JP2011516620A - マイクロエレクトロニクス基板洗浄用組成物 - Google Patents
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Abstract
マイクロエレクトロニクス洗浄用組成物であって、ａ）当該組成物の約８０重量％〜約９９重量％の少なくとも１つの有機スルホンと；ｂ）当該組成物の約０．５重量％〜約１９重量％の水と；ｃ）当該組成物の約０．５重量％〜約１０重量％のテトラフルオロホウ酸塩イオンを提供する少なくとも１つの成分とからなり、ｄ）任意で、少なくとも１つの多価アルコールを含む、組成物は、Ｓｉ系反射防止コーティングと低ｋ誘電体の両方を有するマイクロエレクトロニクス基板またはデバイスからエッチング／アッシング残渣を洗浄する際に特に有用である。
Description
発明の分野
本発明は、プラズマエッチング後またはエッチング／アッシング後の残渣ならびにシリコン系反射防止コーティングを除去してマイクロエレクトロニクス基板を洗浄する際に有用な組成物であって、さらにそのような能力を有する一方でアルミニウム、銅および低ｋ誘電体、特に多孔質低ｋ誘電体と親和性を有する組成物に関する。特に、本発明は、実質的に溶媒系の除去剤組成物を提供するとともに、マイクロエレクトロニクス基板を洗浄する方法ならびにそのような組成物を用いたデバイスも提供する。
本発明は、プラズマエッチング後またはエッチング／アッシング後の残渣ならびにシリコン系反射防止コーティングを除去してマイクロエレクトロニクス基板を洗浄する際に有用な組成物であって、さらにそのような能力を有する一方でアルミニウム、銅および低ｋ誘電体、特に多孔質低ｋ誘電体と親和性を有する組成物に関する。特に、本発明は、実質的に溶媒系の除去剤組成物を提供するとともに、マイクロエレクトロニクス基板を洗浄する方法ならびにそのような組成物を用いたデバイスも提供する。
発明の背景
半導体デバイスは、無機基板をフォトレジストでコーティングする工程と；フォトレジスト膜を露光した後に現像してパターン化する工程と；無機基板の露光領域をパターン化したフォトレジスト膜をマスクとして用いてエッチングし、微細回路を形成する工程と；パターン化したフォトレジスト膜を無機基板から除去する工程により製造されている。代替的には、上記と同様に微細回路を形成した後に、パターン化したフォトレジスト膜をアッシングし、その後に残ったレジスト残渣を無機基板から除去する。
半導体デバイスは、無機基板をフォトレジストでコーティングする工程と；フォトレジスト膜を露光した後に現像してパターン化する工程と；無機基板の露光領域をパターン化したフォトレジスト膜をマスクとして用いてエッチングし、微細回路を形成する工程と；パターン化したフォトレジスト膜を無機基板から除去する工程により製造されている。代替的には、上記と同様に微細回路を形成した後に、パターン化したフォトレジスト膜をアッシングし、その後に残ったレジスト残渣を無機基板から除去する。
回路線の微細化とともに、それを得るために用いるリソグラフィーの高度化（例えば、１９３ｎｍ、ＡｒＦ）が進むにつれ、限界寸法（ＣＤ）の調節と、高画質維持のために反射防止コーティングが必要とされてきた。それゆえ、最近では、Ｓｉ系スピンオン反射防止コーティングの役割はパターン転写を担う程度まで広がってきた。そのようなスピンオンＳｉ系反射防止コーティングを使用する利点としては、一般に、少なくとも以下の２つが挙げられる：容易に平坦化可能であること、および１９３ｎｍリソグラフィーでＡｒＦとともに用いる必要があるフォトレジストと化学組成が十分に異なるためにドライエッチング時の高解像度パターン転写が容易になること。しかしながら、ドライエッチング工程後に、下側にある誘電体層または施した金属被覆のいずれも損傷することなく、あらゆるフォトレジストまたはフォトレジスト残渣および残った反射防止コーティングを除去することが必要である。
それゆえ、下側にある誘電体層またはマイクロエレクトロニクスデバイスの金属被膜を損傷することなく、エッチング／アッシング残渣、フォトレジストおよび反射防止コーティングを除去する洗浄用組成物を提供することが必要とされる。本質的に化学的に類似した材料である、下側にある低ｋ誘電体層、特に、多孔質低ｋ誘電体層を損傷することなく、さらには、マイクロエレクトロニクスデバイスの、特に、銅またはアルミニウム被膜等の金属被膜を損傷することなく、エッチング／アッシング残渣、フォトレジストおよびＳｉ反射防止コーティングを除去する洗浄用組成物を提供することは特に好ましい。
発明の要旨
本発明の残渣除去洗浄用組成物は、酸性のテトラフルオロホウ酸塩含有溶媒系組成物である。これらの組成物は、ｐＨが３以下であり、約８０重量パーセント〜約９９重量パーセントのスルホン溶媒、約０．２５重量パーセント〜１９重量パーセントの水、テトラフルオロホウ酸塩イオン（ＢＦ４￣）を提供する約０．２５重量パーセント〜１０重量パーセントの少なくとも１つの成分を含有する。上記組成物は、キレート剤、多価アルコール、界面活性剤および酸を含有してもよい。本発明の組成物は、特に、Ｓｉ含有反射防止コーティングを含有し、下側に低ｋ誘電体層、特に、任意の多孔質低ｋ誘電体層を有するマイクロエレクトロニクス基板から、マイクロエレクトロニクス基板の洗浄によりエッチング／アッシング残渣を除去するために用いてもよい。マイクロエレクトロニクス基板またはデバイスの洗浄を行うために、マイクロエレクトロニクス基板またはデバイスを本発明の組成物に対して、そのような洗浄を達成するために十分な時間と温度で接触させる。
本発明の残渣除去洗浄用組成物は、酸性のテトラフルオロホウ酸塩含有溶媒系組成物である。これらの組成物は、ｐＨが３以下であり、約８０重量パーセント〜約９９重量パーセントのスルホン溶媒、約０．２５重量パーセント〜１９重量パーセントの水、テトラフルオロホウ酸塩イオン（ＢＦ４￣）を提供する約０．２５重量パーセント〜１０重量パーセントの少なくとも１つの成分を含有する。上記組成物は、キレート剤、多価アルコール、界面活性剤および酸を含有してもよい。本発明の組成物は、特に、Ｓｉ含有反射防止コーティングを含有し、下側に低ｋ誘電体層、特に、任意の多孔質低ｋ誘電体層を有するマイクロエレクトロニクス基板から、マイクロエレクトロニクス基板の洗浄によりエッチング／アッシング残渣を除去するために用いてもよい。マイクロエレクトロニクス基板またはデバイスの洗浄を行うために、マイクロエレクトロニクス基板またはデバイスを本発明の組成物に対して、そのような洗浄を達成するために十分な時間と温度で接触させる。
発明の詳細な説明
本発明の残渣除去洗浄用組成物は、酸性のテトラフルオロホウ酸塩を含有する有機スルホン溶媒系組成物である。これらの組成物は、ｐＨが３以下であり、約８０重量％〜約９９重量％の少なくとも１つのスルホン溶媒、約０．２５重量％〜約１９重量％の水および約０．２５重量％〜約１０重量％のテトラフルオロホウ酸塩イオン（ＢＦ４￣）を提供する少なくとも１つの成分を含有する。
本発明の残渣除去洗浄用組成物は、酸性のテトラフルオロホウ酸塩を含有する有機スルホン溶媒系組成物である。これらの組成物は、ｐＨが３以下であり、約８０重量％〜約９９重量％の少なくとも１つのスルホン溶媒、約０．２５重量％〜約１９重量％の水および約０．２５重量％〜約１０重量％のテトラフルオロホウ酸塩イオン（ＢＦ４￣）を提供する少なくとも１つの成分を含有する。
本発明の組成物に任意の適切な有機スルホンを用いてもよい。適切なスルホン類としては、ジメチルスルホン、ジエチルスルホン、ジフェニルスルホン、２−（メチルスルホニウム）エタノール、メチルフェニルスルホン、エチルフェニルスルホン、ジブチルスルホン、ジベンジルスルホン、およびテトラヒドロチオフェン−１，１−ジオキシド（スルホラン）が挙げられるがそれらに限定されない。好ましいのはスルホランである。本発明の洗浄用組成物中に存在するスルホン成分の量は、一般に、この組成物の約８０重量％〜約９９重量％、好ましくは、約８５重量％〜約９５重量％、より好ましくは、約８９重量％〜約９３重量％の範囲である。
本発明の洗浄用組成物中に存在する水の量は、一般に、この組成物の約０．２５重量％〜約１９重量％、好ましくは、約２重量％〜約１４重量％、より好ましくは、約４重量％〜約１０重量％の量である。
テトラフルオロホウ酸塩イオンを提供する成分は、任意の適切なイオン性テトラフルオロホウ酸塩含有化合物（例えば、強鉱酸と組み合わせたテトラフルオロホウ酸ＨＢＦ４およびその塩が挙げられるが、それに限定されない）であり得る。適切な塩としては、アンモニウムテトラフルオロホウ酸塩（ＮＨ４ＢＦ４）、Ｎ−メチル−Ｎ−アルキルピロリジニウムテトラフルオロホウ酸塩、アルキルアンモニウムテトラフルオロホウ酸塩、アルカリ金属テトラフルオロホウ酸塩（例えば、リチウムテトラフルオロホウ酸塩、ナトリウムテトラフルオロホウ酸塩もしくはカリウムテトラフルオロホウ酸塩）が挙げられるがそれらに限定されない。任意の適切な強鉱酸をテトラフルオロホウ酸塩とともに用いてもよく、強鉱酸としては、塩酸、硫酸、リン酸および硝酸等が挙げられるがそれらに限定されない。テトラフルオロホウ酸塩イオンを提供するために本発明の洗浄用組成物に好適に用いられるのは、テトラフルオロホウ酸（ＨＢＦ４）である。テトラフルオロホウ酸は、一般に、４８％水溶液として市販されており、そのまま用いてもよい。テトラフルオロホウ酸は、加水分解により、いくらかの量のＨＦを生じる。Ｓｉ系材料の選択性エッチングを可能にすることが、上記組成物中におけるＨＦの効用である。テトラフルオロホウ酸塩イオンを提供する成分は、一般に、本発明の洗浄用組成物中においては、上記組成物の約０．２５重量％〜約１０重量％、好ましくは、約１．５重量％〜約７重量％、より好ましくは、約２．５重量％〜約４．５重量％の量で存在する。
本発明の洗浄用組成物のｐＨは、３以下のｐＨ、好ましくは、約２のｐＨである。本発明の洗浄用組成物の強酸性は、一般に、スルホン成分の特性に起因し得る。スルホランは、強酸の存在下ではプロトン化しない非プロトン性溶媒である。この特徴により、無機強鉱酸の水溶液と比較して、低酸濃度において酸性度を非常に高くすることが可能になる。
例えば、ＤＭＳＯおよびグリコールエーテル等の代替的なルイス塩基溶媒を用いた類似の組成物を調製する取り組みは失敗に終わった。前述の処方物は、Ｓｉ系反射防止コーティングを除去するための選択性を有しておらず、Ｃｕとの親和性も維持しなかった。スルホン類およびＢＦ３は、安定した錯体を形成する。テトラフルオロホウ酸塩イオン（ＢＦ４￣）はＢＦ３とＦ￣ ４とに解離することが報告されている。本発明では、スルホン−ＢＦ３錯体が銅エッチング速度の許容値への低下に寄与すると考える。
本発明の洗浄用組成物は、任意で、少なくとも１つの多価アルコールを含んでもよい。本発明の洗浄用組成物中に存在する場合には、当該多価アルコール成分は、当該洗浄用組成物の約１ｗｔ％〜約１０ｗｔ％、好ましくは、約２ｗｔ％〜約８ｗｔ％、より好ましくは、約３ｗｔ％〜約６ｗｔ％の量で存在してもよい。適切な多価アルコールとしては、エチレングリコール、グリセロール、エリトリトール、アラビトール、キシリトール、マンニトール、およびソルビトールが挙げられるがそれらに限定されないが、グリセロールが好ましい。多価アルコールを用いる処方物は、Ｃｕ親和性が向上するとともに、フォトレジスト残渣除去能力を有することが分かっている（表Ｘ）。
本発明の洗浄用組成物は、本質的にいく分類似する材料である反射防止コーティングと低ｋ誘電体に対して著しく高いエッチング選択性（最大で約７０：１）を維持することができる。ｐＨは３以下である本発明の洗浄用組成物は、洗浄用組成物における前述のエッチング選択性を与えるが、これは、ｐＨ値が３を超える場合には、洗浄用組成物が低ｋ誘電体材料に対して許容できない程度までエッチングを行うためである。
本発明の洗浄用組成物は、プラズマエッチング／アッシング後の残渣、金属系硬質マスク、およびＳｉ系反射防止コーティングの除去／洗浄に効果的に用いることができる。本発明の組成物はまた、銅および低ｋ誘電体との親和性を示す。本発明の組成物の中にはアルミニウムとの親和性を示すものもある。
Ｓｉ系反射防止コーティング、銅およびアルミニウム被覆物、ならびに低ｋ誘電体を含む誘電体について、本発明の洗浄用組成物の所望のエッチング速度選択性を表１のエッチング速度データにより示す。このエッチング例で用いた本発明の洗浄用組成物は、３ｗｔ％のＨＢＦ４、３．２５ｗｔ％の水および９３．７５ｗｔ％のスルホランを含有するものであった。表に示す材料は、この洗浄用組成物を用いて６０℃で１０分間処理し、その後のエッチング速度を測定した。
米国特許出願公開第２００６／００１４６５６号における実施例１の組成物について、Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ ＤＵＯ（商標）−１９３ Ｓｉ系反射防止コーティング、銅およびＴＥＯＳならびにＢｌａｃｋ Ｄｉａｍｏｎｄ ２誘電体に対して、５０℃で１０分間かけて試験を行い、以下のようなエッチング速度（Å／分）が観察された。
米国特許出願公報第２００６／１９９７４９号の表４における実施例２３の組成物について、Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ ＤＵＯ（商標）−１９３ Ｓｉ系反射防止コーティング、銅およびＴＥＯＳならびにＢｌａｃｋ Ｄｉａｍｏｎｄ ２誘電体に対して、２５℃および３５℃で１０分間かけて試験を行い、以下のようなエッチング速度（Å／分）が観察された。
本発明の洗浄用組成物が、スルホン溶媒を溶媒として有することの重要性およびグリコールエーテルを当該洗浄用組成物中に存在させない必要があることは、以下の試験によって明らかである。以下の３つの洗浄用組成物を調製した。（本発明の）組成物Ａは、９２．７％のスルホラン、３．８％の水および３．５％のテトラフルオロホウ酸を含有した。比較例の組成物Ｂでは、上記スルホランの一部をカルビトール（ジエチレングリコールモノメチルエーテル）と置き換え、比較例の組成物Ｃでは、スルホランをカルビトールと全体的に置き換えた。これらの組成物の各々について、Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ ＤＵＯ（商標）−１９３ Ｓｉ系反射防止コーティング、銅およびＴＥＯＳならびにＢｌａｃｋ Ｄｉａｍｏｎｄ ２誘電体に対して、３０分間かけて６０℃で試験を行った。エッチング結果（Å／分）は以下のとおりであった。
本発明の洗浄用組成物の所望のエッチング速度選択性は、表１のエッチング速度データにより、Ｓｉ系反射防止コーティング、ＤＵＯ（商標）−１９３、銅およびアルミニウム被覆物ならびに（低ｋ誘電体を含む）誘電体について示している。全ての化学物質は、供給業者から受け取った状態で用いた。本研究で用いたＨＢＦ４は４８重量％水溶液であった。エッチング速度（Å／分）は全て６０℃で測定した。Ｃｕ、Ａｌ、およびＢｌａｃｋ Ｄｉａｍｏｎｄ ２（ＢＤ２）の基板は、３０分間かけて処理した。ＤＵＯ（商標）は、１０分間かけて処理した（初期厚さは約１，４００Åであった）。ｐＨ測定値は上記組成物の１０重量％水溶液から測定した。ＣｕＯｘ除去は、以下に示す組成物における１分間の処理の前に３０％Ｈ２Ｏ２中に約３０分間漬けたＣｕ被覆ウエハを目視して判断した。
本明細書中において本発明を特定の実施形態に関して説明したが、本明細書中に開示した発明概念の精神および範囲から逸脱することなく、変更、改変および変形を行うことができることは言うまでもない。よって、そのような変更、改変および変形の全てが添付の特許請求の範囲の精神および範囲に含まれるものとする。
Claims (16)
- マイクロエレクトロニクス基板洗浄用組成物であって、該組成物は、
ａ）該組成物の約８０重量％〜約９９重量％の少なくとも１つの有機スルホンと；
ｂ）該組成物約０．２５重量％〜約１９重量％の水と；
ｃ）該組成物の約０．２５重量％〜約１０重量％のテトラフルオロホウ酸塩イオンを提供する少なくとも１つの成分と、を含み、
該組成物の１０重量％水溶液としての該組成物のｐＨは３以下である、マイクロエレクトロニクス基板洗浄用組成物。 - 約１重量％〜約１０重量％の少なくとも１つの多価アルコールをさらに含む、請求項１に記載のマイクロエレクトロニクス基板洗浄用組成物。
- 前記スルホンはスルホランを含む、請求項１に記載のマイクロエレクトロニクス基板洗浄用組成物。
- 前記テトラフルオロホウ酸塩イオンを提供する少なくとも１つの成分はテトラフルオロホウ酸を含む、請求項１に記載のマイクロエレクトロニクス基板洗浄用組成物。
- 前記テトラフルオロホウ酸塩イオンを提供する少なくとも１つの成分はテトラフルオロホウ酸を含む、請求項３に記載のマイクロエレクトロニクス基板洗浄用組成物。
- 多価アルコールはグリセロールを含む、請求項２に記載のマイクロエレクトロニクス基板洗浄用組成物。
- 前記少なくとも１つのスルホンはスルホランを含み、前記テトラフルオロホウ酸塩イオンを提供する少なくとも１つの成分はテトラフルオロホウ酸を含む、請求項６に記載のマイクロエレクトロニクス基板洗浄用組成物。
- マイクロエレクトロニクス基板またはデバイスのエッチング／アッシング後の残渣を洗浄するプロセスであって、前記プロセスは、
該マイクロエレクトロニクス基板またはデバイスと、下記：
ａ）該組成物の約８０重量％〜約９９重量％の少なくとも１つの有機スルホン；
ｂ）該組成物の約０．２５重量％〜約１９重量％の水；および
ｃ）該組成物の約０．２５重量％〜約１０重量％のテトラフルオロホウ酸塩イオンを提供する少なくとも１つの成分
を含む洗浄用組成物とを接触させる工程を包含し、
該組成物の１０重量％水溶液としての該組成物のｐＨは３以下である、プロセス。 - 前記洗浄用組成物は約１重量％〜約１０重量％の少なくとも１つの多価アルコールをさらに含む、請求項８に記載のプロセス。
- 前記スルホンはスルホランを含む、請求項８に記載のプロセス。
- 前記テトラフルオロホウ酸塩イオンを提供する少なくとも１つの成分はテトラフルオロホウ酸を含む、請求項８に記載のプロセス。
- 前記テトラフルオロホウ酸塩イオンを提供する少なくとも１つの成分はテトラフルオロホウ酸を含む、請求項１０に記載のプロセス。
- 多価アルコールはグリセロールを含む、請求項９に記載のプロセス。
- 前記少なくとも１つのスルホンはスルホランを含み、前記テトラフルオロホウ酸塩イオンを提供する少なくとも１つの成分はテトラフルオロホウ酸を含む、請求項１３に記載のプロセス。
- 前記マイクロエレクトロニクス基板またはデバイスはＳｉ系反射防止コーティングおよび低ｋ誘電体を含む、請求項８に記載のプロセス。
- 前記マイクロエレクトロニクス基板またはデバイスはＳｉ系反射防止コーティングおよび低ｋ誘電体を含む、請求項１４に記載のプロセス。
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