RU2139593C1 - Method for continuous chemical liquid cleaning of polymer-covered surfaces of parts, primarily semiconductor plates - Google Patents

Method for continuous chemical liquid cleaning of polymer-covered surfaces of parts, primarily semiconductor plates Download PDF

Info

Publication number
RU2139593C1
RU2139593C1 RU97100906A RU97100906A RU2139593C1 RU 2139593 C1 RU2139593 C1 RU 2139593C1 RU 97100906 A RU97100906 A RU 97100906A RU 97100906 A RU97100906 A RU 97100906A RU 2139593 C1 RU2139593 C1 RU 2139593C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
solution
sulfuric acid
solutions
processes
activated
Prior art date
Application number
RU97100906A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU97100906A (en
Inventor
Т.И. Хаханина
Т.Б. Клюева
И.Н. Селиванова
В.А. Савельев
Г.Я. Красников
А.А. Ковалев
Original Assignee
Хаханина Татьяна Ивановна
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Хаханина Татьяна Ивановна filed Critical Хаханина Татьяна Ивановна
Priority to RU97100906A priority Critical patent/RU2139593C1/en
Publication of RU97100906A publication Critical patent/RU97100906A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2139593C1 publication Critical patent/RU2139593C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Cleaning Or Drying Semiconductors (AREA)

Abstract

FIELD: electronic engineering. SUBSTANCE: method involves electrochemical treatment of sulfuric acid aqueous solution, treatment of plate surfaces with activated solution obtained, repeated electrochemical treatment, and cleaning of solution. Sulfur acid concentration is 5.5 to 6.5 V; plates are treated at temperature of 80 to 100 C. In this way, photoresist is easily removed from plates. Spent solutions are reconditioned for their reuse in continuous process; composition of etching solution is maintained stable. EFFECT: improved efficiency of process. 8 dwg, 5 tbl

Description

Изобретение относится к полупроводниковой микроэлектронике, а именно к технологии жидкостного химического снятия (далее, ЖХС) слоев полимеров (например, фоторезистивных высокомолекулярных слоев и др.) с поверхности полупроводниковых пластин после технологических операций жидкостного травления слоев оксида кремния различного состава при изготовлении интегральных схем, а также в других областях промышленности, где требуется удаление органических полимерных покрытий с поверхности изделий:
при производстве печатных плат;
при производстве деталей и узлов радиоэлектронных устройств и т.д.
The invention relates to semiconductor microelectronics, and in particular to the technology of liquid chemical removal (hereinafter, LC) of polymer layers (for example, photoresistive high molecular weight layers, etc.) from the surface of semiconductor wafers after technological operations of liquid etching of silicon oxide layers of various compositions in the manufacture of integrated circuits, and also in other industries where removal of organic polymer coatings from the surface of products is required:
in the manufacture of printed circuit boards;
in the manufacture of parts and components of electronic devices, etc.

В настоящее время процессы ЖХС в современных технологических маршрутах производства СБИС имеют широкое распространение и, как показала практика, обладают преимуществами по сравнению с другими известными способами "сухого" или плазмохимического снятия слоев фоторезистов из-за своей универсальности к виду фоторезистов и отсутствия нежелательных побочных эффектов (радиационных повреждений, вторичных загрязнений, возможности осаждения на очищаемую поверхность распыленных нелетучих соединений и т.д.). Currently, GHS processes in modern technological routes of production of VLSI are widespread and, as practice has shown, have advantages over other known methods of "dry" or plasma-chemical removal of layers of photoresists due to their universality to the appearance of photoresists and the absence of undesirable side effects ( radiation damage, secondary pollution, the possibility of deposition of atomized non-volatile compounds on the surface to be cleaned, etc.).

Известен способ ЖХС [1] фоторезистов с поверхности полупроводниковых пластин с использованием кислотных растворов перекиси водорода. Способ ЖХС [1] включает:
приготовление раствора состава H2SO4: H2O2 в соотношении соответственно 1: 3, т.е. приготовление смеси KAPO, сопровождающееся значительным экзотермическим эффектом;
погружение в горячий раствор и выдерживание в нем полупроводниковых пластин с фоторезистивной пленкой на поверхности в течение 10 мин;
промывку полупроводниковых пластин в горячей и, далее, холодной проточной деионизованной воде.
A known method of LCS [1] photoresists from the surface of semiconductor wafers using acidic solutions of hydrogen peroxide. The LCS method [1] includes:
preparation of a solution of the composition H 2 SO 4 : H 2 O 2 in a ratio of 1: 3, respectively, i.e. preparation of a KAPO mixture, accompanied by a significant exothermic effect;
immersion in a hot solution and holding semiconductor wafers with a photoresistive film on the surface for 10 minutes;
washing semiconductor wafers in hot and, further, cold running deionized water.

Преимущество способа [1] заключается в том, что смесь KAPO является универсальной смесью по спектру очищаемых примесей и виду фоторезистивных пленок. The advantage of the method [1] is that the KAPO mixture is a universal mixture according to the spectrum of purified impurities and the type of photoresist films.

Однако эффективность процессов снятия фоторезистов по способу [1] нестабильна во времени. Так, смесь KAPO, полученная по этому способу, содержащая 75% концентрированной серной кислоты, после выдержки при температуре 130oC в течение 1-2 часов процессов ЖХС представляет собой разбавленную серную кислоту за счет разложения второго компонента смеси - перекиси водорода, первоначально присутствующей в концентрации 25%.However, the efficiency of photoresist removal processes according to the method [1] is unstable in time. So, the KAPO mixture obtained by this method, containing 75% concentrated sulfuric acid, after exposure at a temperature of 130 o C for 1-2 hours of LC processes is diluted sulfuric acid due to the decomposition of the second component of the mixture - hydrogen peroxide, originally present in concentration of 25%.

Известен способ удаления органического покрытия [2], включающий обработку подложки с фоторезистивной пленкой в смеси KAPO. В другом варианте способа [2] подложку с фоторезистивной пленкой обрабатывают озоном или в плазме кислорода и, далее, в моющем растворе - смеси KAPO с последующим прополаскиванием в воде, насыщенной озоном. A known method of removing organic coating [2], including processing the substrate with a photoresistive film in a mixture of KAPO. In another embodiment of the method [2], the substrate with a photoresist film is treated with ozone or in oxygen plasma and, further, in a washing solution, a KAPO mixture, followed by rinsing in water saturated with ozone.

Преимущество способа [2] заключается в его универсальности по спектру стравливаемых фоторезистивных пленок. The advantage of the method [2] is its versatility in the spectrum of etched photoresistive films.

Основные недостатки способа [2] заключаются в коротком времени жизни активных компонентов моющих растворов и высоких материальных затратах на используемое оборудование для его осуществления. The main disadvantages of the method [2] are the short life time of the active components of the washing solutions and the high material costs of the equipment used for its implementation.

Известен способ ЖХС с поверхности полупроводниковых пластин [3] с использованием отработанного раствора, содержащего сверхчистую серную кислоту, надсерную кислоту и сверхчистую воду, из производственного процесса, очистки его и повторного введения в процесс ЖХС для поддержания постоянной концентрации сверхчистой кислоты с определенной чистотой и составом раствора. Способ и устройство, защищенные патентом США, включают процессы высокотемпературной дистилляции, конденсации, возгонки, электрохимического получения надсерной кислоты для проведения процессов ЖХС. The known method of LCS from the surface of semiconductor wafers [3] using an spent solution containing ultrapure sulfuric acid, sulfuric acid and ultrapure water from the production process, purifying it and reintroducing it into the LCC process to maintain a constant concentration of ultrapure acid with a certain purity and composition of the solution . The method and device, protected by a US patent, include processes of high-temperature distillation, condensation, sublimation, electrochemical production of supra sulfuric acid for carrying out LCS processes.

Недостатками способа являются необходимость использования для его осуществления ложного материалоемкого оборудования для очистки отработанного раствора, а также его большая энергоемкость, связанная с необходимостью нагрева рабочего раствора в травильных ваннах до 150oC; в сепараторах - до 280oC; дистилляционных колоннах - до 300oC и выше, так как температура кипения серной кислоты составляет 338oC.The disadvantages of the method are the need to use for its implementation of false material-intensive equipment for cleaning the spent solution, as well as its high energy consumption associated with the need to heat the working solution in pickling baths to 150 o C; in separators - up to 280 o C; distillation columns up to 300 o C and above, since the boiling point of sulfuric acid is 338 o C.

Кроме того, технологические процессы, осуществляемые в этом способе, имеют высокую пожароопасность, обусловленную высокотемпературным нагревом токсичных и агрессивных растворов серной кислоты. Именно этот недостаток способа, основанного на высокотемпературной дистилляционной системе регенерирования, привел к пожарам на технологических комплексах по производству интегральных схем на предприятиях Западной Европы. In addition, the technological processes carried out in this method have a high fire hazard due to the high temperature heating of toxic and aggressive solutions of sulfuric acid. It is this drawback of a method based on a high-temperature distillation regeneration system that has led to fires at technological complexes for the production of integrated circuits at enterprises in Western Europe.

Наиболее близким к предлагаемому решению по технической сущности является способ ЖХО, включающий электрохимическую обработку водного раствора серной кислоты, воздействие активированного раствора на поверхность полупроводниковой пластины при концентрации исходного раствора 3-7 М, причем отработанный раствор подвергается повторной активации и очистке путем последовательной подачи его через катодную и анодную камеры электрохимической ячейки при анодной плотности тока от 3,0 до 4,8 кА/м2 [4].Closest to the proposed solution in technical essence is the LCF method, including the electrochemical treatment of an aqueous solution of sulfuric acid, the effect of an activated solution on the surface of a semiconductor wafer at a concentration of the initial solution of 3-7 M, and the spent solution is reactivated and purified by sequentially feeding it through the cathode and the anode chamber of the electrochemical cell at an anode current density of 3.0 to 4.8 kA / m 2 [4].

Этот способ [4] позволяет значительно упростить процесс рекуперации отработанных растворов; поддерживать стабильный компонентный состав раствора ЖХО; менее материало- и энергоемок. This method [4] can significantly simplify the process of recovery of spent solutions; Maintain a stable component composition of an LCL solution; less material and energy intensive.

Недостаток прототипа заключается в том, что этот раствор ЖХО неприменим для осуществления процесса снятия слоев фоторезистов с поверхности полупроводниковых пластин. The disadvantage of the prototype is that this LCF solution is not applicable for the process of removing layers of photoresists from the surface of semiconductor wafers.

Так, экспериментально показано, что процесс снятия полимеров происходит под действием активных радикалов O3,O,O,OH,O - 2 - и т.д.), которые образуются при повышенных температурах в процессах разложения окислителей в травящих растворах - активированных растворах концентрированной H2SO4.So, it has been experimentally shown that the process of removal of polymers occurs under the action of active radicals O 3 , O, O , OH , O - 2 - etc.), which are formed at elevated temperatures in the decomposition of oxidizing agents in etching solutions - activated solutions of concentrated H 2 SO 4 .

Показано, что оптимальная скорость травления и эффективность процесса ЖХС достигаются при температуре 80-100oC и при постоянной скорости протока свежеприготовленного активированного раствора, составляющей 8-10 л/ч. Осуществление этих процессов по способу [4] практически невозможно и экономически невыгодно.It was shown that the optimum etching rate and the efficiency of the LCS process are achieved at a temperature of 80-100 o C and at a constant flow rate of a freshly prepared activated solution of 8-10 l / h. The implementation of these processes by the method [4] is practically impossible and economically disadvantageous.

Техническая задача, решаемая изобретением - повышение эффективности процесса снятия слоев фоторезистов с поверхности полупроводниковых пластин; повышение эффективности процессов регенерирования отработанных растворов для их повторного ведения в непрерывный производственный процесс ЖХС и поддержания стабильного компонентного состава травящего раствора. The technical problem solved by the invention is to increase the efficiency of the process of removing layers of photoresists from the surface of semiconductor wafers; increasing the efficiency of the processes of regeneration of spent solutions for their re-introduction into the continuous production process of LCS and maintaining a stable component composition of the etching solution.

Эта задача достигается тем, что в известном способе (включающем электрохимическую активацию раствора серной кислоты, воздействие полученного активированного раствора на поверхность пластин, повторную электрохимическую обработку и очистку раствора) используют серную кислоту концентрацией 15-18 М, электрохимическую обработку и очистку раствора ведут при напряжении на электродах от 5,5 до 6,5 В, процесс воздействия полученного активированного раствора на поверхность пластин проводят при температуре от 80 до 100oC.This task is achieved by the fact that in the known method (including electrochemical activation of a solution of sulfuric acid, the effect of the obtained activated solution on the surface of the plates, repeated electrochemical treatment and cleaning of the solution), sulfuric acid with a concentration of 15-18 M is used, the electrochemical treatment and cleaning of the solution are carried out at a voltage of electrodes from 5.5 to 6.5 V, the process of exposure of the obtained activated solution to the surface of the plates is carried out at a temperature of from 80 to 100 o C.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что при использовании заявленного способа удается получить раствор ЖХС, обладающий высокими окислительными свойствами, достаточными для проведения процессов полного окисления слоев фоторезистивных пленок до CO2 и H2O. По предлагаемому способу процесс электрохимической активации концентрированной серной кислоты проводится при напряжении на электродах более 5,0 В, а именно в интервале от 5,0 до 6,5 В. По способу прототипа напряжение на электродах при активации 3-7 М растворов серной кислоты составляет от 3,0 до 5,0 В.The essence of the proposed method lies in the fact that when using the inventive method, it is possible to obtain a GHS solution with high oxidizing properties sufficient to conduct complete oxidation of the layers of photoresist films to CO 2 and H 2 O. According to the proposed method, the process of electrochemical activation of concentrated sulfuric acid is carried out at the voltage at the electrodes is more than 5.0 V, namely in the range from 5.0 to 6.5 V. According to the prototype method, the voltage at the electrodes upon activation of 3-7 M sulfuric acid solutions with sets from 3.0 to 5.0 V.

Различия в особенностях протекания процессов электрохимической активации по способу прототипа и по предлагаемому способу заключаются в реакциях образования окисляющих компонентов растворов ЖХС и ЖХО. The differences in the features of the processes of electrochemical activation by the method of the prototype and by the proposed method are in the reactions of the formation of oxidizing components of solutions of LC and LC.

Механизм реакций образования окисляющих компонентов по прототипу представляет собой несколько основных стадий. Первой стадией является разряд и адсорбция сульфат- или гидросульфат-ионов по реакциям (1а) и (1б). В поле двойного слоя адсорбированный гидросульфат-радикал может подвергаться депротонизации с образованием хемосорбированных анион-радикалов сульфата по реакции (2). Поэтому принципиально не существенно, разряжаются ли сульфат- или гидросульфат-ионы, присутствующие одновременно, - в растворе установится равновесное состояние (2). Удаление этих промежуточных частиц происходит в результате последующих реакций - рекомбинации (3) или электрохимической десорбции (4)

Figure 00000002

Me(HSO - 4 )адс _→ Me(SO 2- 4 )адс+H+ (2)
2Me(HSO - 4 )адс _→ Me+H2S2O8 (3)
Figure 00000003

Высокая эффективность десорбционной активности моющего раствора по отношению к примесям, имеющимся на очищаемой поверхности (это в достаточной мере подтверждено банком данных, полученных методами спектроскопии поверхности: ОЖЕ-спектроскопии и ВИМС), полученного по способу прототипа [5], достигается за счет генерирования продуктов - мононадсерной кислоты, надсерной кислоты и перекиси водорода - в области потенциалов от 3,0 до 5,0 В, где они синтезируются, устойчивы и далее не окисляются.The reaction mechanism for the formation of oxidizing components of the prototype represents several main stages. The first stage is the discharge and adsorption of sulfate or hydrosulfate ions according to reactions (1a) and (1b). In the double layer field, the adsorbed hydrosulfate radical can undergo deprotonization with the formation of chemisorbed sulfate anion radicals by reaction (2). Therefore, it is fundamentally not essential whether sulfate or hydrosulfate ions are present that are simultaneously discharged - an equilibrium state will be established in solution (2). The removal of these intermediate particles occurs as a result of subsequent reactions - recombination (3) or electrochemical desorption (4)
Figure 00000002

Me (HSO - 4 ) ads _ → Me (SO 2- 4 ) ads + H + (2)
2Me (HSO - 4 ) ads _ → Me + H 2 S 2 O 8 (3)
Figure 00000003

The high efficiency of the desorption activity of the washing solution with respect to impurities on the surface being cleaned (this is sufficiently confirmed by the data bank obtained by surface spectroscopy methods: Auger spectroscopy and SIMS) obtained by the prototype method [5] is achieved by generating products - monosulfuric acid, sulfuric acid and hydrogen peroxide - in the potential range from 3.0 to 5.0 V, where they are synthesized, stable and not further oxidized.

Но экспериментальными исследованиями установлено, что окисляющей активности растворов, полученных по способу прототипа (см. примеры конкретного исполнения), недостаточно для проведения процессов жидкостного химического окисления (или ЖХС) фоторезистивных пленок или других полимерных покрытий с поверхности полупроводниковых пластин. Показано, что окисление этих продуктов - продуктов реакции (1)-(4) способа-прототипа - происходит при потенциалах выше 5,0 В; приводит к образованию высших полиокисей, окисляющих фоторезистивные пленки до CO2 и H2O.But experimental studies have established that the oxidizing activity of solutions obtained by the prototype method (see examples of specific performance) is not enough for conducting liquid chemical oxidation (or GHS) processes of photoresistive films or other polymer coatings from the surface of semiconductor wafers. It has been shown that the oxidation of these products — reaction products of (1) - (4) of the prototype method — occurs at potentials higher than 5.0 V; leads to the formation of higher polyoxides that oxidize photoresist films to CO 2 and H 2 O.

В данной области потенциалов (от 5,0 до 6,5 В) часть сульфат-ионов, разряжаясь по реакции (1б), не превращаются в пероксодисульфат-ионы, а, отдавая свой кислород поверхности анода, снова превращаются в сульфат-ионы в результате электрохимической десорбции разряжающимися молекулами воды

Figure 00000004

Figure 00000005

Индексом * показан путь движения кислорода из аниона в анодно выделяющийся кислород.In this potential region (from 5.0 to 6.5 V), part of the sulfate ions, discharged by reaction (1b), do not turn into peroxodisulfate ions, but, giving their oxygen to the surface of the anode, again turn into sulfate ions as a result electrochemical desorption by discharging water molecules
Figure 00000004

Figure 00000005

Index * shows the path of oxygen movement from the anion to the anode released oxygen.

Далее по предлагаемому способу следует механизм образования высших полиокисей

Figure 00000006

Figure 00000007

и т.д. до образования полиокисей гомологического ряда H2On, где n≥2. Первым членом данного гомологического ряда является перекись водорода H2O2.Further, the proposed method follows the mechanism of formation of higher polyoxides
Figure 00000006

Figure 00000007

etc. to the formation of polyoxides of the homological series H 2 O n , where n≥2. The first member of this homologous series is hydrogen peroxide H 2 O 2 .

По прототипу реакции образования высших полиокисей, озона, кислорода считались паразитными. According to the prototype of the reaction, the formation of higher polyoxides, ozone, and oxygen were considered parasitic.

Все продукты представленных реакций и по прототипу (1)-(4), и по предлагаемому способу (5)-(8) являются сильными окислителями, так как являются источниками образования кислорода - основного окисляющего агента органических соединений. All products of the presented reactions according to the prototype (1) - (4) and the proposed method (5) - (8) are strong oxidizing agents, since they are sources of oxygen formation - the main oxidizing agent of organic compounds.

Но отличительным признаком предлагаемого способа является то, что активность кислорода отлична от прототипа. По предлагаемому способу активный кислород - это еще и продукт реакции разложения пероксодисульфат-ионов
S2O 2- 8 +H+_→ HS2O - 8 _→ HSO - 4 +SO 4 (9)
SO 4 _→ O3+1/2 O2 (10)
SO 4 +H2O _→ H2SO5 (11)
По способу прототипа протекание этих реакций практически невозможно из-за влияния воды, приводящего к разложению надсерной кислоты по реакции
H2S2O8+H2O ←_→ H2SO4+H2O2 (12)
Следующим отличительным признаком предлагаемого способа является то, что дополнительным источником кислорода служит не вода (механизм, реализуемый в способе прототипа), а перекись водорода.
But the hallmark of the proposed method is that the oxygen activity is different from the prototype. According to the proposed method, active oxygen is also a product of the decomposition reaction of peroxodisulfate ions
S 2 o 2- eight + H + _ → HS 2 O - eight _ → HSO - 4 + SO 4 (nine)
SO 4 _ → O 3 +1/2 O 2 (10)
SO 4 + H 2 O _ → H 2 SO 5 (11)
According to the prototype method, the course of these reactions is almost impossible due to the influence of water, leading to the decomposition of sulfuric acid by the reaction
H 2 S 2 O 8 + H 2 O ← _ → H 2 SO 4 + H 2 O 2 (12)
The next distinguishing feature of the proposed method is that the additional source of oxygen is not water (the mechanism implemented in the prototype method), but hydrogen peroxide.

По предлагаемому способу механизм образования кислорода следующий:
2H2O2_→ 2H2O+O2 (13)
H2SO5+H2O2_→ H2SO4+H2O+O2 (14)
H2S2O8+H2O2_→ 2H2SO4+O2 (15)
Аналогичным образом протекают реакции разложения высших полиокисей гомологического ряда: H2On, образуемых в активированных концентрированных растворах серной кислоты, отличающихся высокой окислительной способностью и устойчивостью кислорода: атомарного, молекулярного и его радикалов.
According to the proposed method, the mechanism of oxygen formation is as follows:
2H 2 O 2 _ → 2H 2 O + O 2 (13)
H 2 SO 5 + H 2 O 2 _ → H 2 SO 4 + H 2 O + O 2 (14)
H 2 S 2 O 8 + H 2 O 2 _ → 2H 2 SO 4 + O 2 (15)
Similarly, the decomposition reactions of higher polyoxides of the homologous series: H 2 O n , formed in activated concentrated solutions of sulfuric acid, characterized by high oxidative ability and stability of oxygen: atomic, molecular and its radicals proceed.

Процесс окисления фоторезистивных пленок с поверхности полупроводниковых подложек по предлагаемому способу протекает по радикально-цепному механизму "с вырожденным развлетвлением". Для инициирования реакций окисления органических соединений впервые предлагается термический нагрев раствора - активированной концентрированной серной кислоты - до температуры от 80oC-100oC.The process of oxidation of photoresistive films from the surface of semiconductor substrates by the proposed method proceeds according to the radical-chain mechanism "with degenerate forking". To initiate oxidation reactions of organic compounds for the first time, it is proposed to heat the solution — activated concentrated sulfuric acid — to a temperature of from 80 o C-100 o C.

Воздействие нагрева заключается в ослаблении связей в молекулах окислителей - продуктов реакций (1)-(4) и (5)-(8) - и образовании в результате активных атомов и радикалов. The effect of heating is to weaken bonds in the molecules of oxidizing agents - products of reactions (1) - (4) and (5) - (8) - and the formation of active atoms and radicals as a result.

Согласно реакций, протекающих по радикально-цепному механизму с вырожденным развлетвлением, часть промежуточно образующихся пероксосоединений также распадается на радикалы, давая тем самым начало новым реакционным цепям, а остальная часть - конечные продукты и, следовательно, в дальнейшем инициировании процесса не участвует. According to the reactions proceeding according to the radical-chain mechanism with degenerate branching, a part of the intermediate peroxo compounds also decomposes into radicals, thereby giving rise to new reaction chains, and the rest - to the final products and, therefore, is not involved in the further initiation of the process.

Но поскольку концентрация молекул окисляемого вещества по сравнению с концентрацией радикалов мала, процесс окисления пленок фоторезиста и других органических соединений сводится в основном к образованию конечных, устойчивых продуктов реакции, т.е. CO2 и H2O.But since the concentration of molecules of the oxidizable substance compared with the concentration of radicals is small, the oxidation of films of photoresist and other organic compounds is reduced mainly to the formation of final, stable reaction products, i.e. CO 2 and H 2 O.

Figure 00000008

Глубина окисления органических соединений - полимерных слоев фоторезистов на поверхности кремниевых пластин - зависит от диффузионных факторов, а именно от скорости подвода активного кислорода в зону реакции окисления.
Figure 00000008

The depth of oxidation of organic compounds — the polymer layers of photoresists on the surface of silicon wafers — depends on diffusion factors, namely, the rate of supply of active oxygen to the oxidation reaction zone.

В свою очередь, скорость подвода активного кислорода зависит от концентрации активных компонентов в растворе ЖХС в момент проведения процесса окисления. Определение компонентного состава раствора, получаемого по предлагаемому способу, проводится методами титриметрического анализа; примесный состав раствора оценивается:
по органическим примесям - методом жидкофазного титрования;
по неорганическим примесям - методом инверсионной вольтамперометрии.
In turn, the rate of supply of active oxygen depends on the concentration of active components in the LC solution at the time of the oxidation process. The determination of the component composition of the solution obtained by the proposed method is carried out by titrimetric analysis methods; impurity composition of the solution is estimated:
on organic impurities - by the method of liquid phase titration;
for inorganic impurities - by the method of inversion voltammetry.

(Методы и средства контроля состава раствора приведены в примерах конкретного исполнения). (Methods and means of controlling the composition of the solution are given in examples of specific performance).

Таким образом, конечной стадией взаимодействия активированного раствора концентрированной (15-18 М) серной кислоты с полимерными слоями фоторезистов и другими органическими соединениями, имеющимися на поверхности полупроводниковых подложек, являются:

Figure 00000009

Конечной стадией взаимодействия данного раствора, получаемого по предлагаемому способу, с неорганическими примесями, попадающими в него при проведении техпроцессов ЖХС, являются хелатные, комплексные соединения, где молекулярный анион имеет формулу: O 2- 2 - перекисную; O - 3 - озонидную; O - 2 - надперекисную.Thus, the final stage of the interaction of an activated solution of concentrated (15-18 M) sulfuric acid with polymer layers of photoresists and other organic compounds on the surface of semiconductor substrates is:
Figure 00000009

The final stage of the interaction of this solution obtained by the proposed method with inorganic impurities that enter it during the process of LCS are chelated, complex compounds, where the molecular anion has the formula: O 2- 2 - peroxide; O - 3 - ozonide; O - 2 - superperoxide.

Хелатный механизм образования комплексов, имеющих трехчленный замкнутый цикл, приводит к тому, что связанный (десорбированный с поверхности ион металла, атом металла, анион и т.д.) прочно удерживаются в комплексе и не могут быть абсорбированы обратно поверхностью, обрабатываемой активированными растворами концентрированной серной кислоты. Далее примеси, связанные в хелатные комплексы, удаляются при одновременном разрушении их при промывании полупроводниковых пластин в проточной сверхчистой воде. The chelating mechanism of the formation of complexes having a three-membered closed cycle leads to the fact that the bonded (metal ion, metal atom, anion, etc. stripped from the surface) are firmly held in the complex and cannot be absorbed back by the surface treated with activated solutions of concentrated sulfuric acids. Further, impurities bound to chelate complexes are removed while they are destroyed during washing of semiconductor wafers in flowing ultrapure water.

Важно подчеркнуть, что при обработке полупроводниковых пластин в активированных растворах серной кислоты, все органические и неорганические загрязнения окисляются до высшей степени окисления, их окисленные формы предотвращают процесс вторичного загрязнения поверхности при прополаскивании в проточной воде; исключается возможность образования локальных критических участков на очищенной поверхности. It is important to emphasize that when processing semiconductor wafers in activated sulfuric acid solutions, all organic and inorganic contaminants are oxidized to the highest degree of oxidation, their oxidized forms prevent the process of secondary contamination of the surface when rinsing in running water; eliminates the possibility of the formation of local critical areas on the cleaned surface.

Заявляемый способ иллюстрируется следующими чертежами. The inventive method is illustrated by the following drawings.

На фиг. 1 приведена блок-схема установки рекуперации для осуществления предлагаемого способа. In FIG. 1 shows a block diagram of a recovery unit for implementing the proposed method.

На фиг. 2 приведены результаты исследований поверхности кремниевых пластин методом Оже-спектроскопии при воздействии на фоторезистивные слои раствора, полученного по предлагаемому способу. In FIG. 2 shows the results of studies of the surface of silicon wafers by Auger spectroscopy when exposed to the photoresist layers of a solution obtained by the proposed method.

На фиг. 3 приведены результаты определения общего органического углерода в растворах, получаемых по прототипу, методом жидкофазного титрования. In FIG. 3 shows the results of determining the total organic carbon in solutions obtained by the prototype, the method of liquid phase titration.

На фиг. 4 приведены результаты исследования эффективности процессов регенерирования растворов серной кислоты методом инверсионной вольтамперометрии:
фиг. 4а - вольтамперограмма исходного раствора серной кислоты до электрохимической активации;
фиг. 4б - вольтамперограмма активированного раствора серной кислоты, полученного по предлагаемому способу.
In FIG. 4 shows the results of a study of the effectiveness of the processes of regeneration of sulfuric acid solutions by the method of inversion voltammetry:
FIG. 4a - voltammogram of the initial solution of sulfuric acid to electrochemical activation;
FIG. 4b is a voltammogram of an activated sulfuric acid solution obtained by the proposed method.

На фиг. 5 приведены результаты определения примесей общего органического углерода в растворах, получаемых по предлагаемому способу, в течение двухмесячного периода его эксплуатации. Метод определения - жидкофазное титрование. In FIG. 5 shows the results of the determination of impurities of total organic carbon in solutions obtained by the proposed method, during the two-month period of its operation. The determination method is liquid phase titration.

На фиг. 6 приведены результаты исследований эффективности процессов регенерирования отработанных растворов активированной серной кислоты по предлагаемому способу методом инверсионной вольтамперометрии:
фиг. 6а - вольтамперограмма отработанного раствора серной кислоты;
фиг. 6б - вольтамперограмма регенерированного раствора.
In FIG. 6 shows the results of studies of the effectiveness of the processes of regeneration of spent solutions of activated sulfuric acid by the proposed method by inversion voltammetry:
FIG. 6a - voltammogram of the spent solution of sulfuric acid;
FIG. 6b is a voltammogram of the regenerated solution.

На фиг. 7 представлена зависимость соотношения количеств молекул H2SO4; ионов HSO - 4 ; ионов SO 2- 4 в водном растворе H2SO4.In FIG. 7 shows the relationship between the number ratio of H 2 SO 4 molecules; HSO ions - 4 ; SO ions 2- 4 in an aqueous solution of H 2 SO 4 .

На фиг. 8 приведены результаты исследований по изучению стабильности активированных растворов в течение суток с интервалом определений - 2 часа - (Cok ≈ f(t)):
фиг. 8a - результаты титриметрического определения суммарного содержания окислителей:

Figure 00000010
;
фиг. 8б - результаты титриметрического определения концентрации мононадсерной кислоты
Figure 00000011
, в растворе ЖХС;
фиг. 8в - результаты титриметрического определения концентрации надсерной кислоты
Figure 00000012
в растворе ЖХС;
фиг. 8г - результаты титриметрического определения концентрации перекиси водорода
Figure 00000013
в растворе ЖХС.In FIG. Figure 8 shows the results of studies on the stability of activated solutions during the day with a determination interval of 2 hours - (C ok ≈ f (t)):
FIG. 8a - the results of titrimetric determination of the total content of oxidizing agents:
Figure 00000010
;
FIG. 8b - the results of titrimetric determination of the concentration of mononadsulfuric acid
Figure 00000011
in a solution of LCS;
FIG. 8c - results of titrimetric determination of the concentration of sulfuric acid
Figure 00000012
in a solution of LCS;
FIG. 8g - results of titrimetric determination of the concentration of hydrogen peroxide
Figure 00000013
in a solution of LCS.

Примеры конкретного выполнения. Examples of specific performance.

Пример 1 (осуществления способа ЖХС поверхности полупроводниковых пластин по прототипу). Example 1 (implementation of the method GHS surface of the semiconductor wafers of the prototype).

Раствор серной кислоты концентрации 5 М (60 л) заливают в напорную емкость 1 (см. фиг. 1), снабженную датчиками уровня раствора, из которой она самотеком с расходом 5 л/ч поступает в катодную, а затем в анодную камеры электрохимической ячейки 4 (фиг. 1). После заполнения электрохимической ячейки электролитом включают источник стабилизированного напряжения 5 (фиг. 1) и устанавливают напряжение на электродах 4,0 В, а величину тока 300 А. Нормальная работа источника питания 5 и электрохимической ячейки 4 контролируется по наличию на контрольно-измерительных приборах заданного потенциала и тока в нагрузке. Дальнейшее заполнение раствором электрохимической ячейки 4 приводит к сливу активированного раствора через сливное отверстие самотеком в накопительную емкость 2 фиг. 1; при наработке достаточного объема активированного раствора он из емкости 2 с помощью насоса 7 перекачивается через фильтрующее устройство 8 в рабочую ванну 6. Кассета с пластинами кремния, имеющими на поверхности фоторезистивную пленку (после процессов ЖХТ диоксида кремния в травителях) погружается в раствор активированной серной кислоты, находящейся в рабочей ванне 6 при комнатой температуре. Пластины выдерживаются в растворе, подогретом до 100oC, 10 мин. Затем промываются в ванне с проточной деионизованной водой в течение 15 мин и сушатся. Отработанный раствор вновь поступает в напорную емкость 1.A solution of sulfuric acid with a concentration of 5 M (60 L) is poured into the pressure vessel 1 (see Fig. 1), equipped with solution level sensors, from which it flows by gravity with a flow rate of 5 l / h to the cathode and then to the anode chamber of the electrochemical cell 4 (Fig. 1). After filling the electrochemical cell with electrolyte, turn on a stabilized voltage source 5 (Fig. 1) and set the voltage at the electrodes to 4.0 V and a current of 300 A. The normal operation of the power supply 5 and the electrochemical cell 4 is monitored by the presence of a given potential on the instrumentation and current in the load. Further filling with the solution of the electrochemical cell 4 leads to the discharge of the activated solution through the drain hole by gravity into the storage tank 2 of FIG. 1; when a sufficient volume of activated solution has been generated, it is pumped from the tank 2 through the filter device 8 to the working bath 6. Using a pump 7, a cassette with silicon wafers having a photoresistive film on the surface (after chemically treated silicon dioxide in etchants) is immersed in an activated sulfuric acid solution, located in the working bath 6 at room temperature. The plates are kept in solution, heated to 100 o C, 10 minutes Then they are washed in a bath with running deionized water for 15 minutes and dried. The spent solution again enters the pressure tank 1.

Контроль качества процесса удаления фоторезистивных пленок проводился визуально под микроскопом при увеличении 100x.The quality control of the process of removing photoresist films was carried out visually under a microscope at a magnification of 100 x .

Проводили анализ активированного раствора серной кислоты, который находился в непрерывной эксплуатации для проведения процессов ЖХО поверхности полупроводниковых пластин с целью их преддиффузионной очистки на содержание СОУ методом жидкофазного титрования. Результаты определений представлены на фиг. 3. The activated sulfuric acid solution was analyzed, which was in continuous operation to conduct LCL processes on the surface of semiconductor wafers with the aim of pre-diffusion cleaning them for the content of SDA by liquid phase titration. The determination results are shown in FIG. 3.

Пример 2 (по предлагаемому способу). Example 2 (by the proposed method).

Проводили анализ качества исходного для загрузки системы рекуперации, блок-схема которой представлена на фиг. 1, концентрацией 17 М раствора серной кислоты: методом инверсионной вольтамперометрии на содержание цинка, кадмия, свинца и меди; методом жидкофазного окисления органических соединений - на содержание СОУ На фиг. 4а представлена вольтамперограмма исходного 17 М раствора серной кислоты; на фиг. 5 - содержание СОУ. An analysis was made of the quality of the initial recovery system for loading, the block diagram of which is shown in FIG. 1, a concentration of 17 M sulfuric acid solution: by the method of inverse voltammetry for the content of zinc, cadmium, lead and copper; by the method of liquid-phase oxidation of organic compounds - to the content of SDA. FIG. 4a shows a voltammogram of the original 17 M sulfuric acid solution; in FIG. 5 - the content of the JMA.

Получали раствор 17 М серной кислоты пропусканием через катодную и анодную камеры электрохимической ячейки 4, представленной на блок-схеме (фиг. 1), при напряжении на электродах 6,0 В. Нормальная работа источника питания 5 и электрохимической ячейки 4 контролируется по наличию на контрольно-измерительных приборах заданного потенциала и тока в нагрузке. Активированный раствор через сливное отверстие в электрохимической ячейке самотеком поступает в накопительную емкость 2 (фиг. 1); при наработке достаточного объема (более 20 л) активированного раствора он из емкости 2 с помощью насоса 7 перекачивается через фильтрующее устройство 8 в рабочую ванну 6. Кассета с пластинами кремния КЭФ 4,5 диаметром 100 мм, имеющих на поверхности фоторезистивную пленку (после плазмохимической зачистки ЖХТ диоксида кремния в соответствующих травителях) погружается в активированный 17 М раствор H2SO4, находящийся в рабочей ванне и нагретый до температуры 90oC. Пластины выдерживаются в растворе 10 мин. Затем промываются в ванне с проточной водой в течение 15 мин и сушатся. Отработанный раствор поступает в напорную емкость 1.A solution of 17 M sulfuric acid was obtained by passing through the cathode and anode chambers of the electrochemical cell 4 shown in the block diagram (Fig. 1) at a voltage of 6.0 V on the electrodes. The normal operation of the power source 5 and the electrochemical cell 4 is controlled by the presence of -measurement devices of a given potential and current in the load. The activated solution through a drain hole in the electrochemical cell by gravity enters the storage tank 2 (Fig. 1); when a sufficient volume (more than 20 l) of activated solution has been generated, it is pumped out of the container 2 by means of a pump 7 through a filtering device 8 into a working bath 6. A cassette with KEF 4.5 silicon wafers with a diameter of 100 mm and a photoresist film on the surface (after plasma-chemical cleaning Silicon dioxide chromatography in appropriate etchants) is immersed in an activated 17 M solution of H 2 SO 4 located in a working bath and heated to a temperature of 90 o C. The plates are kept in solution for 10 minutes. Then they are washed in a bath with running water for 15 minutes and dried. The spent solution enters the pressure tank 1.

Контроль чистоты очищаемой поверхности кремниевых пластин после проведения процесса ЖХС по предлагаемому способу проводили методом Оже-спектроскопии. Получали Оже-спектры поверхности кремниевых пластин, представленные на фиг. 2. The cleanliness of the surface of silicon wafers being cleaned after the LC process according to the proposed method was carried out by Auger spectroscopy. The Auger spectra of the surface of the silicon wafers shown in FIG. 2.

Проводили анализ качества полученного раствора методом инверсионной вольтамперометрии; определяли содержание суммарного органического углерода методом жидкофазного окисления органических соединений, определяли содержание окислителей

Figure 00000014
тигриметрическим методом анализа. Получали вольтамперограмму полученного активированного раствора серной кислоты (фиг. 4б), содержание СОУ (фиг. 5) и суммарное содержание окислителей (фиг. 8).Conducted an analysis of the quality of the resulting solution by inversion voltammetry; the content of total organic carbon was determined by the method of liquid-phase oxidation of organic compounds, the content of oxidizing agents was determined
Figure 00000014
tigrimetric analysis method. Received voltammogram obtained activated sulfuric acid solution (Fig. 4b), the content of the SDA (Fig. 5) and the total content of oxidizing agents (Fig. 8).

Проводили процессы ЖХС фоторезистов с поверхности кремниевых пластин в том же объеме (60 л) раствора, находящегося в системе рекуперации в непрерывной эксплуатации в течение двух месяцев работы системы (фиг. 1). Результаты испытаний рабочих партий пластин представлены в табл. 1 - 5. The GCF processes of photoresists from the surface of silicon wafers were carried out in the same volume (60 L) of a solution located in the recovery system in continuous operation for two months of the system operation (Fig. 1). The test results of the working parties of the plates are presented in table. fifteen.

Проводили анализ активированного раствора ЖХС (периодичность определений 5-7 дней), находящегося в непрерывно работающей системе рекуперации с максимальной производственной нагрузкой по проведению процессов ЖХС на содержание СОУ методом жидкофазного окисления. Результаты определений представлены на фиг. 5. An analysis of the activated solution of LCS (determination frequency of 5-7 days), located in a continuously operating recovery system with a maximum production load for conducting LCS processes for the content of SDA by liquid-phase oxidation, was carried out. The determination results are shown in FIG. 5.

Проводили анализ качества раствора ЖХС (периодичность определений 1-2 раза в сутки) методом инверсионной вольтамперометрии. Получали вольтамперограммы, аналогичные тем, которые представлены на фиг. 6. An analysis was made of the quality of the LC solution (frequency of determinations 1-2 times a day) by inversion voltammetry. Voltammograms were obtained similar to those shown in FIG. 6.

Вольтамперограмма 6а - результаты измерения содержания цинка, кадмия, свинца и меди до регенерирования; 6б - после проведения процессов регенерирования раствора ЖХС, включающего процессы его очистки и активации. Voltammogram 6a - the results of measuring the content of zinc, cadmium, lead and copper before regeneration; 6b - after carrying out the processes of regeneration of the GHS solution, including the processes of its purification and activation.

Сравнительные показатели эффективности пленок с поверхности кремниевых пластин и стандартного процесса ЖХС - обработка в смеси KAPO - приведены в табл. 1 - 5. Comparative indicators of the effectiveness of films from the surface of silicon wafers and the standard process LCS - processing in a mixture of KAPO - are given in table. fifteen.

Результаты, полученные при осуществлении примеров конкретного исполнения предлагаемого способа ЖХС, свидетельствуют о достижении поставленной цели - повышение эффективности процесса снятия слоев фоторезистов с поверхности полупроводниковых подложек, создание энергоресурсосберегающей технологии ЖХС со 100%-ной рекуперацией растворов. Это подтверждается результатами электрофизических параметров полупроводниковых структур - МОП-транзисторов, приведенных в табл. 1 - 5; методами Оже-спектроскопии и инверсионной вольтамперометрии. The results obtained in the implementation of examples of specific performance of the proposed GHS method indicate the achievement of the goal — increasing the efficiency of the process of removing photoresist layers from the surface of semiconductor substrates, creating energy-saving GHS technology with 100% recovery of solutions. This is confirmed by the results of the electrophysical parameters of semiconductor structures - MOS transistors, are given in table. fifteen; Auger spectroscopy and inversion voltammetry methods.

Для примера на фиг. 2 приведены результаты исследований поверхности кремниевых пластин КЭФ 4,5 диаметром 100 мм, обработанных по способу ЖХС в активированных концентрированных растворах H2SO4. Из приведенных Оже-спектров (фиг. 2) следует, что при проведении процессов ЖХС по предлагаемому способу в растворе, содержащем высшие полиокиси и насыщенном активными радикалами, пик углерода не обнаруживается. Из данных Оже-спектров (2а, 2б, 2в) можно сделать вывод о том, что на образцах кремниевых пластин, обработанных по предлагаемому способу, отсутствует углерод, определяемый на уровне предела обнаружения (0,1%) методом Оже-спектроскопии. Таким образом, происходит достаточно эффективное снятие слоев фоторезистов с помощью электрохимически активированных концентрированных растворов серной кислоты. Процесс окисления фоторезистивных пленок, протекающий по радикально-цепному механизму согласно реакции (16) гарантирует эффективное снятие полимерных слоев с поверхности.For the example of FIG. 2 shows the results of studies of the surface of KEF 4.5 silicon wafers with a diameter of 100 mm, processed by the LC method in activated concentrated solutions of H 2 SO 4 . From the above Auger spectra (Fig. 2) it follows that when carrying out LCS processes according to the proposed method in a solution containing higher polyoxides and saturated with active radicals, a carbon peak is not detected. From the data of Auger spectra (2a, 2b, 2c), we can conclude that there is no carbon on the samples of silicon wafers processed by the proposed method, which is determined at the detection limit (0.1%) by Auger spectroscopy. Thus, a sufficiently effective removal of photoresist layers occurs using electrochemically activated concentrated sulfuric acid solutions. The process of oxidation of photoresist films proceeding according to the radical chain mechanism according to reaction (16) guarantees effective removal of polymer layers from the surface.

В качестве доказательства эффективности процессов окисления, протекающих в объеме раствора ЖХС, процессов очистки этого раствора и его регенерирования растворов от органических полимерных слоев использовали метод жидкофазного титрования. As a proof of the effectiveness of oxidation processes occurring in the volume of an LCS solution, the processes of purification of this solution and its regeneration of solutions from organic polymer layers, the liquid-phase titration method was used.

Результаты определения суммарного содержания органических примесей этим методом приведены на фиг. 5; результаты определения СОУ в растворах ЖХО - по способу прототипа; ЖХС - по предлагаемому способу приведены соответственно на фиг. 3 и фиг. 5. The results of determining the total content of organic impurities by this method are shown in FIG. 5; the results of the determination of JMA in the solutions of LCL - according to the prototype method; ZhHS - according to the proposed method are shown respectively in FIG. 3 and FIG. 5.

Из результатов анализов, представленных на фиг. 3, следует, что при непрерывной эксплуатации раствора ЖХО в системе рекуперации по способу прототипа наблюдается устойчивое возрастание концентрации СОУ от 0,5 мг/л (содержание в исходной 42%-ной H2SO4) до 3,0 мг/л после двухмесячной эксплуатации раствора.From the results of the analyzes shown in FIG. 3, it follows that with the continuous operation of the LCL solution in the recovery system according to the prototype method, a steady increase in the concentration of SOA from 0.5 mg / l (content in the initial 42% H 2 SO 4 ) to 3.0 mg / l after two months is observed operation of the solution.

Следует отметить, что раствор ЖХО при этом не использовался для процессов снятия слоев фоторезистов - процессов ЖХС, где содержание СОУ было бы несомненно большим. It should be noted that the LCL solution was not used for the removal of photoresist layers — LCC processes, where the content of SDA would undoubtedly be large.

Из результатов, представленных на фиг. 5, следует, что при непрерывной эксплуатации растворов активированной концентрированной H2SO4 концентрация СОУ остается постоянной (в пределах ошибки определений) при проведении электрохимической активации 15-18 М растворов по предлагаемому способу, т.е. на уровне 0,5 мг/л и менее.From the results presented in FIG. 5, it follows that during continuous operation of solutions of activated concentrated H 2 SO 4, the concentration of SOA remains constant (within the limits of the error of determination) during electrochemical activation of 15-18 M solutions by the proposed method, i.e. at the level of 0.5 mg / l or less.

Из данных, приведенных на фиг. 3 и фиг. 5, следует, что окисление органических соединений наиболее эффективно в концентрированных растворах H2SO4. Процессы окисления органических соединений в активированных растворах протекают по радикально-цепному механизму взаимодействия как на поверхности кремниевых пластин, так и в объеме раствора ЖХС, находящегося в режиме непрерывной эксплуатации; процессы рекуперации, основанные на электрохимическом генерировании окисляющих компонентов раствора ЖХС, протекают достаточно эффективно; процессы регенерирования растворов ЖХС, содержащих стабильный компонентный состав окислителей, радикалов и т.д., имеют достаточно хорошую воспроизводимость.From the data shown in FIG. 3 and FIG. 5, it follows that the oxidation of organic compounds is most effective in concentrated solutions of H 2 SO 4 . The processes of oxidation of organic compounds in activated solutions proceed according to the radical-chain mechanism of interaction both on the surface of silicon wafers and in the volume of a GHS solution in continuous operation; recuperation processes based on the electrochemical generation of oxidizing components of a GHS solution proceed quite efficiently; the processes of regeneration of LC solutions containing a stable component composition of oxidizing agents, radicals, etc., have fairly good reproducibility.

Анализ качества исходного раствора серной кислоты, раствора после первичной активации и его регенерирования на содержание примесей, проводимых методом инверсионной вольтамперометрии, доказывает эффективность процессов очистки моющего раствора, протекающего в катодной камере электрохимической ячейки 4 по реакции

Figure 00000015
приведенной в прототипе.An analysis of the quality of the initial solution of sulfuric acid, the solution after primary activation and its regeneration for the content of impurities carried out by the method of inversion voltammetry, proves the efficiency of the cleaning processes of the washing solution flowing in the cathode chamber of the electrochemical cell 4 by reaction
Figure 00000015
given in the prototype.

Надо отметить, что анализ качества раствора данным методом проводился перед каждым процессом ЖХС фоторезистов с поверхности кремниевых пластин, приведенных в примерах конкретного исполнения, и перед каждой сменной загрузкой рабочих партий (одна рабочая партия соответствует 40 пластинам) независимо от того, какому циклу регенерирования подвергался моющий раствор. It should be noted that the analysis of the quality of the solution by this method was carried out before each GHS process of photoresists from the surface of the silicon wafers given in the examples of a specific design, and before each changeable loading of working batches (one working batch corresponds to 40 plates), regardless of which washing cycle the washing cycle was subjected to solution.

Для примера в качестве доказательства эффективности процессов снятия фоторезистов на фиг. 4 а,б и 6 а,б приведены вольтамперограммы цинка, кадмия, свинца, меди, обнаруженных в исходном (см. фиг. 4а) растворе; растворе, прошедшем первичную активацию - пики цинка, кадмия, свинца и меди - отсутствуют (фиг. 4б); отсутствуют пики указанных элементов и в регенерированном по условиям примера 2 (фиг. 6б) предлагаемого способа ЖХС, отработанного по условиям этого примера раствора, содержащего примеси цинка, свинца и меди - вольтамперограмма на фиг. 8а. By way of example, as evidence of the effectiveness of photoresist removal processes in FIG. 4 a, b and 6 a, b show voltammograms of zinc, cadmium, lead, copper, found in the initial solution (see Fig. 4a); the solution that underwent primary activation — peaks of zinc, cadmium, lead, and copper — are absent (Fig. 4b); there are no peaks of these elements and in the regenerated according to the conditions of example 2 (Fig. 6b) of the proposed LC method, tested according to the conditions of this example of a solution containing impurities of zinc, lead and copper - voltammogram in FIG. 8a.

Кроме того, перед каждым процессом ЖХС фоторезистов с поверхности кремниевых пластин согласно примерам конкретного исполнения проводился титриметрический анализ содержания окислительных компонентов раствора - суммарного содержания окислителей (см. фиг. 8а), надсерной кислоты (см. фиг. 8б), мононадсерной кислоты (см. фиг. 8в) и перекиси водорода (см. фиг. 8г). Данные, приведенные на фиг. 8а, б, в, г, свидетельствуют о том, что состав окислителей стабилен во времени, воспроизводимость процессов активации - наработки активных компонентов в растворе ЖХС - достаточно высока. In addition, before each process of GCF photoresists from the surface of silicon wafers, according to specific examples, a titrimetric analysis of the content of the oxidizing components of the solution was carried out - the total content of oxidizing agents (see Fig. 8a), supra sulfuric acid (see Fig. 8b), mononadic acid (see Fig. 8c) and hydrogen peroxide (see Fig. 8g). The data shown in FIG. 8a, b, c, d, indicate that the composition of the oxidizing agents is stable over time, the reproducibility of the activation processes — the operating time of the active components in the LC solution — is quite high.

Правильность выбора интервала концентраций серной кислоты от 15 до 18 М подтверждается следующим:
стабильностью параметров активации и составом раствора ЖХС по содержанию окислителей (см. фиг. 8), не зависящей от степени загрязнения очищаемой подложки и травящего раствора;
зависимостью молярности растворенных частиц в растворах серной кислоты от концентрации H2SO4, представленной на фиг. 7.
The correct choice of the range of concentrations of sulfuric acid from 15 to 18 M is confirmed by the following:
the stability of the activation parameters and the composition of the GHS solution according to the content of oxidizing agents (see Fig. 8), which does not depend on the degree of contamination of the substrate being cleaned and the etching solution;
the dependence of the molarity of the dissolved particles in sulfuric acid solutions on the concentration of H 2 SO 4 shown in FIG. 7.

Из результатов зависимости (фиг. 7) молярности растворенных частиц в растворах H2SO4 от ее концентрации обусловлен оптимальным соотношением количеств молекул H2SO4, ионов HSO4-, ионов SO42- в водных растворах серной кислоты, т. е. содержанием ионных и молекулярных форм диссоциированных частиц.From the results of the dependence (Fig. 7) of the molarity of the dissolved particles in H 2 SO 4 solutions on its concentration, the optimal ratio of the quantities of H 2 SO 4 molecules, HSO 4 - ions, SO 4 2- ions in aqueous sulfuric acid solutions is determined, i.e. the content of ionic and molecular forms of dissociated particles.

Из фиг. 7 следует, что по мере того, как стехиометрическая концентрация серной кислоты увеличивается, относительная концентрация ионов SO42- (как следствие процесса со второй ступенью диссоциации растворов) проходит через максимум при 49,5%; падает и полностью исчезает, когда стехиометрическая концентрация достигает 84%. В интервале концентраций от 15 М до 18 М концентрация ионов SO42- практически равна 0; концентрация ионов HSO4- уменьшается до нуля по мере возрастания концентрации молекул H2SO4, т.е. в 17-18 М растворах серной кислоты диссоциация ее молекул практически отсутствует.From FIG. 7 it follows that as the stoichiometric concentration of sulfuric acid increases, the relative concentration of SO 4 2- ions (as a result of the process with the second stage of dissociation of solutions) passes through a maximum at 49.5%; drops and completely disappears when the stoichiometric concentration reaches 84%. In the concentration range from 15 M to 18 M, the concentration of SO 4 2- ions is practically equal to 0; the concentration of HSO 4 ions - decreases to zero as the concentration of H 2 SO 4 molecules increases, i.e. in 17-18 M solutions of sulfuric acid, the dissociation of its molecules is practically absent.

Впервые в данном способе показана возможность осуществления процесса электрохимической генерации концентрированных растворов серной кислоты. Процессы электролиза концентрированной серной кислоты в литературе не описаны. Использование процесса электрохимической генерации концентрированных растворов для проведения процессов ЖХО и ЖХС показано впервые и в литературе не описаны. For the first time in this method, the possibility of carrying out the process of electrochemical generation of concentrated solutions of sulfuric acid is shown. Electrolysis processes of concentrated sulfuric acid are not described in the literature. The use of the process of electrochemical generation of concentrated solutions for carrying out the LCF and LC processes is shown for the first time and is not described in the literature.

Правильность выбора указанного интервала концентраций по предлагаемому способу подтверждается не только оптимальным соотношением диссоциатов или, вернее, их отсутствием в используемых исходных растворах, устраняющих влияние воды - основного инициирующего агента процессов распада окисляющих компонентов, и, как следствие этого, их устойчивостью в предлагаемых растворах ЖХС. The correct choice of the indicated concentration range according to the proposed method is confirmed not only by the optimal ratio of dissociates or, rather, by their absence in the used initial solutions, eliminating the influence of water - the main initiating agent of the decomposition of oxidizing components, and, as a consequence, their stability in the proposed solutions of LC.

Этот вывод подтверждается и Оже-спектрами поверхности кремниевых пластин, представленными на фиг. 2. This conclusion is also confirmed by the Auger spectra of the surface of silicon wafers shown in FIG. 2.

Как следует из Оже-спектров, главная остаточная примесь (на уровне предела ее обнаружения - 0,1%) - это углерод, который отсутствует на поверхности пластин, обработанных по предлагаемому способу в 15 М, 17 М и 18 М растворах H2SO4.As follows from the Auger spectra, the main residual impurity (at the level of its detection limit - 0.1%) is carbon, which is absent on the surface of the plates processed by the proposed method in 15 M, 17 M and 18 M H 2 SO 4 solutions .

Выбор интервала температуры раствора ЖХС от 80 до 100oC обусловлен следующим:
при температуре менее 80oC инициирование реакций окисления, протекающих по радикально-цепному механизму, оказывается недостаточным для ослабления связей в молекулах раствора ЖХС и для образования в результате этого активных радикалов и атомов кислорода;
при температуре выше 100oC наряду с ускорением основной реакции - окисления фоторезистов - могут возникать и усиливаться процессы распада перекиси водорода и другие побочные реакции и процессы, так как происходит дебаланс между скоростью реакции окисления и скоростью распада окисляющих компонентов, т.е. создаются условия для перехода процесса ЖХС в диффузионную область. Последнее приводит к возникновению других вредных веществ, о чем говорит появление в моющем растворе недоокисленных продуктов реакций, имеющих, как правило, окрашенные формообразования фоторезистов с окислительными компонентами раствора.
The choice of the temperature range of the GHS solution from 80 to 100 o C due to the following:
at a temperature of less than 80 o C, the initiation of oxidation reactions proceeding according to the radical chain mechanism is insufficient to weaken the bonds in the molecules of the GHS solution and to form active radicals and oxygen atoms as a result;
at temperatures above 100 o C, along with the acceleration of the main reaction - the oxidation of photoresists - the decomposition of hydrogen peroxide and other side reactions and processes can occur and intensify, as there is an imbalance between the rate of oxidation and the rate of decomposition of oxidizing components, i.e. conditions are created for the transition of the LCS process to the diffusion region. The latter leads to the appearance of other harmful substances, as evidenced by the appearance in the washing solution of under-oxidized reaction products, which, as a rule, have colored photoresist formations with oxidizing components of the solution.

Исходя из сказанного вряд ли целесообразно применять при проведении процессов ЖХС фоторезистов температуры выше 100oC и ниже 80oC.Based on the foregoing, it is hardly advisable to use photoresists at temperatures above 100 o C and below 80 o C. when carrying out GHS processes.

Важным отличительным признаком предлагаемого способа является тот факт, что оптимально выбранные параметры: концентрация серной кислоты; температура проведения процессов ЖХС; параметры электрохимической активации - обеспечивают 100%-ную рекуперацию растворов ЖХС. По способу прототипа достичь такого показателя не представляется возможным по ряду уже упомянутых причин. По предлагаемому способу не требуется периодической замены технологического раствора ЖХС; уменьшение его объема в системе рекуперации, связанное с уносом на пластинах и кассетах, компенсируется добавкой исходного раствора концентрированной H2SO4.An important distinguishing feature of the proposed method is the fact that the optimally selected parameters are: sulfuric acid concentration; the temperature of the processes GHS; electrochemical activation parameters - provide 100% recovery of LC solutions. According to the prototype method, to achieve such an indicator is not possible for a number of reasons already mentioned. The proposed method does not require periodic replacement of the technological solution of LCS; the decrease in its volume in the recovery system, associated with entrainment on the plates and cassettes, is compensated by the addition of the initial solution of concentrated H 2 SO 4 .

Именно параметры электрохимической активации, процессов, протекающих при первичной активации 15-18 М раствора серной кислоты, при воздействии активированного раствора на поверхность и, в основном, при повторной активации отработанных растворов и одновременной их очистке являются основой всего механизма полного цикла рекуперации предлагаемого нового техпроцесса ЖХС фоторезистивных слоев с поверхности полупроводниковых пластин. It is the parameters of electrochemical activation, the processes that occur during the primary activation of a 15-18 M sulfuric acid solution, when the activated solution acts on the surface and, mainly, when reactivated solutions are reactivated and cleaned at the same time, are the basis of the entire mechanism for the complete recovery cycle of the proposed new ZhHS technical process photoresistive layers from the surface of semiconductor wafers.

Результаты проведенных экспериментов и анализов, представленных в табл. 1-5, сравнительные показатели качества очищаемой поверхности кремниевых пластин свидетельствуют:
1. О практической осуществимости процессов полного удаления фоторезистивных пленок с поверхности кремниевых пластин по предлагаемому способу ЖХС.
The results of the experiments and analyzes presented in table. 1-5, comparative indicators of the quality of the cleaned surface of the silicon wafers indicate:
1. On the practical feasibility of processes for the complete removal of photoresistive films from the surface of silicon wafers by the proposed method GHS.

2. О целесообразности и практической осуществимости замены стандартной материало- и энергоемкой технологии ЖХС в смеси KAPO на предлагаемый способ ЖХС в активированных 15-18 М растворах H2SO4 в связи с получением сопоставимых результатов по величине порогового напряжения МОП-транзисторов; по результатам функционального контроля; по результатам зарядовых состояний вольт-амперных характеристик; по подвижному и эффективному заряду и т.д. и т.п.2. On the feasibility and feasibility of replacing the standard material- and energy-intensive technology of LCS in the KAPO mixture with the proposed method of LCS in activated 15-18 M solutions of H 2 SO 4 in connection with obtaining comparable results in terms of the threshold voltage of MOS transistors; according to the results of functional control; according to the results of charge states of current-voltage characteristics; by moving and effective charge, etc. etc.

Результаты проведенных производственных испытаний на примере ЖХС сотен рабочих партий пластин в действующих технологических линиях по производству СБИС достаточно убедительно показывают эффективность нового процесса ЖХС и его практическую значимость, что позволяет:
значительно упростить технологический процесс ЖХС фоторезистов и конструктивное исполнение технологического оборудования, его реализующего;
достичь 100%-ного показателя процесса рекуперации растворов ЖХС;
сократить расход дорогостоящих реактивов от 95 до 100%;
стабилизировать процесс ЖХС и увеличить срок годности активированного раствора концентрированной серной кислоты;
решить ряд проблем природоохранной деятельности предприятий отечественной микроэлектроники.
The results of production tests performed on the example of the LCS of hundreds of working batches of plates in the existing technological lines for the production of VLSIs convincingly show the efficiency of the new LCS process and its practical significance, which allows:
significantly simplify the technological process of LCS photoresists and the design of technological equipment that implements it;
to achieve a 100% indicator of the process of recovery of LC solutions;
reduce the cost of expensive reagents from 95 to 100%;
stabilize the GHS process and increase the shelf life of the activated solution of concentrated sulfuric acid;
solve a number of environmental problems of enterprises of domestic microelectronics.

Внедрение предлагаемого способа ЖХС поверхности и фоторезистивных слоев взамен дорогостоящих неэкономичных способов ЖХС позволит получить на отечественных типовых заводах, выпускающих современные интегральные схемы, большое энерго- и ресурсосбережение. The introduction of the proposed method of GHS surface and photoresistive layers instead of expensive uneconomical methods of GHS will allow to obtain large energy and resource saving at domestic standard plants that produce modern integrated circuits.

Использованные источники информации
1. Полтавцев В.Г., Князев А.С. Технология обработки поверхностей в микроэлектронике. - К.: Техника, 1990, с. 5-28.
Used sources of information
1. Poltavtsev V.G., Knyazev A.S. Surface technology in microelectronics. - K .: Technique, 1990, p. 5-28.

2. "Ozone Cleaning of the Si-SiO2 System" J. Applied Physics, Solid and Surfaces, 1987, A 43, p. 223-226.2. "Ozone Cleaning of the Si-SiO 2 System" J. Applied Physics, Solid and Surfaces, 1987, A 43, p. 223-226.

3. Патент США N 4828660, С 25 В 1/28, опубл. 1989, "Способ и устройство для непрерывной химической обработки в производственном процессе сверхчистых жидкостей". 3. US patent N 4828660, With 25 V 1/28, publ. 1989, "Method and apparatus for continuous chemical processing in the production process of ultrapure liquids."

4. Патент России N 2024993, H 01/21/312, опубл. 1994, "Способ очистки изделий, преимущественно полупроводниковых пластин". 4. Patent of Russia N 2024993, H 01/21/312, publ. 1994, "Method for cleaning products, mainly semiconductor wafers."

Claims (1)

Способ непрерывного жидкостного химического снятия слоев полимеров с поверхности изделий, преимущественно полупроводниковых пластин, включающий электрохимическую обработку водного раствора серной кислоты, воздействие полученного активированного раствора на поверхность пластин, повторную электрохимическую обработку и очистку раствора, отличающийся тем, что используют серную кислоту концентрацией 15 - 18 М, электрохимическую обработку и очистку раствора ведут при напряжении на электродах от 5,5 до 6,5 В, а процесс воздействия полученного активированного раствора на поверхность пластин проводят при температуре от 80 до 100oC.The method of continuous liquid chemical removal of polymer layers from the surface of products, mainly semiconductor wafers, including the electrochemical treatment of an aqueous solution of sulfuric acid, the effect of the obtained activated solution on the surface of the plates, repeated electrochemical processing and cleaning of the solution, characterized in that sulfuric acid with a concentration of 15-18 M is used , the electrochemical treatment and cleaning of the solution are carried out at a voltage on the electrodes of 5.5 to 6.5 V, and the process of exposure to activated solution to the surface of the plates is carried out at a temperature of from 80 to 100 o C.
RU97100906A 1997-01-21 1997-01-21 Method for continuous chemical liquid cleaning of polymer-covered surfaces of parts, primarily semiconductor plates RU2139593C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97100906A RU2139593C1 (en) 1997-01-21 1997-01-21 Method for continuous chemical liquid cleaning of polymer-covered surfaces of parts, primarily semiconductor plates

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97100906A RU2139593C1 (en) 1997-01-21 1997-01-21 Method for continuous chemical liquid cleaning of polymer-covered surfaces of parts, primarily semiconductor plates

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU97100906A RU97100906A (en) 1999-02-10
RU2139593C1 true RU2139593C1 (en) 1999-10-10

Family

ID=20189220

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU97100906A RU2139593C1 (en) 1997-01-21 1997-01-21 Method for continuous chemical liquid cleaning of polymer-covered surfaces of parts, primarily semiconductor plates

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2139593C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Reinhardt et al. Handbook for cleaning for semiconductor manufacturing: fundamentals and applications
EP0867924B1 (en) Method for removing organic contaminants from a semiconductor surface
US4828660A (en) Method and apparatus for the continuous on-site chemical reprocessing of ultrapure liquids
KR100431775B1 (en) Semiconductor Wafer Cleaning Device and Method
KR0152702B1 (en) Method for processing for a semiconductor device
US4855023A (en) Method and apparatus for the continuous on-site chemical reprocessing of ultrapure liquids used in semiconductor wafer cleaning
US20020011257A1 (en) Method for removing organic contaminants from a semiconductor surface
EP0970515A1 (en) A process for photoresist removal
JP2533834B2 (en) Method for removing metal-containing pollutants from substrate surface and gaseous detergent used therefor
JP3313263B2 (en) Electrolytic water generation method, its generation apparatus, and semiconductor manufacturing apparatus
EP0052509B1 (en) Method of removing oxide on a metal surface
JP2002538610A (en) Semiconductor wafer processing
JP4477704B2 (en) Method for removing organic contaminants from semiconductor substrate surface
US7520973B2 (en) Method for regenerating etching solutions containing iron for the use in etching or pickling copper or copper alloys and an apparatus for carrying out said method
RU2139593C1 (en) Method for continuous chemical liquid cleaning of polymer-covered surfaces of parts, primarily semiconductor plates
RU2118013C1 (en) Method for continuous chemical liquid cleaning of surfaces of primarily semiconductor plates
JPH07263398A (en) Wet treating device
Kashkoush et al. Photoresist stripping using ozone/deionized water chemistry
US20030085177A1 (en) Method of treating an electroless plating waste
JP5979328B2 (en) Method and apparatus for measuring oxidant concentration, and electronic material cleaning apparatus
Knotter The chemistry of wet cleaning
JP2001185520A (en) Method of surface treatment of substrate for forming semiconductor element
RU2109087C1 (en) Method for cleaning metal surface
JPH1041262A (en) Cleaning and manufacturing method of semiconductor device
RU2486287C2 (en) Method to treat surface of semiconductor plates and regeneration of etching solutions