JP3165801B2 - 洗浄液 - Google Patents

洗浄液

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JP3165801B2 JP22771598A JP22771598A JP3165801B2 JP 3165801 B2 JP3165801 B2 JP 3165801B2 JP 22771598 A JP22771598 A JP 22771598A JP 22771598 A JP22771598 A JP 22771598A JP 3165801 B2 JP3165801 B2 JP 3165801B2
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典夫 石川
清人 森
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NEC Corp
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明が属する技術分野】本発明は洗浄液に関するもの
であって、特に金属配線が施された後の基板の金属汚染
を除去するための洗浄液に関する。また、本発明は、と
くに半導体製造工程において化学的機械研磨(CMP)
の後使用される金属配線を有する基板の洗浄液に関す
る。
【0002】
【従来技術】ICの高集積化に伴い、微量の不純物がデ
バイスの性能、歩留まりに大きく影響を及ぼすため、厳
しいコンタミネーションコントロールが要求されてい
る。すなわち、基板表面の金属不純物濃度を1010at
oms/cm以下にコントロールすることが要求されてお
り、そのため半導体製造の各工程で各種洗浄液が使用さ
れている。一般に、半導体用基板洗浄液としては硫酸−
過酸化水素水、アンモニア水−過酸化水素水−水(SC
−1)、塩酸−過酸化水素水−水(SC−2)、希ふっ
酸などがあり、目的に応じて各洗浄液が単独または組み
合わせて使用されている。一方、近年絶縁膜の平坦化、
接続孔の平坦化、ダマシン配線等に化学的機械研磨(C
MP)技術が半導体製造工程に導入されてきたが、CM
P後の基板表面に吸着した金属不純物の洗浄として、例
えば月刊セミコンダクターワールド、p.92、3、1
997には、クエン酸の水溶液が使用されること、さら
に国際出願公開公報WO96/26538には、クエン酸水溶液又
はエチレンジアミン四酢酸(EDTA)などがフッ化水素とと
もに使用されることなどが記載されている。また、本願
の優先日前の出願に係り優先日後に公開された特開平1
0-72594(欧州特許公開第812011号)に
は、クエン酸などの有機酸と錯化剤とを含む洗浄液が記
載されている。
【0003】
【発明を解決しようとする課題】上記の一般の洗浄液の
液性は、酸化性であると同時に、強酸または強アルカリ
性であることから、金属配線が施された後の基板を洗浄
する場合には、該基板の表面に露出した金属を腐食(エ
ッチング)してしまうことは勿論、金属が絶縁層などに
覆われて埋設されている場合であっても、洗浄液の浸透
により金属を腐食してしまうため、半導体製造工程にお
いて使用することができない場合がある。例えばCMP
の応用技術として、現在最も注目されているW(タング
ステン)−プラグと呼ばれる層間接続などの技術におい
て、このような洗浄液を使用することは不可能である。
一般にメタルのCMPは研磨剤粒子と化学薬品の混合物
であるスラリーを供給しながらウェハをバフと呼ばれる
布に圧着し、回転させることにより化学的な作用と物理
的な作用を併用して、層間絶縁膜や金属材料をポリシン
グし膜を平坦化する技術であるが、研磨後のシリコン酸
化膜表面などには、大量の金属不純物が吸着してしまう
問題がある。従ってこのような金属不純物を効率よく除
去できる洗浄液が求められている。
【0004】特に、W(タングステン)のCMPでは、
研磨速度、加工精度の面から優れているアルミナ−硝酸
第2鉄のスラリーが一般的に用いられているが、酸化剤
に硝酸第2鉄を用いているため、ブランケットWが除去
された後、露出したシリコン酸化膜表面にFeが大量に
吸着するといった大きな問題を生じる。ここで使用する
硝酸第2鉄の濃度が高いため、シリコン酸化膜表面に吸
着するFeの表面濃度は1014atoms/cm以上と非常
に高く、ウェハのみならず製造ラインの2次汚染も問題
となる。従って、次工程に入る前にCMPにより基板に
吸着したFeを1010atoms/cmまで除去することが
望まれている。前記従来技術におけるフッ化水素を含む
洗浄液では、金属不純物の除去は期待できるものの、金
属に対する腐食、及び層間絶縁膜をエッチングする問題
は解決し得ない。一方、金属に対する腐食の問題を解決
するために、W−プラグのCMP後などに用いられる洗
浄液として、前記従来技術におけるクエン酸の水溶液を
用いる方法では、金属に対する腐食はなくなるものの、
クエン酸水溶液により洗浄した後の基板表面のFeの濃
度は約1013atoms/cm程度であり、決して十分なも
のとはいえない。
【0005】さらにクエン酸を用いた洗浄液では、充分
な洗浄効果を得るためには20〜30%の高濃度にする
必要があり、廃液処理など環境への負荷が大きく、また
かびが発生しやすく、保存性にも問題がある。以上のと
おり、前記の諸問題を総合的に解決する手段は現在のと
ころ知られていない。従って、本発明の課題は、金属を
腐食することなく、基板表面の金属不純物を容易かつ効
率的に除去することのできる洗浄液であって、環境への
負荷、保存性等に問題のない、金属配線が施された後の
基板を洗浄する洗浄液を提供することにある。
【0006】
【発明を解決するための手段】本発明者らは上記課題を
解決すべく鋭意研究を重ねた結果、シュウ酸と、エチレ
ンジアミン四酢酸、トランス−1,2−シクロヘキサン
ジアミン四酢酸及びそれらのアンモニウム塩のうちの少
なくとも1つとから本質的になり、かつフッ化水素及び
クエン酸を含まない洗浄液が半導体基板の洗浄に良好で
あること、とくにCMP後のウェハに吸着した金属不純
物を良好に洗浄しうることを見いだした。即ち、本発明
はシュウ酸と、エチレンジアミン四酢酸、トランス−
1,2−シクロヘキサンジアミン四酢酸及びそれらのア
ンモニウム塩のうちの少なくとも1つとから本質的にな
り、かつフッ化水素及びクエン酸を含まないことを特徴
とする金属配線が施された後の基板を洗浄する洗浄液で
ある。本発明におけるシュウ酸又はポリアミノカルボン
酸類はFeと錯体を形成し安定度定数も大きいため、F
eの洗浄に用いることができるが、とりわけシュウ酸と
ポリアミノカルボン酸類とを併用することにより高い洗
浄力が得られる。これはFeとシュウ酸及びポリアミノ
カルボン酸が、より溶解性のよい三元錯体を形成するた
め、洗浄性がより高まるものと考えられる。
【0007】更に本発明の洗浄液は、その他スラリーに
起因する例えばMn、Al、Ce等の金属不純物の洗浄
にも有効である。その理由は以下のとおりと考えられ
る。 ・Mnとシュウ酸の錯体の安定度定数は大きく、その塩
はシュウ酸水溶液に溶解性が高い。 ・Alとシュウ酸の錯体の安定度定数はクエン酸と比較
して非常に大きい。 ・Ceはエチレンジアミン四酢酸(EDTA)と安定な
錯体を作る上に、Ceのシュウ酸塩はEDTAのアルカ
リ溶液によく溶解する。 以上のことから、Feだけでなく、その他スラリーから
起因する金属不純物などについても、充分な効果を発揮
する。
【0008】また、本発明の洗浄液の液性は酸性であっ
ても、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、タングス
テン、チタン、チタンナイトライドなどの金属を腐食し
ない好ましい特性を有している。従って、本発明は、金
属配線が施された後の基板であって、その表面に金属が
露出しているものであっても、露出していないものであ
っても、該金属を腐食することがないため、CMP後の
基板表面に吸着した金属不純物の洗浄に有効であり、さ
らにまた、電子部品を構成するプリント基板やダマシン
構造をもつ金属配線においても、金属配線部をエッチン
グすることなく、基板上に残留する金属汚染物を除去す
ることに有効である。しかも、本発明の洗浄液はクエン
酸洗浄液に比べ、その1/10の濃度で充分な洗浄効果
を発揮し、かつかびが発生する恐れがなく、さらに環境
への負荷を大幅に改善することができる。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明の金属配線が施された後の
基板を洗浄する洗浄液は洗浄液中のシュウ酸又はシュウ
酸アンモニウムの濃度が0.1〜10wt%、特に好ま
しくは1.0〜6wt%のものである。シュウ酸の濃度
が低すぎては洗浄効果は十分に発揮されず、高濃度にし
た場合、濃度に見合う効果が期待できず、更に結晶が析
出する恐れがある。
【0010】また、ポリアミノカルボン酸類としては、
エチレンジアミン四酢酸(EDTA)、トランス−1,
2−シクロヘキサンジアミン四酢酸(CyDTA)、ニ
トリロトリ酢酸(NTA)、ジエチレントリアミンペン
タ酢酸(DTPA)、N−(2−ヒドロキシエチル)エ
チレンジアミン−N,N’,N’−トリ酢酸(EDTA
−OH)等の化合物およびそのアンモニウム塩が好まし
い。一般にこれらの化合物は遊離酸あるいは塩の形で用
いられるが、遊離酸は水あるいは酸に対する溶解性が低
く、高濃度の溶液を調製するには不向きである。従っ
て、高濃度の溶液を調製するためには水溶性の塩を用い
る必要があり、半導体製造用には特性に悪影響を及ぼさ
ないアンモニウム塩などの金属を含まない塩が最も好ま
しい。
【0011】ポリアミノカルボン酸又はそのアンモニウ
ム塩の濃度としては、0.0001〜5wt%、特に好
ましくは0.001〜01wt%である。濃度が低い場
合は、洗浄効果が十分でなく、また高すぎても、それに
見合う効果が期待できない。以下に本発明の実施例を比
較例と共に示し、本発明を詳細に説明するが、本発明は
これら実施例に限定されるものではない。
【0012】比較例1 硝酸第2鉄水溶液に浸漬し予め汚染した酸化膜付きシリ
コンウェハを、全反射蛍光X線装置(テクノス製TRE
X−610T)を用いウェハ表面のFeの濃度を測定し
た。次に、200gのクエン酸を水800gに溶解し、
20重量%水溶液として40℃、3min洗浄し、水
洗、乾燥後再びウェハ表面のFeの濃度を測定しFeの
除去能力を評価した(表4)。
【0013】比較例2(シュウ酸濃度と除去能力) 洗浄液としてシュウ酸を水に溶解して0.1、1.0、
3.4重量%の各水溶液を調製した。各洗浄液を用い
て、比較例1と同様に液温40℃、3minでFeの除
去能力を評価した(表1)。
【表1】表1
【0014】比較例3(処理温度と除去能力) 洗浄液としてシュウ酸34gを水966gに溶解して調
製した3.4重量%の水溶液を用いて、処理温度を2
3、30、40℃に変化させ、比較例1と同様に3mi
nでFeの除去能力を評価した(表2)。
【表2】表2
【0015】比較例4(pHと除去能力) シュウ酸3.4重量%水溶液にアンモニアを添加し、p
H3.0、4.0、5.0、6.5の洗浄液を調製し
た。各洗浄液を用いて比較例1と同様に液温40℃、3
minでFeの除去能力を評価した(表3)。
【表3】表3
【0016】比較例5 洗浄液としてシュウ酸アンモニウム3.4重量%水溶液
を調製し、比較例1と同様に液温40℃、3minでF
eの除去能力を評価した(表4)。 比較例6 洗浄液としてシュウ酸5.0g、シュウ酸アンモニウム
29gを水966gに溶解して調製したシュウ酸とシュ
ウ酸アンモニウムの混合液を用いて、比較例1と同様に
液温40℃、3minでFeの除去能力を評価した(表
4)。 実施例1 シュウ酸34g、エチレンジアミン四酢酸0.1gを水
965.9gに溶解して調製した水溶液を洗浄液とし
て、比較例1と同様に液温40℃,3minでFeの除
去能力を評価した(表4)。
【0017】実施例2 シュウ酸34g、トランス−1,2−シクロヘキサンジ
アミン四酢酸0.1gを水965.9gに溶解して調製
した水溶液を洗浄液として、比較例1と同様に液温40
℃,3minでFeの除去能力を評価した(表4)。 比較例7 洗浄液としてエチレンジアミン四酢酸0.1gを水99
9.9gに溶解して調製した水溶液を用いて、比較例1
と同様に液温40℃、3minでFeの除去能力を評価
した(表4)。比較例1〜7、実施例1〜2の結果を表
4に示す。
【表4】表4
【0018】比較例8(各種金属に対するエッチング
性) 各金属膜付き基板をシュウ酸3.4%水溶液またはクエ
ン酸10%水溶液に40℃、60min浸漬した後、水
洗、スピン乾燥後、金属膜の膜厚を蛍光X線膜厚計で測
定し、膜減り量を求めた(表5)。
【表5】表5
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 21/304 622 H01L 21/304 622Q 647 647A H05K 3/26 H05K 3/26 E (72)発明者 青木 秀充 東京都港区芝5丁目7番1号 日本電気 株式会社内 (56)参考文献 特開 平8−187475(JP,A) 特開 平6−291099(JP,A) 特開 平4−130100(JP,A) 特開 平3−219000(JP,A) 特開 平10−72594(JP,A) 国際公開96/26538(WO,A1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C11D 7/26 B23K 1/00 C11D 7/32 C11D 7/50 C23G 1/02 H01L 21/304 622 H01L 21/304 647 H05K 3/26 CA(STN)

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】金属配線が施された後の基板を洗浄する洗
    浄液であって、シュウ酸と、エチレンジアミン四酢酸、
    トランス−1,2−シクロヘキサンジアミン四酢酸及び
    それらのアンモニウム塩のうちの少なくとも1つとから
    本質的になり、かつフッ化水素及びクエン酸を含まない
    ことを特徴とする、前記洗浄液。
  2. 【請求項2】0.0001〜0.01wt%のエチレンジ
    アミン四酢酸又はそのアンモニウム塩を含むことを特徴
    とする、請求項1に記載の洗浄液。
  3. 【請求項3】室温で用いられることを特徴とする、請求
    項1又は2に記載の洗浄液。
  4. 【請求項4】化学的機械研磨の後に用いられることを特
    徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の洗浄液。
  5. 【請求項5】化学的機械研磨の後、表面に金属が露出し
    た基板に用いられることを特徴とする、請求項4に記載
    の洗浄液。
  6. 【請求項6】化学的機械研磨の後、表面に金属が露出し
    ていない基板に用いられることを特徴とする、請求項4
    に記載の洗浄液。
  7. 【請求項7】金属プラグの化学的機械研磨の後に用いら
    れることを特徴とする、請求項4に記載の洗浄液。
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