Состав раствора для очистки поверхности (типа "полифункционал")

 

Использование: для очистки поверхности разных материалов, таких как диэлектрики, полупроводники, металлы. Сущность изобретения: состав содержит воду и активную добавку. В качестве активной добавки введен сульфомалеиновый ангидрид, эффективное количество которого составляет 0,1 - 70 мас.%. Состав раствора для очистки поверхности нетоксичен, не представляет угрозы окружающей среде, намного дешевле, чем обычные аммиачные и кислотные растворы, может быть использован повторно 2 - 3 раза без уменьшения степени очистки поверхности.

Предлагаемый состав предназначен для очистки поверхностей разных классов материалов, таких как диэлектрики, полупроводники, металлы. Кроме того, этот состав может быть использован при очистке сточных вод, выделяя из них тяжелые металлы. Поскольку предлагаемый состав многофункционален, авторы предлагают для краткости терминологии и удобства последующего использования присвоить ему наименование "Полифункционал".

Известно широкое использование минеральных кислот и перекисно-аммиачных растворов для очистки поверхности полупроводниковых материалов, в частности кремниевых пластин, с целью удаления загрязнений и хемосорбированных ионов металлов [1] Недостатками этих кислот и растворов является наличие ионов металлов в них самих, что приводит к адсорбции ионов этих материалов на поверхности кремниевых пластин, а также высокая токсичность этих растворов. Кроме того недостатком является то, что в процессе обработки полупроводникового материала удаляется не только загрязнение, но и происходит разрушение самого полупроводникового материала, это приводит к необходимости применения дополнительных операций очистки, что, в свою очередь, уменьшает процент выхода годных изделий. Указанные кислоты и растворы используются при высоких температурах (70-120^оС), что еще более усугубляет перечисленные выше недостатки.

Также известен состав, содержащий кремнеорганические соединения, взятые из группы тетратеоксисилана и диметилхлорсилана, а также их смеси [2] Недостатком этого состава является его высокая токсичность и взрывоопасность.

Известен также раствор для обработки поверхности полупроводников, состоящий из чистой воды, в которую добавлены пероксосульфат натрия Na₂SO₃ и соляная кислота HCl [3] К недостаткам этого раствора можно отнести его высокую токсичность из-за большого содержания в нем соляной кислоты (около 20%).

Наиболее близким по своей технической сущности является один из растворов, широко применяемых в электронной промышленности, описанных в [1] Целью изобретения является устранение недостатков прототипа, т.е. разработка такого состава раствора для обработки поверхности, который бы позволял эффективно ее очищать от загрязненных примесей ионов металлов и органических соединений, обеспечивая нетоксичность технологических процессов, ресурсосбережение (исключение дорогостоящих и высокотоксичных минеральных кислот и растворов), охрану окружающей среды и повышение выхода годных выпускаемых изделий.

Для этого состав раствора для обработки поверхности, содержащий воду и активную добавку, отличаетcя тем, что в качестве добавки введен сульфомалеиновый ангидрид (СМА), эффективное количество которого составляет 0,1 70 мас.

СМА, являющийся органическим соединением, получают взаимодействием малеинового ангидрида с трехокисью серы, СМА является нетоксичным соединением.

Состав раствора, содержащий воду и СМА, обладает высокой способностью очищать поверхности материалов вследствие того, что СМА образует с ионами металлов переменной валентности водорастворимые соединения, которые согласно своей конформации не адсорбируются на поверхности материалов, в частности на поверхности полупроводниковых материалов. Этот механизм очистки качественно отличается от механизма очистки растворами-прототипами, растворами-аналогами, а также растворами, содержащими поверхностно-активные вещества (ПАВ), так как ПАВ за счет пенообразования удаляет с поверхности механические примеси (частицы металла), образуя нерастворимые соединения и не удаляет ионы металлов. Дополнительным техническим результатом изобретения является возможность удаления ионов металлов. Кроме того, предлагаемый раствор эффективно удаляет с поверхностей материалов органические загрязнения, также связывая их и переводя в водорастворимое состояние.

Достаточно широкий диапазон содержания СМА в растворе объясняется тем, что при содержании его в растворе меньше 0,1% сразу уменьшается активность раствора, т. к. раствор будет состоять практически из воды. Опыты показали, что эффективная очистка наблюдается до 70% содержания СМА в растворе.

Предлагаемый раствор получают следующим образом. Исходными материалами для раствора являются вода (ГОСТ 2874-82) и СМА (ТУ 38.507-63-0268-92).

СМА представляет собой прозрачную маслянистую жидкость желтоватого цвета, нетоксичную (4-й класс опасности), без запаха. Раствор готовится следующим образом: ингредиенты отмериваются в нужных частях по весу, затем СМА соединяется с водой при комнатной температуре и тщательно перемешивается любым способом. После этого раствор готов к потреблению.

Исследовали четыре варианта раствора с разным содержанием ингредиентов в рамках указанного в формуле процентного содержания. В 100 мас.ч. раствора содержалось: I вариант: СМА 0,1% вода 90% II вариант: СМА 10% вода 90% III вариант: СМА 40% вода 60% IV вариант: СМА 70% вода 30% Полученные варианты раствора были опробованы в технологическом цикле изготовления кремниевых варикапов, включающем операции: 1. Очистка поверхности исходных эпитаксиальных структур кремния.

2. Очистка поверхности структур после проведения процессов фотолитографии.

3. Очистка металлических поверхностей перед сборочными операциями.

4. Обработка сопутствующей оснастки и тары, а также рабочих поверхностей технологического оборудования.

Результаты экспериментов показали, что все четыре варианта раствора действуют очищающе на всех перечисленных операциях. Оценка чистоты поверхности после операций 1 и 2 производилась по величине обратных токов структур, которые для варикапов типа КВ 122 не должны превышать 10 нА. Оценка чистоты металлических поверхностей после операции 3 проводилась визуально.

Оценка чистоты сопутствующей оснастки и тары после операции 4 проводилась визуально и по образцам внешнего вида. Интегральная оценка чистоты поверхностей после операции 1-4 проводилась на готовых изделиях по величине и воспроизводимости основного параметра варикапов добротности (Q), которая для варикапов типа КВ 122 не должна быть меньше 450 единиц на частоте измерения 50 МГГц при С 9 пФ С емкость варикапа.

Эксперименты показали, что наиболее рационально и эффективно использовать: для очистки поверхностей на операциях 1 и 2 растворы с концентрацией СМА 0,1-10% в 100 мас.ч. раствора (варианты раствора I и II);
для операций 3 раствор с концентрацией СМА 10-40% в 100 мас.ч. раствора (вариант II и III);
для операций 4 растворы с концентрацией СМА 40-70% в 100 мас.ч. раствора (вариант III и IV).

Указанные составы были опробованы в массовом производстве кремниевых варикапов вместо прототипа [1] перекисно-аммиачных и кислотных растворов (HF, HNO₃ и H₂SO₄), представляющих собой высокотоксичные и дорогостоящие вещества, в то время как предлагаемый раствор не токсичен, не представляет угрозы окружающей среды и по стоимости, по крайней мере в 10 раз дешевле.

Кроме того, к преимуществам предлагаемого раствора относится то, что он используется в количествах, на порядок меньших, чем раствор-прототип, и может быть применен с достаточной эффективностью повторно 2-3 раза.

Формула изобретения

Состав раствора для очистки поверхности, содержащий воду и активную добавку, отличающийся тем, что в качестве активной добавки состав содержит сульфомалеиновый ангидрид, эффективное количество которого составляет 0,1 - 70 мас.%.