Активируемая озоном очистка пластин Si от фоторезиста

Мантузов А. В., Потапова г. Ф., Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л. Я. Карпова, Москва, Россия
Клочихин В. Л., Институт проблем безопасного развития атомной энергетики Российской академии наук, Москва, Россия
Шульга Ю. М., Институт проблем химической физики Российской академии наук, Черноголовка, Московская обл., Россия

Актуальные проблемы производства полупроводниковых приборов и микроэлектроники — оптимизация обращения с отходами и снижение удельной энерго- и ресурсоемкости продукции. Воздействие производства изделий микроэлектроники, радиоэлектроники и т. п. на окружающую среду определяется используемыми химическими веществами и технологическими операциями.

Очистка поверхности полупроводниковых пластин (ППП) от фоторезистов — важнейший этап технологии изготовления полупроводниковых интегральных микросхем различного конструктивно-технологического и функционального назначения. Основное требование, предъявляемое к методу очистки ППП, — полное удаление пленки фоторезиста без вторичного загрязнения и разрушения поверхности подложки. Обычно для удаления фоторезиста используют как химические, так и физические способы.

Химические способы заключаются в обработке ППП смесями кислот и/или органических растворителей, что приводит к деструкции полимеров фоторезиста. Недостаток этого способа — высокая агрессивность и токсичность травителя, трудность нейтрализации отходов, наличие в них ионов металлов.

В свете сказанного важная задача — создание новых высокоэффективных, малоотходных, экологически безопасных, ресурсо- и энергосберегающих технологий очистки ППП Si.

В данной работе определяли условия жидкостной очистки ППП Si c применением озона, позволяющие одновременно удалять органические загрязняющие вещества и получать наноразмерные, управляемые условиями обработки диоксидные покрытия.

Ранее мы показали, что обработка поверхности ППП Si моющими растворами NH₄HF₂, активированными барботируемым озоном, позволяет объединить в одну стадию снятие фоторезиста и удаление/наращивание толщины слоя SiO₂. Установлено, что в 0,1 M растворах NH₄HF₂, активированных озоном, не только удаляется полимерная фоторезистивная пленка, но и наблюдается управляемый рост диоксидной пленки.

На рисунке представлен ИК спектр поверхности образца Si после удаления слоя фоторезиста жидкостной обработкой в озонированной смеси 1 М раствора NH₄OH и 50 % H₂O₂.

ИК спектр поверхности Si пластины после удаления фоторезиста

В спектре пластины регистрируются интенсивные полосы поглощения при 1 152, 1 038 и 789 см^-1 , характерные для SiO₂. Отсутствуют полосы поглощения Si—OH и Si—H, что указывает на наличие качественного покрытия пластины Si диоксидом кремния. Присутствие в пленке гидроксильных групп и атомов водорода нежелательно, поскольку это увеличивает плотность поверхностных состояний, уменьшает термостойкость, ухудшает электрофизические характеристики образца.

Оценить пористость пленки диоксида кремния можно по величине полуширины полосы поглощения 1 038 см^-1 (∆ω_1/2 = 70 см^-1). Для справки: у достаточно плотного термически выращенного диоксида кремния полуширина полосы поглощения ∆ω_1/2 = 73 см^-1.

Таким образом, применение моющих растворов на основе NH₄OH, активированных O₃ или O₃ + H₂O₂, позволяет полностью удалить органические загрязняющие вещества, получить плотные наноразмерные оксидные покрытия и исключить вторичное загрязнение и разрушение поверхности подложки. В таблице даны характеристики традиционной и разработанной нами технологий.

Параметры традиционной и предлагаемой технологий обработки ППП Si

Характеристика	Технология
Характеристика	традиционная	предлагаемая
Процесс	Н₂SO₄ + H₂O₂ + H₂O, 125°С, 70°С NH₄OH + H₂O₂+ H₂O, 70°С HCl + H₂O₂+ H₂O HF + H₂O₂+ H₂O Промывка в воде	NH₄OH + H₂O₂+ O₃NH₄HF₂+ O₃Промывка в воде
Материалоемкость, руб./600 пластин	541,8	19,7
Энергоемкость, кВт·ч/600 пластин	12	0,704
Эксплуатационные расходы, руб./600 пластин	570,7	21,41
Количество органических загрязняющих веществ, г/см²	менее 10⁻⁸	менее 10⁻⁸
Толщина оксидного покрытия, Ǻ	10–20	10–20

Работа выполнена при поддержке Федерального агентства по науке и инновациям Российской Федерации (Государственный контракт № 02.513.12.3078).

Mantuzov A. V., Potapova G. F., L. Ya. Karpov Institute of Physical Chemistry, Moscow, Russia
Klochikhin V. L., Nuclear Safety Institute, Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia
Shulga Yu. M., Institute of Problems of Chemical Physics, Russian Academy of Sciences, Chernogolovka, Moscow Oblast, Russia

The conditions of wet Si plate cleaning with the use of ozone have been examined. The proposed cleaning method enables the removal of organic pollution, minimization of cleaning waste, and development of condition-controlled nano-sized dioxide coatings on the plates. The application of washing solutions of NH₄OH, activated by O₃ or O₃ + H₂O₂, allows to remove completely organic contaminants and produce dense Si-dioxide coatings without any secondary pollution and destruction of the substrate surface. The process is economically effective and environmentally safe.

Мантузов Антон Викторович, мл. науч. сотр., Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л. Я. Карпова, пер. Обуха, д. 3-1/12, стр. 6, Москва, 105064, Россия. Моб. (909) 150-57-03, факс (495) 917-24-90. E-mail
Потапова Галина Филипповна, канд. хим. наук, вед. науч. сотр., Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л. Я. Карпова, пер. Обуха, д. 3-1/12, стр. 6, Москва, 105064, Россия. Моб. (906) 085-39-01, факс (495) 917-24-90. E-mail
Клочихин Владимир Леонидович, д-р физ.-мат. наук, зав. лабораторией, Институт проблем безопасного развития атомной энергетики РАН, ул. Б. Тульская, 52, Москва, 115191, Россия. Моб. (916) 395-65-74, факс (495) 958-00-80. E-mail
Шульга Юрий Макарович, канд. хим. наук, зав. лабораторией, Институт проблем химической физики РАН, просп. Акад. Семенова, 1, Черноголовка, Ногинский р-н, Московская обл., 142432, Россия. Моб. (903) 242-42-13, факс (49652) 2-56-36. E-mail