en peso de dietilen-glicol, 0,6% en peso de cloruro de hidrógeno, y 0,09% en peso de ácido etilendiaminotetraacético, estando el resto de la composición de limpieza constituido por agua.
La invención está ilustrada, pero no limitada, por los siguientes ejemplos. En los ejemplos, los porcentajes se dan en peso a menos que se especifique de otro modo. Los ejemplos ilustran el sorprendente e inesperado resultado de esta invención en limpiar superficies de obleas y evitar la formación de microrrugosidad sin un oxidante tal como peróxido de hidrógeno o un tensioactivo protector y en conseguir bajos niveles de metales sin una etapa de tratamiento ácido.
En los siguientes ejemplos, todas las composiciones limpiadoras se prepararon en recipientes de polietileno o politetrafluoroetileno. Se colocaron nuevas obleas de silicio pulidas por las dos caras de 76,2 mm (dopadas P, orientación cristalina <100>) en soluciones limpiadoras durante diez minutos a las temperaturas establecidas. Después de diez minutos en las soluciones de limpieza, se retiraron las obleas, se aclararon con agua desionizada, y se analizaron. Después del tratamiento, se midió la "rugosidad R_{z}" (definida como la distancia media en la dirección Z entre alturas de picos y valles) para cada composición limpiadora. Se determinaron los niveles de metales usando una combinación de ataque químico de la superficie con gotas y espectrometría de absorción atómica con horno de grafito. Se hicieron medidas de rugosidad se hicieron o bien con un microscopio de fuerzas atómicas o con un perfilómetro, tal como un Tencor Alpha step 100.
Ejemplo 1
Se prepararon soluciones acuosas de hidróxido de tetrametilamonio (TMAH) con o sin glicoles. Se colocaron las obleas en estas soluciones durante 10 minutos a 60ºC, se retiraron, y se aclararon con agua desionizada. Después de secarse, se midió la "rugosidad R_{z}". Los resultados, presentados en la Tabla 1, muestran claramente la capacidad de los glicoles para evitar o controlar la formación de rugosidad en superficies de silicio producida por la exposición a soluciones alcalinas. Todas las soluciones de limpieza enumeradas a continuación tienen pH >12.
TABLA 1
Efecto de glicoles sobre limpiadores de TMAH a 60ºC
Soluciones comparativas de TMAH sin glicoles Formulación de TMAH que contiene glicoles
% en peso de Rugosidad Glicol % en peso de Rugosidad
TMAH media R_{z} (\ring{A}) glicol media R_{z} (\ring{A})
0,10 675 Dietilen-glicol 36 <25
0,50 750 Dietilen-glicol 36 <25
1,0 650 Dietilen-glicol 36 <25
2,0 2.550 Dietilen-glicol 36 <25
3,0 1.250 Dietilen-glicol 36 375
3,0 1.250 Trietilen-glicol 36 <25
4,0 1.175 Dietilen-glicol 36 <25
4,0 1.175 Trietilen-glicol 36 <25
Ejemplo 2
Las obleas para ejemplo se trataron de la misma manera que en el Ejemplo 1 excepto que la temperatura de limpieza era 70ºC. Los resultados, presentados en la Tabla 2, muestran claramente la capacidad de los glicoles para evitar o controlar la formación de rugosidad en superficies de silicio producida por la exposición a soluciones alcalinas. Todas las soluciones enumeradas a continuación tienen un pH > 12.
TABLA 2
Efecto de glicoles sobre limpiadores de TMAH a 70ºC
Soluciones comparativas de TMAH sin glicoles Formulación de TMAH que contiene glicoles
% en peso de Rugosidad Glicol % en peso de Rugosidad
TMAH media R_{z} (\ring{A}) glicol media R_{z} (\ring{A})
0,10 4.250 Dietilen-glicol 36 <25
0,50 5.700 Dietilen-glicol 36 50
Ejemplo 3
Las obleas para este ejemplo se trataron de la misma manera que en el Ejemplo 1 excepto que la temperatura de limpieza era 80ºC. Los resultados, presentados en la Tabla 3, muestran claramente la capacidad de los glicoles para evitar o controlar la formación de rugosidad en superficies de silicio producida por la exposición a soluciones alcalinas. Todas las soluciones enumeradas a continuación tienen un pH>12.
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TABLA 3
Efecto de glicoles sobre limpiadores de TMAH a 80ºC
Soluciones comparativas de TMAH sin glicoles Formulación de TMAH que contiene glicoles
% en peso de Rugosidad Glicol % en peso de Rugosidad
TMAH media R_{z} (\ring{A}) glicol media R_{z} (\ring{A})
0,01 825 Dietilen-glicol 36 <25
0,05 5.200 Dietilen-glicol 36 <25
0,10 10.000 Dietilen-glicol 36 375
0,50 18.000 Dietilen-glicol 36 175
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Ejemplo 4
Las obleas para este ejemplo se trataron de la misma manera que en el Ejemplo 1 excepto que la temperatura de limpieza era 90ºC. Los resultados, presentados en la Tabla 4, muestran claramente la capacidad de los glicoles para evitar o controlar la formación de rugosidad en superficies de silicio producida por la exposición a soluciones alcalinas. Todas las soluciones enumeradas a continuación tienen un pH > 12.
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TABLA 4
Efecto de glicoles sobre limpiadores de TMAH a 90ºC
Soluciones comparativas de TMAH sin glicoles Formulación de TMAH que contiene glicoles
% en peso de Rugosidad Glicol % en peso de Rugosidad
TMAH media R_{z} (\ring{A}) glicol media R_{z} (\ring{A})
0,10 10.750 Dietilen-glicol 36 <25
0,50 2.250 Dietilen-glicol 36 375
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Ejemplo 5
Las obleas para este ejemplo se trataron de la misma manera que en el Ejemplo 1 excepto que la temperatura de limpieza era 70ºC, y se variaron las concentraciones de los glicoles desde 6,5 hasta 36 por ciento en peso. Los resultados, presentados en la Tabla 5, muestran claramente la capacidad de los glicoles para evitar o controlar la formación de rugosidad en superficies de silicio producida por la exposición a soluciones alcalinas. Todas las soluciones enumeradas a continuación tienen un pH>12.
TABLA 5
Efecto de glicoles sobre limpiadores de TMAH a 70ºC
Soluciones comparativas de TMAH sin glicoles Formulación de TMAH que contiene glicoles
% en peso de Rugosidad Glicol % en peso de Rugosidad
TMAH media R_{z} (\ring{A}) glicol media R_{z} (\ring{A})
0,30 4.250 Dietilen-glicol 36 <25
0,30 3.500 Dietilen-glicol 22 300
0,30 3.500 Dietilen-glicol 12 575
0,30 3.500 Dietilen-glicol 6,5 1100
0,30 6.600 Trietilen-glicol 12 <25
0,30 6.600 2-metil-2,4- 10 125
pentanodiol
0,30 6.600 Tripropilen-glicol 11 <25
Ejemplo 6
Las obleas para este ejemplo se trataron de la misma manera que en el Ejemplo 1 excepto que la temperatura de limpieza era de 60ºC y se usaron una variedad de componentes de limpieza alcalinos incluyendo: hidróxido de tetraetil-amonio (TEAH), colina (hidróxido de 2-hidroxietiltri-metil-amonio), monoetanolamina (MEA) e hidróxido amónico (NH_{4}OH). Los resultados se presentan en la Tabla 6 para una concentración de componente alcalino de 1,3 por ciento en peso y una concentración de glicol de 36 por ciento en peso respectivamente, con condiciones de tratamiento de 60ºC durante diez minutos. Si se omitía el glicol, cada uno de los cuatro materiales alcalinos atacó químicamente al silicio. Sin embargo, cuando el glicol estaba presente, no había evidencias de ataque químico para ninguno de los tratamientos.
TABLA 6
Efecto de glicoles sobre limpiadores alcalinos a 60ºC
Componente alcalino sin glicoles (1,3% en peso) Formulación alcalina que contiene glicoles
Componente Rugosidad Glicol % en peso Rugosidad
alcalino media R_{z} (\ring{A}) de glicol media R_{z} (\ring{A})
TEAH 750 Dietilen-glicol 36 <25
Colina 375 Dietilen-glicol 36 <25
Hidróxido amónico 3000 Dietilen-glicol 36 <25
MEA 375 Dietilen-glicol 36 <25
Ejemplo 7
Las obleas para este ejemplo se trataron de la misma manera que en el Ejemplo 1, excepto que la temperatura de limpieza era de 80ºC y se usó una variedad de componentes de limpieza alcalinos incluyendo: 1-amino-2-propanol (MIPA), 2-(2-aminoetoxi)etanol (DEGA), 3-amino-1-propanol (AP), 3-metoxipropilamina (MPA), 1-(2-aminoetil)piperazina (AEP), y morfolina. Los resultados se presentan en la Tabla 7 para una concentración de componente alcalino de 1,3 por ciento en peso y una concentración de glicol de 36 por ciento en peso respectivamente, con condiciones de tratamiento de 80ºC durante diez minutos. Si se omitía el glicol, cada uno de los seis compuestos alcalinos atacaron químicamente al silicio. Sin embargo, cuando el glicol estaba presente, no había evidencias de ataque químico para ninguno de los tratamientos.
TABLA 7
Efecto de glicoles sobre limpiadores alcalinos a 80ºC
Componente alcalino sin glicoles (1,3% en peso) Formulación alcalina que contiene glicoles
Componente Rugosidad Glicol % en peso Rugosidad
alcalino media R_{z} (\ring{A}) de glicol media R_{z} (\ring{A})
MIPA 2550 Dietilen-glicol 36 <25
DEGA 9000 Dietilen-glicol 36 \leq25
AP 13750 Dietilen-glicol 36 <25
MPA 2400 Dietilen-glicol 36 <25
AEP 100 Dietilen-glicol 36 <25
Morfolina 225 Dietilen-glicol 36 <50
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Ejemplo 8
Se preparó un concentrado de solución alcalina acuosa que contiene 0,22 por ciento en peso de hidróxido de tetrametil-amonio (TMAH), 1,55 por ciento en peso de hidróxido amónico, y 0,29 por ciento en peso del agente quelante ácido etilendinitrilotetraacético (EDTA). El concentrado de solución alcalina acuosa se usó para preparar dos soluciones para el tratamiento de muestras. La solución alcalina A se preparó añadiendo una parte de agua desionizada y una parte de dietilen-glicol (DEG) a una parte del concentrado preparado anteriormente. La solución alcalina B se preparó añadiendo dos partes de agua desionizada a una parte del concentrado preparado anteriormente. Se sometieron dos muestras de obleas de silicio del mismo lote de obleas al siguiente tratamiento: (1) la muestra se colocó en una solución Piranha (mezcla (4:1) de ácido sulfúrico al 95%/peróxido de hidrógeno al 30%) durante 10 minutos a aproximadamente 90ºC, se retiró, se aclaró con agua desionizada, y se secó con gas nitrógeno comprimido, y (2) la muestra se colocó en una solución alcalina acuosa A ó B durante un tratamiento de 5 minutos a 70ºC, se retiró, se aclaró con agua desionizada, y se secó con gas nitrógeno comprimido. Una tercera muestra de oblea de silicio (procedente del mismo lote de obleas que la anterior) se preparó usando una tratamiento "con sólo Piranha" (como se indicó en la etapa (1) anterior) para comparación. Se determinó la Raíz Media Cuadrada (RMS) de la microrrugosidad de la muestra de oblea de silicio después del tratamiento mediante Microscopía de Fuerzas Atómicas (AFM) a partir de un barrido de un micrómetro cuadrado con los resultados presentados en la Tabla 8, Claramente, la presencia de un glicol evita la formación de rugosidad en la superficie de la oblea de silicio.
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TABLA 8
Efecto de glicoles sobre limpiadores alcalinos
Tratamiento Dilución de solución alcalina con RMS (\ring{A})
Piranha-sólo - - - 1,9
\hskip1cm (1) Piranha Agua desionizada y DEG 1,6
\hskip1cm (2) Solución alcalina A
\hskip1cm (1) Piranha Sólo agua desionizada 445,0
\hskip1cm (2) Solución alcalina B
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Ejemplo 9
Se preparó un concentrado de solución alcalina acuosa que contiene 0,20 por ciento en peso de hidróxido de tetrametil-amonio (TMAH), 7,37 por ciento en peso de hidróxido amónico, y 0,26 por ciento en peso del agente quelante ácido etilendinitrilotetraacético (EDTA).El concentrado de solución alcalina acuosa se usó para preparar cuatro soluciones para el tratamiento de muestras. Se preparó la solución alcalina tamponada C añadiendo dos partes de dietilen-glicol (DEG) a una parte del concentrado preparado anteriormente y luego añadiendo 0,07 por ciento en peso de ácido acético glacial para conseguir un pH de solución de aproximadamente 10,8. Se preparó la solución alcalina tamponada D añadiendo una parte de agua desionizada y una parte de etilen-glicol (EG) a una parte del concentrado preparado anteriormente y luego añadiendo 0,08 por ciento en peso de ácido acético glacial para conseguir un pH de solución de aproximadamente 10,8. Se preparó la solución alcalina tamponada E añadiendo una parte de agua desionizada y una parte de tetraetilen-glicol (TaEG) a una parte del concentrado preparado anteriormente y luego añadiendo 0,11 por ciento en peso de ácido acético glacial para conseguir un pH de solución de aproximadamente 10,8. Se preparó la solución alcalina tamponada F añadiendo dos partes de agua desionizada a una parte del concentrado preparado anteriormente y luego añadiendo 0,11 por ciento en peso de ácido acético glacial para conseguir un pH de solución de aproximadamente 10,8. Se sometieron cuatro muestras de obleas de silicio procedentes del mismo lote de obleas usado en el Ejemplo 8 al siguiente tratamiento: (1) la muestra se colocó en una solución Piranha (mezcla (4:1) de ácido sulfúrico al 96%/peróxido de hidrógeno al 30%) durante 10 minutos a aproximadamente 90ºC, se retiró, se aclaró con agua desionizada, y se secó con gas nitrógeno comprimido, y (2) la muestra se colocó en la solución alcalina acuosa tamponada C ó D ó E ó F durante un tratamiento de 5 minutos a 70ºC, se retiró, se aclaró con agua desionizada, y se secó con gas nitrógeno comprimido. Los datos de la rugosidad del tratamiento sólo con Piranha de la Tabla 8 se muestran también aquí para comparación. Se determinó la Raíz Media Cuadrada (RMS) de la microrrugosidad de la muestra de oblea de silicio después del tratamiento mediante Microscopía de Fuerzas Atómicas (AFM) a partir de un barrido de un micrómetro cuadrado con los resultados presentados en la Tabla 9. Claramente, la presencia de un glicol evita o controla la formación de rugosidad en la superficie de las obleas de silicio.
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TABLA 9
Efecto de glicoles sobre limpiadores alcalinos tamponados
Tratamiento Tiempo de tratamiento Dilución de solución RMS (\ring{A})
a 70ºC (minutos) alcalina tamponada con:
Solo con Piranha - - - - - - 1,9
(1) Piranha 5 Sólo DEG 2,0
(2) Solución alcalina C
(1) Piranha 5 Agua desionizada y EG 2,1
(2) Solución alcalina D
(1) Piranha 5 Agua desionizada y TaEG 73,2
(2) Solución alcalina E
(1) Piranha 5 Sólo agua desionizada 129,6
(2) Solución alcalina F
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Ejemplo 10
Se preparó un concentrado de solución alcalina acuosa que contiene 0,20 por ciento en peso de hidróxido de tetrametilamonio (TMAH), 7,37 por ciento en peso de hidróxido amónico, y 0,26 por ciento en peso del agente quelante ácido etilendinitrilotetraacético (EDTA). El concentrado de solución alcalina acuosa se usó para preparar dos soluciones para el tratamiento de muestras. Se preparó la solución alcalina tamponada G añadiendo una parte de agua desionizada y una parte de dietilen-glicol (DEG) a una parte del concentrado preparado anteriormente y luego añadiendo 0,12 por ciento en peso de ácido acético glacial para conseguir un pH de solución de aproximadamente 10,8. Se preparó la solución alcalina tamponada F añadiendo dos partes de agua desionizada a una parte del concentrado preparado anteriormente y luego añadiendo 0,11 por ciento en peso de ácido acético glacial para conseguir un pH de solución de aproximadamente 10,8. Se sometieron dos muestras de obleas de silicio procedentes del mismo lote de obleas usado en los Ejemplos 8 y 9 al siguiente tratamiento: (1) la muestra se colocó en una solución Piranha (mezcla (4:1) de ácido sulfúrico al 96%/peróxido de hidrógeno al 30%) durante 10 minutos a aproximadamente 90ºC, se retiró, se aclaró con agua desionizada, y se secó con gas nitrógeno comprimido, y (2) la muestra se colocó en una solución alcalina acuosa tamponada F ó G durante un tratamiento de 3 minutos a 70ºC, se retiró, se aclaró con agua desionizada, y se secó con gas nitrógeno comprimido. Los datos de rugosidad del tratamiento con sólo Piranha de la Tabla 8 se muestran también aquí para comparación. Se determinó la Raíz Media Cuadrada (RMS) de la microrrugosidad de la muestra de oblea de silicio después del tratamiento mediante Microscopía de Fuerzas Atómicas (AFM) a partir de un barrido de un micrómetro cuadrado con los resultados presentados en la Tabla 10. Claramente, la presencia de un glicol evita o controla la formación de rugosidad en la superficie de obleas de silicio.
TABLA 10
Efecto de glicoles sobre limpiadores alcalinos tamponados
Tratamiento Tiempo de tratamiento Dilución de solución RMS (\ring{A})
a 70ºC (minutos) alcalina tamponada con:
Solo con Piranha - - - - - - 1,9
(1) Piranha 3 Agua desionizada y DEG 2,5
(2) Solución alcalina G
(1) Piranha 3 Agua desionizada solamente 83,4
(2) Solución alcalina F
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Ejemplo 11
Se preparó un concentrado de solución alcalina acuosa tamponada con un pH de aproximadamente 11,0 combinando 1,03 por ciento en peso de hidróxido de tetrametilamonio (TMAH), 8,63 por ciento en peso de 1,3-pentanodiamina, 0,20 por ciento en peso del agente quelante ácido etilendinitrilotetraacético (EDTA) y 2,32 por ciento en peso de ácido acético glacial. El concentrado de solución alcalina acuosa tamponada se usó para preparar dos soluciones para el tratamiento de muestras. Se preparó una solución alcalina tamponada H añadiendo una parte de dietilen-glicol (DEG) a una parte del concentrado preparado anteriormente. Se preparó una solución alcalina tamponada I añadiendo una parte de agua desionizada a una parte del concentrado preparado anteriormente. Se sometieron dos muestras de obleas de silicio procedentes del mismo lote de obleas usado en el Ejemplo 8, 9 y 10 al siguiente tratamiento: (1) la muestra se colocó en una solución Piranha (mezcla (4:1) de ácido sulfúrico al 96%/peróxido de hidrógeno al 30%) durante 10 minutos a aproximadamente 90ºC, se retiró, se aclaró con agua desionizada, y se secó con gas nitrógeno comprimido, y (2) la muestra se colocó en la solución alcalina acuosa tamponada H ó I durante un tratamiento de 5 minutos a 70ºC, se retiró, se aclaró con agua desionizada y se secó con gas nitrógeno comprimido. Los datos de rugosidad del tratamiento sólo con Piranha de la Tabla 8 se muestran también aquí para comparación. Se determinó la Raíz Media Cuadrada (Root Mean Square (RMS)) de la microrrugosidad de la muestra de oblea de silicio después del tratamiento mediante Microscopía de Fuerzas Atómicas (AFM) a partir de un barrido de un micrómetro cuadrado con los resultados presentados en la Tabla 11. Claramente, la presencia de un glicol evita y controla la formación de rugosidad en la superficie de las obleas de silicio.
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TABLA 11
Efecto de glicoles sobre limpiadores alcalinos tamponados
Tratamiento Tiempo de tratamiento Dilución de solución RMS (\ring{A})
a 70ºC (minutos) alcalina tamponada con:
Solo con Piranha - - - - - - 1,9
(1) Piranha 5 Agua desionizada y DEG 1,9
(2) Solución alcalina H
(1) Piranha 5 Agua desionizada solamente 254,3
(2) Solución alcalina I
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Ejemplo 12
Se preparó un concentrado de solución alcalina acuosa tamponada con un pH de aproximadamente 11,0 combinando 1,02 por ciento en peso de hidróxido de tetrametilamonio (TMAH), 8,54 por ciento en peso de 1,3-pentanodiamina, 0,20 por ciento en peso del agente quelante ácido etilendinitrilotetraacético (EDTA) y 3,32 por ciento en peso de ácido clorhídrico al 37,1%. El concentrado de solución alcalina acuosa tamponada se usó para preparar dos soluciones para el tratamiento de muestras. Se preparó una solución alcalina tamponada J añadiendo una parte de dietilen-glicol (DEG) a una parte del concentrado preparado anteriormente. Se preparó una solución alcalina tamponada K añadiendo una parte de agua desionizada a una parte del concentrado preparado anteriormente. Se sometieron dos muestras de obleas de silicio procedentes del mismo lote de obleas usado en los Ejemplos 8, 9, 10 y 11 al siguiente tratamiento: (1) la muestra se colocó en una solución Piranha (mezcla (4:1) de ácido sulfúrico al 96%/peróxido de hidrógeno al 30%) durante 10 minutos a aproximadamente 90ºC, se retiró, se aclaró con agua desionizada, y se secó con gas nitrógeno comprimido, y (2) la muestra se colocó en la solución alcalina acuosa tamponada J ó K durante un tratamiento de 5 minutos a 70ºC, se retiró, se aclaró con agua desionizada y se secó con gas nitrógeno comprimido. Los datos de rugosidad del tratamiento sólo con Piranha de la Tabla 8 se muestran también aquí para comparación. Se determinó la Raíz Media Cuadrada (RMS) de la microrrugosidad de la muestra de oblea de silicio después del tratamiento mediante Microscopía de Fuerzas Atómicas (AFM) a partir de un barrido de un micrómetro cuadrado con los resultados presentados en la Tabla 12. Claramente, la presencia de un glicol evita o controla la formación de rugosidad en la superficie de las obleas de silicio.
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TABLA 12
Efecto de glicoles sobre limpiadores alcalinos tamponados
Tratamiento Tiempo de tratamiento Dilución de solución RMS (\ring{A})
a 70ºC (minutos) alcalina tamponada con:
Solo con Piraña - - - - - - 1,9
(1) Piraña 5 Agua desionizada y DEG 1,4
(2) Solución alcalina J
(1) Piranha 5 Agua desionizada solamente 153,2
(2) Solución alcalina K
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Ejemplo 13
Se usó un solución A, preparada como en el Ejemplo 8, para tratar dos Elementos de Reflexión Interna (IRE) de silicio monocristalino (100) para la determinación de las especies terminales superficiales y los niveles de contaminación orgánica mediante espectroscopia de Reflectancia Total Atenuada de Infrarrojos por Transformada de Fourier (FTIR/ATR). IRE-#1 es un cristal de forma trapezoidal (100) de silicio sin dopar con dimensiones de
54 mm x 10 mm x 2 mm biselado a 45º en los extremos. IRE#1 se trató como sigue: (1) el IRE se colocó en una solución Piranha (mezcla (4:1) de ácido sulfúrico al 96%/peróxido de hidrógeno al 30%) durante 10 minutos a aproximadamente 90ºC, se retiró, se aclaró con agua desionizada, y se secó como gas nitrógeno comprimido, y finalmente se tomó un "espectro de absorbancia de referencia" mediante FTIR/ATR (2) el IRE se colocó en la solución alcalina acuosa A para un tratamiento de 5 minutos a 70ºC, se retiró, se aclaró con agua desionizada y se secó con gas nitrógeno comprimido, y finalmente se tomó un "espectro de absorbancia de muestra" mediante FTIR/ATR. Se realizaron un mínimo de 480 barridos con una ganancia de 32 a una resolución de 4 cm^{-1}. El espectro de referencia se restó del espectro de la muestra para determinar las especies terminales superficiales y si había contaminación orgánica. IRE-#2 es un cristal de forma trapezoidal (100) de silicio dopado tipo n con fósforo de dimensiones 54 mm x 10 mm x 1 mm (un cristal más fino da lugar a más reflexiones internas y por lo tanto tiene una sensibilidad mayor) biselado a 45º en los extremos. El IRE-#2 se trató como sigue: (1) el IRE se colocó en una solución Piranha (mezcla (4:1) de ácido sulfúrico al 96%/peróxido de hidrógeno al 30%) durante 10 minutos a aproximadamente 90ºC, se retiró, se aclaró con agua desionizada, y se secó con gas nitrógeno comprimido, y finalmente se tomó un "espectro de absorbancia de referencia" mediante FTIR/ATR, y (2) el IRE se colocó en la solución alcalina acuosa A para un tratamiento de 5 minutos a 70ºC, se retiró, se aclaró con agua desionizada, y se secó con gas nitrógeno comprimido, y finalmente, se tomó una "espectro de absorbancia de muestra" mediante FTIR/ATR. Se realizó un mínimo de 480 barridos con una ganancia de 32 a una resolución de 4 cm^{-1}. El espectro de referencia se restó del espectro de muestra para determinar las especies terminales superficiales y si había contaminación orgánica.
Se realizó un análisis del espectro resultante en las regiones de 2990 a 2810 cm^{-1} (en las que se localizarían picos de CHx de contaminación orgánica) y a 2160-2035 cm^{-1} (en las que se localizarían picos de silicio terminado con hidrógeno). Los resultados indican la presencia de un pico de absorbancia en el intervalo de 2160-2035 cm^{-1} para ambos cristales de IRE, lo cual indica la presencia de terminaciones con hidrógeno sobre la superficie del IRE de silicio. Se analizó la región de absorbancia de 2990-2810 cm^{-1} para ambos cristales IER y en esta región no había picos de absorbancia por encima del ruido de fondo en esta región, lo que indica que no había contaminación orgánica (o residuos) detectada. Claramente, este tratamiento que contiene glicol retira esencialmente el óxido de silicio nativo de la superficie de los cristales de IRE de silicio y forma una superficie de silicio con terminaciones de hidrógeno sin dejar ningún resto orgánico detrás.
Ejemplo 14
Se usó Solución A, preparada como en el Ejemplo 8, para limpiar cuatro obleas de silicio dopado tipo n con fósforo según se recibieron del fabricante. La limpieza se realizó durante 5 minutos a 70ºC seguido de un aclarado de dos minutos con agua desionizada y secado por rotación.
Se determinó luego la capacidad de limpieza de metales de la solución A mediante el método de ataque químico superficial por goteo ( Droplet Surface Etching DSE) seguido de análisis elemental usando Espectroscopía de Absorción atómica con Horno de Grafito (GFAAS). Se analizó también un segundo conjunto de dos obleas procedentes del mismo lote en condiciones "según se recibieron" para determinar el nivel inicial de contaminación de metales usando el mismo método DSE-GFAAS. El método DSE-GFAA se realizó colocando una pequeña gota de solución ácida ultrapura (HF al 10% y HCl al 10% en agua) sobre la superficie de la oblea y "arrastrando" la gota por toda la superficie de la oblea para disolver cualquier óxido de silicio y metales en la gota. La gota se analizó luego usando GFAAS. Los resultados del análisis de DSE-GFAAS para aluminio (Al), cobre (Cu), y hierro (FE) se muestran en la Tabla 3. Claramente, la solución alcalina acuosa A que contiene glicol es capaz de limpiar estos contaminantes metálicos de la superficie de la oblea.
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TABLA 13
Efecto de retirada de metales de limpiador alcalino que contiene glicoles
Tratamiento Concentración de Concentración de Concentración de
contaminación superficial contaminación superficial contaminación superficial
para Aluminio para Cobre para hierro
(x10^{10} átomos/cm^{2}) (x10^{10} átomos/cm^{2}) (x10^{10} átomos/cm^{2})
"según se reciben" 150 11 720
Solución A 97 1,8 9,0
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo 15
Se preparó un concentrado de solución alcalina acuosa que contiene 0,22 por ciento en peso de hidróxido de tetrametilamonio (TMAH); 1,55 por ciento en peso de hidróxido amónico, y 0,29 por ciento en peso del agente quelante ácido etilendinitrilotetraacético (EDTA). El concentrado de solución alcalina acuosa se usó para preparar siete soluciones para el tratamiento de muestras. Se preparó una solución alcalina M añadiendo 1,7 partes de agua desionizada y 0,3 partes de D-manitol a una parte del concentrado preparado anteriormente. Se preparó una solución alcalina N añadiendo 1,4 partes de agua desionizada y 0,6 partes de meso-eritritol a una parte del concentrado preparado anteriormente. Se preparó una solución alcalina O añadiendo 1,4 partes de agua desionizada y 0,6 partes de D-sorbitol a una parte del concentrado preparado anteriormente. Se preparó una solución alcalina F añadiendo 1,4 partes de agua desionizada y 0,6 partes de xilitol a una parte del concentrado preparado anteriormente. Se preparó una solución alcalina Q añadiendo 1,4 partes de agua desionizada y 0,6 partes de adonitol a una parte del concentrado preparado anteriormente. Se preparó una solución alcalina R añadiendo 1,4 partes de agua desionizada y 0,6 partes de glicerol a una parte de concentrado preparado anteriormente. Se preparó una solución alcalina S añadiendo 1,4 partes de agua desionizada y 0,6 partes de DL-treitol a una parte del concentrado preparado anteriormente. Se sometieron siete muestras de obleas al siguiente tratamiento: (1) la muestra se colocó en una solución Piranha (mezcla (4:1) de ácido sulfúrico al 96%/peróxido de hidrógeno al 30%) durante 10 minutos a aproximadamente 90ºC, se retiró, se aclaró con agua desionizada, y se secó con gas nitrógeno comprimido, y (2) la muestra se colocó en la solución alcalina acuosa M ó N u O ó P ó Q ó R ó S para un tratamiento de 5 minutos a 70ºC, se retiró, se aclaró con agua desionizada, y se secó con gas nitrógeno comprimido. Los datos de los tratamientos sólo con solución Piranha y con Solución (B) (dilución con agua solamente) de la Tabla 8 se muestran aquí para comparación. Se determinó la Raíz Media Cuadrada (RMS) de la microrrugosidad de la muestra de oblea de silicio después del tratamiento mediante Microscopía de Fuerzas Atómicas (AFM) a partir de un barrido de un micrómetro cuadrado con los resultados presentados en la Tabla 14. Claramente, la presencia de un azúcar-alcohol evita o controla la formación de rugosidad en la superficie de la oblea de
silicio.
TABLA 14
Efecto de azúcares-alcoholes sobre limpiadores alcalinos
Tratamiento Dilución de solución % en peso de RMS (\ring{A})
alcalina con: Azúcar-alcohol
Piranha sólo - - - - - - 1,9
(1) Piranha Sólo agua desionizada 10 445,0
(2) Solución alcalina B
(1) Piranha Agua desionizada 20 48,9
(2) Solución alcalina M y D-manitol
(1) Piranha Agua desionizada 20 3,1
(2) Solución alcalina N y meso-eritritol
(1) Piranha Agua desionizada 20 174,0
(2) Solución alcalina O y D-sorbitol
(1) Piranha Agua desionizada 20 142,4
(2) Solución alcalina P y xilitol
(1) Piranha Agua desionizada 20 116,7
(2) Solución alcalina Q y Adonitol
(1) Piranha Agua desionizada 20 216,2
(2) Solución alcalina R y glicerol
(1) Piranha Agua desionizada 20 5,8
(2) Solución alcalina S y DL-Treitol

Claims (33)

1. Un procedimiento para la limpieza inicial de una superficie de un sustrato de oblea microelectrónica para retirar la contaminación de metales manteniendo a su vez la suavidad de la superficie del sustrato de oblea y dejando una superficie de la oblea esencialmente libre de óxido adecuada para tratamientos adicionales del sustrato de oblea en la secuencia de tratamientos de circuitos integrados, comprendiendo dicho procedimiento poner en contacto la superficie del sustrato de oblea con una composición de limpieza durante un tiempo y temperatura suficientes para limpiar la superficie del sustrato de oblea, comprendiendo dicha composición de limpieza una solución acuosa de una base alcalina libre de iones metálicos y un compuesto polihidroxilado que contiene de dos a diez grupos -OH y que tiene la fórmula:
HO--Z--OH
en la que -Z- es -R-, -(R^{1}-O)_{x}-R^{2}- ó -
\uelm{R}{\uelm{\para}{ \hskip-1,3mm (OH) _{y} }}
^{3}- , en la que -R-, -R^{1}-, -R^{2}-, y -R^{3}- son radicales alquileno, x es un número entero de 1 a 4 e y es un número entero de 1 a 8, con la condición de que el número de átomos de carbono en el compuesto polihidroxilado no exceda de diez, y en la que el agua presente en la solución acuosa es al menos un 40% en peso de la composición de limpieza.
2. Un procedimiento según la reivindicación 1, en el que la base alcalina libre de iones metálicos está presente en la composición de limpieza en una cantidad de hasta 25% en peso y el compuesto polihidroxilado en una cantidad de hasta 50% en peso de la composición de limpieza.
3. Un procedimiento según la reivindicación 2, en el que la base alcalina libre de iones metálicos está presente en una cantidad de 0,05% a 10% en peso y el compuesto polihidroxilado en una cantidad de 5% a 40% en peso.
4. Un procedimiento según la reivindicación 3, en el que la composición de limpieza comprende adicionalmente un compuesto quelante de metales en una cantidad de 0,01 a 5% en peso de la composición de limpieza.
5. Un procedimiento según la reivindicación 2, en el que la base alcalina libre de iones metálicos se selecciona del grupo que consiste en hidróxido amínico, o un hidróxido de tetraalquil-amonio, en el que el grupo alquilo es un grupo alquilo no sustituido o un grupo alquilo sustituido con un radical hidroxi o alcoxi, y sus mezclas.
6. Un procedimiento según la reivindicación 5, en el que la base alcalina libre de iones metálicos se selecciona del grupo que consiste en hidróxido de tetrametil-amonio, hidróxido de tetraetil-amonio, hidróxido de trimetil-2-hidroxietil-amonio, hidróxido amónico, y sus mezclas.
7. Un procedimiento según la reivindicación 2, en el que la base alcalina libre de iones metálicos es una alcanol-amina.
8. Un procedimiento según la reivindicación 2, en el que la base alcalina libre de iones metálicos es una alcano-diamina.
9. Un procedimiento según la reivindicación 1, en el que el compuesto polihidroxilado se selecciona del grupo que consiste en un alcano-diol altamente hidrófilo con un parámetro de solubilidad de enlaces de hidrógeno Hansen superior a 7,5 cal^{1/2}cm^{-3/2} y un alcano-poliol vicinal.
10. Un procedimiento según la reivindicación 9, en el que el compuesto polihidroxilado es un alcano-diol seleccionado del grupo que consiste en etilen-glicol, dietilen-glicol, trietilen-glicol, tetraetilen-glicol, propilen-glicol, dipropilen-glicol, tripropilen-glicol, 2-metil-2,4-pentano-diol, y sus mezclas.
11. Un procedimiento según la reivindicación 9, en el que el compuesto polihidroxilado es un alcano-poliol vicinal seleccionado del grupo que consiste en manitol, eritritol, sorbitol, xilitol, adonitol, glicerol y sus mezclas.
12. Un procedimiento según la reivindicación 4, en el que la composición de limpieza comprende una solución acuosa que contiene 0,07% en peso de hidróxido de tetrametil-amonio, 0,50% en peso de solución de hidróxido amónico, 36% en peso de dietilen-glicol, y 0,09% en peso de ácido etilendiaminotetraacético, estando el resto de la composición de limpieza constituido por agua.
13. Un procedimiento según la reivindicación 4, en el que la composición de limpieza comprende una solución acuosa que contiene 0,07% en peso de hidróxido de tetrametil-amonio, 2,5% en peso de hidróxido amónico, 35% en peso de un glicol seleccionado del grupo que consiste en etilen-glicol y dietilen-glicol, 0,08% en peso de ácido acético glacial, y 0,09% en peso de ácido etilendiaminotetraacético, estando el resto de la composición de limpieza constituido por agua.
\newpage
14. Un procedimiento según al reivindicación 2, en el que la composición de limpieza comprende una solución acuosa que contiene 0,5% en peso de hidróxido de tetrametil-amonio, 4% en peso de 1,3-pentanodiamina, 50% en peso de dietilen-glicol, 1% en peso de ácido acético, y 0,09% en peso de ácido etilendiaminotetraacético, estando el resto de la composición de limpieza constituido por agua.
15. Un procedimiento según la reivindicación 2, en el que la composición de limpieza comprende una solución acuosa que contiene 0,5% en peso de hidróxido de tetrametil-amonio, 4% en peso de 1,3-pentanodiamina, 50% en peso de dietilen-glicol, 0,6% en peso de cloruro de hidrógeno, y 0,09% en peso de ácido etilendiaminotetraacético, estando el resto de la composición de limpieza constituido por agua.
16. Un procedimiento según la reivindicación 1, en el que después de poner en contacto dicha superficie del sustrato de oblea con dicha composición de limpieza, dicha superficie del sustrato de oblea tiene alturas de picos y valles con una distancia media entre dichas alturas de picos y valles inferior a 25 Angstroms.
17. Una composición de limpieza para la limpieza inicial de una superficie de un sustrato de oblea microelectrónica para retirar contaminación de metales manteniendo a su vez la suavidad de la superficie del sustrato de oblea y dejando una superficie de oblea esencialmente libre de óxido adecuada para tratamientos adicionales del sustrato de oblea en la secuencia de tratamientos de circuitos integrados, consistiendo dicha composición de limpieza en una solución acuosa de una base alcalina libre de iones metálicos y un compuesto polihidroxilado que contiene de dos a diez grupos -OH y que tiene la fórmula:
HO--Z--
en la que -Z- es -R-, -(R^{1}-O)_{x}-R^{2}- ó -
\uelm{R}{\uelm{\para}{ \hskip-1,3mm (OH) _{y} }}
^{3}- , en la que -R-, -R^{1}-, -R^{2}-, y -R^{3}- son radicales alquileno, x es un número entero de 1 a 4 e y es un número entero de 1 a 8, con la condición de que el número de átomos de carbono en el compuesto polihidroxilado no exceda de diez, y en la que el agua presente en la solución acuosa es al menos un 40% en peso de la composición de limpieza, y en la que dicha composición de limpieza puede contener opcionalmente de 0,01 a 5% en peso de un agente complejante de metales y puede contener también opcionalmente un componente de tamponamiento.
18. Una composición de limpieza según la reivindicación 17, en la que la base alcalina libre de iones metálicos está presente en la composición de limpieza en una cantidad de hasta 25% en peso y el compuesto polihidroxilado en una cantidad de hasta 50% en peso de la composición de limpieza.
19. Una composición de limpieza según la reivindicación 18, en la que la base alcalina libre de iones metálicos está presente en una cantidad de 0,05% a 10% en peso y el compuesto polihidroxilado en una cantidad de 5% a 40% en peso.
20. Una composición de limpieza según la reivindicación 19, en la que dicha composición de limpieza comprende un compuesto quelante de metales en una cantidad de 0,01 a 5% en peso de la composición de limpieza.
21. Una composición de limpieza según la reivindicación 18, en la que la base alcalina libre de iones metálicos se selecciona del grupo que consiste en hidróxido amónico, o un hidróxido de tetraalquil-amonio, en el que el grupo alquilo es un grupo alquilo no sustituido o un grupo alquilo sustituido con un radical hidroxi o alcoxi, y sus mezclas.
22. Una composición de limpieza según la reivindicación 21, en la que la base alcalina libre de iones metálicos, se selecciona del grupo que consiste en hidróxido de tetrametil-amonio, hidróxido de tetraetil-amonio, hidróxido de trimetil-2-hidroxietil-amonio, hidróxido amónico y sus mezclas.
23. Una composición de limpieza según la reivindicación 18, en la que la base alcalina libre de iones metálicos es una alcanol-amina.
24. Una composición de limpieza según la reivindicación 18, en la que la base alcalina libre de iones metálicos es una alcano-diamina.
25. Una composición de limpieza según la reivindicación 17, en la que el compuesto polihidroxilado se selecciona del grupo que consiste en un alcano-diol altamente hidrófilo con un parámetro de solubilidad de enlaces de hidrógeno Hansen superior a 7,5 cal^{1/2}cm^{-3/2} y un alcano-poliol vicinal.
26. Una composición de limpieza según la reivindicación 25, en la que el compuesto polihidroxilado es un alcano-diol seleccionado del grupo que consiste en etilen-glicol, dietilenglicol, trietilen-glicol, tetraetilen-glicol, propilen-glicol, dipropilen-glicol, tripropilen-glicol, 2-metil-2,4-pentanodiol, y sus mezclas.
27. Una composición de limpieza según la reivindicación 25, en la que el compuesto polihidroxilado es un alcano-poliol vicinal seleccionado del grupo que consiste en manitol, eritritol, sorbitol, xilitol, adonitol, glicerol y sus mezclas.
28. Una composición de limpieza según la reivindicación 20, en la que dicha composición de limpieza consiste en una solución acuosa de 0,07% en peso de hidróxido de tetrametil-amonio, 0,50% en peso de hidróxido amónico, 36% en peso de dietilen-glicol, y 0,09% en peso de ácido etilendiaminotetraacético, estando el resto de la composición de limpieza constituido por agua.
29. Una composición de limpieza según la reivindicación 20, en la que dicha composición de limpieza consiste en una solución acuosa de 0,07% en peso de hidróxido de tetrametil-amonio, 2,5% en peso de hidróxido amónico, 35% en peso de un glicol seleccionado del grupo que consiste en etilen-glicol y dietilen-glicol, 0,08% en peso de ácido acético glacial, y 0,09% en peso de ácido etilendiaminotetraacético, estando el resto de la composición de limpieza constituido por agua.
30. Una composición de limpieza según la reivindicación 18, en la que dicha composición de limpieza consiste en una solución acuosa de 0,5% en peso de hidróxido de tetrametil-amonio, 4% en peso de 1,3-pentanodiamina, 50% en peso de dietilen-glicol, 1% en peso de ácido acético, y 0,09% en peso de ácido etilendiaminotetraacético, estando el resto de la composición de limpieza constituido por agua.
31. Una composición de limpieza según la reivindicación 18, en la que dicha composición de limpieza consiste en una solución acuosa de 0,5% en peso de hidróxido de tetrametil-amonio, 4% en peso de 1,3-pentanodiamina, 50% en peso de dietilen-glicol, 0,6% en peso de cloruro de hidrógeno, y 0,09% en peso de ácido etilendiaminotetraacético, estando el resto de la composición de limpieza constituido por agua.
32. Un procedimiento según la reivindicación 1, en el que dicha composición limpiadora no requiere el uso de peróxido de hidrógeno.
33. Un procedimiento según las reivindicaciones 1 ó 32, en el que dicho procedimiento no requiere el uso de materiales utilizados para retirar superficies de óxidos.
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