ES2345872T3 - Procedimiento y composicion para la inhibicion de la adsorcion de sodio a las superficies de circuitos integrados. - Google Patents

Procedimiento y composicion para la inhibicion de la adsorcion de sodio a las superficies de circuitos integrados. Download PDF

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Abstract

Un procedimiento de inhibición de la adsorción de sodio a las superficies de circuitos integrados durante la eliminación del material fotorresistente o limpieza después del grabado de un metal con una composición que contiene un disolvente orgánico, que comprende la puesta en contacto de la superficie con una composición que contiene un disolvente orgánico que comprende: a) ácido 1,2-diaminociclohexanotetracarboxílico (CYDTA) b) una amina nucleófila presente en una cantidad de entre el 1 y el 50% en peso de la composición, c) un ácido débil que no contiene nitrógeno en una cantidad suficiente para neutralizar parcialmente la amina nucleófila de manera que la composición tiene un pH acuoso, cuando se diluye con 10 partes de agua, de 9,6 a 10,9, dicho ácido débil que tiene un valor de pK en disolución acuosa de 2,0 o superior y un peso equivalente inferior a 140, y d) el disolvente es un sistema disolvente para la disolución del recubrimiento que tiene un parámetro de solubilidad entre 8 y 15 y está presente en una cantidad de entre el 50% y el 98% en peso de la composición.

Description

Procedimiento y composición para la inhibición de la adsorción de sodio a las superficies de circuitos integrados.
Antecedentes de la invención Campo de la invención
La presente invención se desarrolla en el campo de la eliminación de materiales fotorresistentes y otros materiales de los sustratos de microcircuitos en la fabricación de circuitos integrados.
Descripción de la técnica anterior
Una parte integral de la fabricación microelectrónica es el uso de materiales fotorresistentes para transferir una imagen desde una máscara o retícula a la capa deseada del circuito. Después de que se haya conseguido la transferencia de la imagen deseada, el material fotorresistente se elimina por disolución del recubrimiento antes de proceder a alguna etapa posterior del proceso.
La contaminación por iones móviles, especialmente por iones de sodio, es responsable de muchos de los fallos de los circuitos integrados, especialmente durante las pruebas de bruñido de polarización en operaciones a temperatura elevada. La contaminación de iones móviles se puede producir en diversas fases durante la fabricación del circuito integrado.
Aquéllos preocupados con el desarrollo de la tecnología de los circuitos integrados han estado buscando materiales y técnicas para reducir la contaminación por iones móviles. En la patente U.S. No. 5.417.802, se usaron éteres corona para secuestrar iones del Grupo I y Grupo II en disolventes orgánicos usados para la eliminación de materiales fotorresistentes.
El documento JP 10 171130 describe una disolución para la eliminación de un material fotorresistente que contiene una amina orgánica que puede ser ácido 1,2-ciclohexanodiamina tetraacético.
El documento WO 99/60448 se refiere a composiciones alcalinas que contienen silicato para la limpieza de sustratos microelectrónicos, en particular a composiciones acuosas de disolución o limpieza del recubrimiento para sustratos de obleas semiconductoras que comprenden una o más bases exentas de iones metálicos y un silicato soluble en agua exento de iones metálicos.
Resumen de la invención
De acuerdo con la presente invención, se proporciona un procedimiento y una composición como se definen en las reivindicaciones. Estos pueden ser para la disolución del recubrimiento de un material que contiene sodio, tal como un material fotorresistente. La composición para la disolución del recubrimiento comprende ácido 1,2-diaminociclohexanotetracarboxílico (CYDTA) en un disolvente orgánico. El procedimiento de la invención comprende la puesta en contacto de dicho sustrato con dicha composición para la disolución del recubrimiento.
Descripción detallada de la invención
Los disolventes orgánicos usados en la eliminación del material fotorresistente y la limpieza después del grabado de un metal son una fuente habitual de contaminación de iones móviles. Los disolventes típicos incluyen mezclas de aminas primarias y secundarias y otros disolventes inertes tales como dimetilsulfóxido y dimetilacetamida. Estos disolventes normalmente se almacenan en contenedores de plástico (por ejemplo, polipropileno de alta densidad). La fabricación de estos contenedores de plástico supone el uso de catalizadores inorgánicos, que pueden contener sodio. En consecuencia, cuando los disolventes se almacenan en estos contenedores de plástico, el sodio se puede difundir al disolvente. La concentración de sodio en el disolvente se incrementa con la duración del contacto con el plástico.
Se ha descubierto que el ácido 1,2-diaminociclohexanotetracarboxílico (CYDTA), que se coordina bien con iones de sodio, inhibe la adsorción de sodio a las superficies de circuitos integrados. Se ha encontrado que la adición de CYDTA, a disolventes orgánicos usados de manera convencional en la eliminación de materiales fotorresistentes o en la limpieza después del grabado de un metal reduce significativamente la concentración de sodio encontrada sobre la superficie de los circuitos integrados limpios resultantes.
Los experimentos usando nitruro de titanio depositado sobre sustratos de silicio e inspeccionados con espectroscopía de masas de imagen de iones secundarios (SIMS) indica que la adición de CYDTA a esas formulaciones de disolventes orgánicos convencionales en forma de ALEG-310®, una marca registrada de Mallinckrodt Baker Incorporated de Phillipsburg, NJ, redujo significativamente las concentraciones de sodio superficial de estos sustratos. La comparación directa de tratamientos paralelos con los éteres corona descritos previamente demostró que la presente invención dio como resultado concentraciones de sodio mucho más bajas sobre las superficies limpias
resultantes.
En una aplicación típica, un material fotorresistente impreso se puede eliminar de las especificaciones del sustrato grabado de óxido, metal o semiconductor usando un disolvente orgánico modificado con la adición de CYDTA reduciendo así el grado de contaminación de sodio en el circuito integrado resultante. Alternativamente, el material fotorresistente se puede eliminar parcialmente por exposición a un plasma de oxígeno y los residuos resultantes no deseados se pueden eliminar posteriormente usando la presente invención.
Una forma de realización utiliza un disolvente para la disolución del recubrimiento, una amina nucleófila, un ácido débil que no contiene nitrógeno en una cantidad suficiente para neutralizar parcialmente la amina nucleófila de manera que la composición para la disolución de recubrimiento tiene un pH acuoso, cuando se diluye con 10 partes de agua aproximadamente, de 9,6 a 10,9, dicho ácido débil que tiene un valor de pK en disolución acuosa de 2,0 o superior y un peso equivalente inferior a 140, y CYDTA, por lo que dicha composición para la disolución del recubrimiento es capaz de disolver el material fotorresistente o los residuos fotorresistentes no deseados con un incremento mínimo en la concentración de sodio superficial en el circuito integrado limpio.
Los ácidos débiles que no contienen nitrógeno que se emplean en esta invención incluyen ácidos orgánicos tales como ácidos carboxílicos o fenoles así como sales de ácidos inorgánicos tales como ácido carbónico o fluorhídrico.
Por ácidos débiles se quiere decir ácidos que tienen una fuerza expresada en forma de "pK" para la constante de disociación en disolución acuosa de al menos 2,0 o superior, preferentemente 2,5 o superior. Son particularmente útiles ácidos débiles de un pK > 2,0. Los ácidos tienen un peso equivalente inferior a 140. Como ejemplos de esos ácidos débiles que no contienen nitrógeno útiles en esta invención se pueden mencionar, por ejemplo, ácidos carboxílicos tales como ácido acético, ácido ftálico, ácido fenoxiacético, ácidos orgánicos tales como 2-mercaptobenzoico, 2-mercaptoetanol, fenoles que generalmente tienen un pK en el intervalo de 9 a 10, tales como fenol, 1,3,5-trihidroxibenceno, pirogalol, resorcinol, 4-terc-butilcatecol y ácidos inorgánicos tales como ácido carbónico y ácido fluorhídrico. La cantidad de ácido débil empleada en las composiciones para la disolución del recubrimiento de esta invención está entre el 0,05% y el 25% en peso de dicha composición y está presente en una cantidad para neutralizar del 19% al 75% en peso de la amina presente en la composición para la disolución del recubrimiento, dando así como resultado en un pH del enjuague acuoso para dichas composiciones para la disolución del recubrimiento de entre 9,6 y 10,9.
Los componentes alcalinos para la disolución del recubrimiento que se pueden usar en esta invención también cubren un amplio rango de tipos estructurales. Sus constantes de disociación, de nuevo expresadas como valores de pK, abarcan entre 9 y 11 para aminas sustituidas con oxígeno o nitrógeno en beta, a 8,3 para la amina secundaria, morfolina e hidroxilaminas y derivados de hidroxilamina de valores de pK algo inferiores. Entre los componentes alcalinos que se pueden usar se pueden mencionar, aminas nucleófilas, preferentemente por ejemplo, 1-amino-2-propanol, 2-(2-aminoetoxi)etanol, 2-aminoetanol, 2-(2-aminoetilamino)etanol, 2-(2-aminoetilamino)etilamina. Más importante que el valor real del pK de una amina es su nucleofilia, que debe ser alta. La cantidad de componente amina empleada en las composiciones para la disolución del recubrimiento de esta invención está entre el 1% y el 50% en peso de dicha composición.
Se cree que la interacción de estos componentes alcalinos para la disolución del recubrimiento con el rango de ácidos débiles usados en esta invención es esencialmente reversible:
Componente alcalino + ácido <=> complejo de tipo salino
Debido a la reversibilidad de esta reacción, permanecerán disponibles concentraciones sustanciales del componente alcalino durante el proceso de disolución del recubrimiento, incluso aunque mucho del componente alcalino haya sido neutralizado desde un punto de vista estequiométrico. Esto explicaría las velocidades de disolución del recubrimiento sorprendentemente rápidas que se observan incluso en presencia de estos ácidos.
Las composiciones para la disolución del recubrimiento fotorresistente de esta invención comprenden un sistema disolvente orgánico. El sistema disolvente orgánico es uno que tiene un parámetro de solubilidad entre 8 y 15, obtenido tomando la raíz cuadrada de la suma de los cuadrados de los tres parámetros de solubilidad de Hansen (enlaces dispersivos, polares y puentes de hidrógeno). El sistema disolvente puede comprender cualquiera de una serie de disolventes individuales o una mezcla de varios disolventes diferentes. Como ejemplo de esos disolventes se pueden mencionar diversos compuestos de pirrolidinona tales como 2-pirrolidinona, 1-metil-2-pirrolidinona, 1-etil-2-pirrolidinona, 1-propil-2-pirrolidinona, 1-hidroxietil-2-pirrolidinona, 1-hidroxipropil-2-pirrolidinona, y similares, monoalquiléteres de dietilenglicol tales como aquellos con la fórmula HOCH_{2}CH_{2}-O-CH_{2}CH_{2}-O-R en la que R es un radical alquilo de entre 1 y 4 átomos de carbono, compuestos que contienen óxidos de azufre tales como dialquilsulfonas con la fórmula
1
en la que R^{1} y R^{2} son alquilo de 1 a 4 átomos de carbono, dimetilsulfóxido (DMSO), compuestos de 1,1-dióxido de tetrahidrotiofeno con la fórmula
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2 
\vskip1.000000\baselineskip
en la que R^{3} es hidrógeno, metilo o etilo, tal como sulfolano, metil sulfolano y etil sulfolano, así como polietilenglicoles, dimetilacetamida o dimetilformamida. La porción del sistema disolvente de las composiciones para la disolución del recubrimiento de esta invención comprenderá entre el 50 y el 98% en peso de la composición, preferentemente entre el 85 y el 98% en peso.
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Los disolventes preferidos son N-alquil-2-pirrolidinonas, tales como N-metil-, N-etil-, N-propil-, y N-(2-hidroxie-
til)-, dimetilsulfóxido, dimetilacetamida y dimetilformamida.
Los disolventes particularmente preferidos son N-metil-2-pirrolidinona y 1,1-dióxido de tetrahidrotiofeno.
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Ejemplo
Mil gramos de un disolvente para la disolución del recubrimiento que contiene 50 partes de N-metil-2-pirrolidinona aproximadamente, 10 partes de 1,1-dióxido de tetrahidrotiofeno aproximadamente, 25 partes de 2-aminoetanol aproximadamente, 5 partes de 1,2-dihidroxibenceno aproximadamente, y 10 partes de agua aproximadamente se pesaron en un vaso de precipitados de fluoropolímero. Los aditivos, CYDTA y éter 18-corona-6, se pesaron y se disolvieron en el disolvente para la disolución del recubrimiento según lo necesario. A continuación la disolución se calentó hasta la temperatura deseada y se puso en la disolución una oblea recubierta de nitruro de titanio (TiN) durante 20 minutos, se retiró y se enjuagó con agua DI y se analizó usando SIMS. Todos los experimentos se llevaron a cabo en una sala limpia de clase 100 teniendo especial cuidado para evitar la contaminación con sodio de la oblea.
Tres obleas se sometieron al enjuague en agua y a la etapa de secado simplemente para establecer el valor de la línea de fondo del sodio sin el tratamiento con el disolvente para la disolución del recubrimiento. El disolvente para la disolución del recubrimiento sin modificar se probó a 65ºC y 85ºC durante 20 minutos para determinar los niveles de sodio relativos que quedan sobre la superficie del TiN por este proceso. Los resultados se muestran en la Tabla 1. Para el segundo grupo de experimentos, se añadió el 0,1% en peso del 1,2-monohidrato de CYDTA al disolvente para la disolución del recubrimiento. Para el tercer grupo de experimentos el porcentaje en peso de monohidrato de CYDTA se incrementó hasta el 0,5%. Para el cuarto grupo de experimentos el porcentaje en peso de monohidrato de CYDTA se incrementó hasta el 0,9%. En el quinto grupo, se añadió el 0,1% en peso del éter 18-corona-6 al disolvente para la disolución del recubrimiento y se probó a 45ºC, 65ºC y 85ºC.
Estos datos (Tabla 1) muestran claramente que la adición de CYDTA al disolvente para la disolución del recubrimiento da como resultado concentraciones superficiales de sodio mucho más bajas que en el disolvente sin modificar. La adición del éter corona no tuvo ningún efecto beneficioso.
TABLA 1
3

Claims (14)

1. Un procedimiento de inhibición de la adsorción de sodio a las superficies de circuitos integrados durante la eliminación del material fotorresistente o limpieza después del grabado de un metal con una composición que contiene un disolvente orgánico, que comprende la puesta en contacto de la superficie con una composición que contiene un disolvente orgánico que comprende:
a)
ácido 1,2-diaminociclohexanotetracarboxílico (CYDTA)
b)
una amina nucleófila presente en una cantidad de entre el 1 y el 50% en peso de la composición,
c)
un ácido débil que no contiene nitrógeno en una cantidad suficiente para neutralizar parcialmente la amina nucleófila de manera que la composición tiene un pH acuoso, cuando se diluye con 10 partes de agua, de 9,6 a 10,9, dicho ácido débil que tiene un valor de pK en disolución acuosa de 2,0 o superior y un peso equivalente inferior a 140, y
d)
el disolvente es un sistema disolvente para la disolución del recubrimiento que tiene un parámetro de solubilidad entre 8 y 15 y está presente en una cantidad de entre el 50% y el 98% en peso de la composición.
2. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el ácido débil está presente en la composición en una cantidad de entre el 0,05% y el 25% en peso de dicha composición para la disolución del recubrimiento.
3. El procedimiento de la reivindicación 2, en el que el ácido débil tiene un pK de 2,5 o superior.
4. El procedimiento de la reivindicación 3, en el que el ácido débil es 1,2-dihidroxibenceno.
5. El procedimiento de la reivindicación 4 en el que la amina nucleófila es 2-aminoetanol.
6. El procedimiento de la reivindicación 5, en el que el sistema disolvente comprende N-metil-2-pirrolidinona y 1,1-dióxido de tetrahidrotiofeno y opcionalmente hasta el 10% de agua.
7. El procedimiento de la reivindicación 1 que comprende, en una relación en peso, entre el 50% y el 98% de N-metil-2-pirrolidinona, entre el 1 y el 20% de 1,1-dióxido de tetrahidrotiofeno, entre el 1 y el 20% de agua aproximadamente, entre el 1 y el 50% del 2-aminoetanol, entre el 0,05% y el 25% de 1,2-dihidroxibenceno y entre el 0,01% y el 5% de CYDTA.
8. Una composición para la inhibición de la adsorción de sodio a las superficies de circuitos integrados durante la eliminación de un material fotorresistente o la limpieza después del grabado de un metal con una composición que contiene un disolvente orgánico, dicha composición que contiene un disolvente orgánico que comprende:
a)
CYDTA,
b)
una amina nucleófila presente en una cantidad de entre el 1 y el 50% en peso de la composición,
c)
un ácido débil que no contiene nitrógeno en una cantidad suficiente para neutralizar parcialmente la amina nucleófila de manera que la composición tiene un pH acuoso, cuando se diluye con 10 partes de agua, de 9,6 a 10,9, dicho ácido débil que tiene un valor de pK en disolución acuosa de 2,0 o superior y un peso equivalente inferior a 140, y
d)
el disolvente es un sistema disolvente para la disolución del recubrimiento que tiene un parámetro de solubilidad entre 8 y 15 y está presente en una cantidad de entre el 50% y el 98% en peso de la composición.
9. La composición de la reivindicación 8, en la que el ácido débil está presente en la composición en una cantidad de entre el 0,05% y el 25% en peso de dicha composición para la disolución del recubrimiento.
10. La composición de la reivindicación 9, en la que el ácido débil tiene un pK de 2,5 o superior.
11. La composición de la reivindicación 10, en la que el ácido débil es 1,2-dihidroxibenceno.
12. La composición de la reivindicación 11 en la que la amina nucleófila es 2-aminoetanol.
13. La composición de la reivindicación 12, en la que el sistema disolvente comprende N-metil-2-pirrolidinona y 1,1-dióxido de tetrahidrotiofeno y opcionalmente hasta el 10% de agua.
14. La composición de la reivindicación 8 que comprende, en una relación en peso, entre el 50% y el 98% de N-metil-2-pirrolidinona, entre el 1 y el 20% de 1,1-dióxido de tetrahidrotiofeno, entre el 1 y el 20% de agua, entre el 1 y el 50% del 2-aminoetanol, entre el 0,05% y el 25% de 1,2-dihidroxibenceno y entre el 0,01% y el 5% de CYDTA.
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