JP5037442B2 - Titanium nitride removing liquid, method for removing titanium nitride film, and method for producing titanium nitride removing liquid - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、窒化チタン被膜を除去可能な窒化チタン除去液、当該窒化チタン除去液を使用した窒化チタン被膜の除去方法、及び当該窒化チタン除去液の製造方法に関する。 The present invention relates to a titanium nitride removing liquid capable of removing a titanium nitride film, a method for removing a titanium nitride film using the titanium nitride removing liquid, and a method for producing the titanium nitride removing liquid.
半導体デバイス製造等におけるエッチング加工では、一般にフォトレジストや電子線レジスト等のレジスト材料を被エッチング基材表面に塗布し、リソグラフィー技術によってパターン形成したレジスト膜をエッチングマスクとしてエッチングを行うことにより、被エッチング基材に所定のパターンを形成している。 In etching processing in semiconductor device manufacturing, etc., a resist material such as a photoresist or an electron beam resist is generally applied to the surface of a substrate to be etched, and etching is performed using a resist film patterned by a lithography technique as an etching mask. A predetermined pattern is formed on the substrate.
ここで、被エッチング基材のエッチングレートによっては、被エッチング基材に対するレジスト膜のエッチング選択性の問題から、レジスト膜がエッチングマスクとして十分に機能しない場合がある。このため、そのような被エッチング基材をエッチングする場合には、窒化チタン被膜やチタン被膜からなるハードマスクと称されるエッチングマスクを設け、被エッチング基材に対するエッチングマスクのエッチング選択性を高く維持することが行われている。 Here, depending on the etching rate of the substrate to be etched, the resist film may not sufficiently function as an etching mask due to the problem of etching selectivity of the resist film with respect to the substrate to be etched. Therefore, when etching such a substrate to be etched, an etching mask called a hard mask made of a titanium nitride film or a titanium film is provided to maintain high etching selectivity of the etching mask with respect to the substrate to be etched. To be done.
このようなエッチング被膜からなるハードマスクは、通常のレジスト膜と同様、被エッチング基材のエッチング後に除去される。従来、チタン被膜を除去可能な溶液としては、フッ酸及び過酸化水素を含む水溶液からなるものが知られている（特許文献１を参照）。特許文献１に記載のチタン被膜のエッチング剤によれば、レジストを侵食せず、また下地がアルミニウム又はその合金、ＳｉＯ２、Ｓｉの場合、それらの材料にも影響が少なく、チタン薄膜の微細なパターンの形成が可能であるとされる。
ここで、特許文献１に記載のエッチング剤は窒化チタン被膜の除去液としても用いることができるものではあるが、特許文献１に記載のチタンのエッチング剤を用いてハードマスクとしての窒化チタン被膜を除去する場合において、半導体多層積層体の導体層に用いる金属材料によっては、導体層が侵食され、電気的特性等に変化を生じるおそれがあった。また近年、半導体多層積層体の性能向上を目的に、酸化ハフニウムなどの高誘電率材料や、有機シラン化合物等をプラズマＣＶＤ法で積層した低誘電率材料により形成された絶縁膜が使用されるが、特許文献１に記載のエッチング剤は、これらの材料をも侵食してしまうという問題があった。 Here, the etching agent described in Patent Document 1 can also be used as a removal liquid for the titanium nitride film, but the titanium nitride film as a hard mask is formed using the titanium etching agent described in Patent Document 1. In the case of removing, depending on the metal material used for the conductor layer of the semiconductor multilayer laminate, the conductor layer may be eroded and the electrical characteristics and the like may be changed. In recent years, an insulating film formed of a high dielectric constant material such as hafnium oxide or a low dielectric constant material obtained by laminating an organic silane compound or the like by a plasma CVD method has been used for the purpose of improving the performance of a semiconductor multilayer laminate. The etching agent described in Patent Document 1 has a problem of eroding these materials.
本発明は、以上のような状況に鑑みてなされたものであり、半導体多層積層体において、配線に用いられる銅によって形成された層や、高誘電率材料や低誘電率材料によって形成された絶縁膜の層を侵食することなく、当該半導体多層積層体に形成されている窒化チタン被膜を除去することが可能な窒化チタン除去液、その窒化チタン除去液を用いた窒化チタン被膜の除去方法、及びその窒化チタン除去液の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above situation, and in a semiconductor multilayer stack, a layer formed of copper used for wiring, an insulation formed of a high dielectric constant material or a low dielectric constant material. Titanium nitride removal liquid capable of removing the titanium nitride film formed on the semiconductor multilayer stack without eroding the film layer, a method of removing the titanium nitride film using the titanium nitride removal liquid, and It aims at providing the manufacturing method of the titanium nitride removal liquid.
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、特定組成と特定のｐＨを有する窒化チタン除去液を用いることにより上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。具体的には、本発明は以下のようなものを提供する。 As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have found that the above problem can be solved by using a titanium nitride removing solution having a specific composition and a specific pH, and to complete the present invention. It came. Specifically, the present invention provides the following.
本発明の第一の態様は、銅を含む層と、高誘電率層又は低誘電率層とを有する半導体多層積層体に形成されている窒化チタン被膜を除去する窒化チタン除去液であって、１０〜４０質量％の過酸化水素と、テトラアルキルアンモニウムハイドロオキサイドとを含有し、２５℃におけるｐＨが６．０〜８．２である窒化チタン除去液である。 A first aspect of the present invention is a titanium nitride removing liquid for removing a titanium nitride film formed on a semiconductor multilayer stack having a layer containing copper and a high dielectric constant layer or a low dielectric constant layer, It is a titanium nitride removing liquid containing 10 to 40% by mass of hydrogen peroxide and tetraalkylammonium hydroxide and having a pH of 6.0 to 8.2 at 25 ° C.
本発明の第二の態様は、銅を含む層と、高誘電率層又は低誘電率層とを有する半導体多層積層体に形成されている窒化チタン被膜に、上記本発明の第一の態様に係る窒化チタン除去液を接触させることを特徴とする窒化チタン被膜の除去方法である。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a titanium nitride film formed on a semiconductor multilayer stack having a layer containing copper and a high dielectric constant layer or a low dielectric constant layer. A method for removing a titanium nitride film, comprising contacting the titanium nitride removing solution.
本発明の第三の態様は、銅を含む層と、高誘電率層又は低誘電率層とを有する半導体多層積層体に形成されている窒化チタン被膜を除去する窒化チタン除去液の製造方法であって、１０〜４０質量％の過酸化水素を含有する溶液と、テトラアルキルアンモニウムハイドロオキサイドを含有する溶液とを、２５℃におけるｐＨが６．０〜８．２となるように混合することを特徴とする窒化チタン除去液の製造方法である。 A third aspect of the present invention is a method for producing a titanium nitride removing liquid that removes a titanium nitride film formed on a semiconductor multilayer laminate having a layer containing copper and a high dielectric constant layer or a low dielectric constant layer. And mixing a solution containing 10 to 40% by mass of hydrogen peroxide and a solution containing tetraalkylammonium hydroxide so that the pH at 25 ° C. is 6.0 to 8.2. It is a manufacturing method of the titanium nitride removal liquid characterized.
本発明によれば、半導体多層積層体において、配線に用いられる銅によって形成された層や、高誘電率材料や低誘電率材料によって形成された絶縁膜の層を侵食することなく、当該半導体多層積層体に形成されている窒化チタン被膜を除去することが可能である。 According to the present invention, in a semiconductor multilayer laminate, the semiconductor multilayer can be formed without eroding the layer formed of copper used for the wiring or the insulating film formed of a high dielectric constant material or a low dielectric constant material. It is possible to remove the titanium nitride film formed on the laminate.
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
＜窒化チタン除去液＞
本発明の窒化チタン除去液は、１０〜４０質量％の過酸化水素とテトラアルキルアンモニウムハイドロオキサイドとを含有し、２５℃におけるｐＨが６．０〜８．２である水溶液である。この窒化チタン除去液は、銅を含む層と、高誘電率層又は低誘電率層とを有する半導体多層積層体にエッチングマスクとして形成された窒化チタン被膜を除去する際に、好適に用いることができる。以下、本発明の窒化チタン除去液に含有される各成分について詳細に説明する。
<Titanium nitride removal solution>
The titanium nitride removing liquid of the present invention is an aqueous solution containing 10 to 40% by mass of hydrogen peroxide and tetraalkylammonium hydroxide and having a pH of 6.0 to 8.2 at 25 ° C. This titanium nitride removing liquid is preferably used for removing a titanium nitride film formed as an etching mask on a semiconductor multilayer stack having a layer containing copper and a high dielectric constant layer or a low dielectric constant layer. it can. Hereinafter, each component contained in the titanium nitride removing solution of the present invention will be described in detail.
［過酸化水素］
本発明の窒化チタン除去液は、過酸化水素を含む。過酸化水素は、窒化チタン被膜中のチタンをチタニルイオン（ＴｉＯ２＋）に酸化することで、窒化チタンを溶解する。このような作用により窒化チタン膜のエッチングが進行する。
[hydrogen peroxide]
The titanium nitride removing liquid of the present invention contains hydrogen peroxide. Hydrogen peroxide dissolves titanium nitride by oxidizing titanium in the titanium nitride film to titanyl ions (TiO 2+ ). By such an action, etching of the titanium nitride film proceeds.
本発明の窒化チタン除去液における過酸化水素の含有量は、１０〜４０質量％である。過酸化水素の含有量が１０質量％以上であれば実用的な窒化チタン被膜のエッチング速度を得ることができ、また、４０質量％以下であれば窒化チタン被膜のエッチング工程での著しい発泡を抑制し、安定した処理を行うことができる。また、過酸化水素の含有量を４０質量％以下とすることで、窒化チタン除去液の保存安定性が向上する効果も得られる。上記含有量は、１５〜３０質量％であることがさらに好ましい。 The content of hydrogen peroxide in the titanium nitride removing solution of the present invention is 10 to 40% by mass. If the hydrogen peroxide content is 10% by mass or more, a practical titanium nitride film etching rate can be obtained, and if it is 40% by mass or less, significant foaming in the etching process of the titanium nitride film is suppressed. In addition, stable processing can be performed. Moreover, the effect that the storage stability of a titanium nitride removal liquid improves is also acquired by content of hydrogen peroxide being 40 mass% or less. The content is more preferably 15 to 30% by mass.
［テトラアルキルアンモニウムハイドロオキサイド］
本発明の窒化チタン除去液は、テトラアルキルアンモニウムハイドロオキサイドを含有する。テトラアルキルアンモニウムハイドロオキサイドは、窒化チタン除去液をアルカリ性に保つので、過酸化水素による窒化チタンの除去を促進する作用を有し、また後述するキレート剤を窒化チタン除去液に溶解させるという作用も有する。さらに、テトラアルキルアンモニウムハイドロオキサイドは、他の無機アルカリ性物質と異なり金属イオンを含まない。このため、後述するように、窒化チタン除去工程後に残留金属イオンの問題を生じさせず、本発明の用途に好ましい。
[Tetraalkylammonium hydroxide]
The titanium nitride removing liquid of the present invention contains tetraalkylammonium hydroxide. Since tetraalkylammonium hydroxide keeps the titanium nitride removal solution alkaline, it has an action of promoting removal of titanium nitride by hydrogen peroxide, and also has an action of dissolving a chelating agent described later in the titanium nitride removal liquid. . Furthermore, unlike other inorganic alkaline substances, tetraalkylammonium hydroxide does not contain metal ions. For this reason, as described later, the problem of residual metal ions does not occur after the titanium nitride removing step, which is preferable for the use of the present invention.
本発明で使用されるテトラアルキルアンモニウムハイドロオキサイドに含まれる炭素数は、４〜１６が好ましい。炭素数を１６以下とすることにより、水溶液である窒化チタン除去液への良好な溶解性を得ることができる。このようなテトラアルキルハイドロオキサイドとしては、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド、テトラエチルアンモニウムハイドロオキサイド、テトラプロピルアンモニウムハイドロオキサイド、テトラブチルアンモニウムハイドロオキサイド等が例示され、中でもテトラエチルアンモニウムハイドロオキサイドが入手の容易さやコストの面で好ましく使用される。 As for carbon number contained in the tetraalkylammonium hydroxide used by this invention, 4-16 are preferable. By setting the number of carbon atoms to 16 or less, good solubility in a titanium nitride removing liquid that is an aqueous solution can be obtained. Examples of such tetraalkyl hydroxides include tetramethylammonium hydroxide, tetraethylammonium hydroxide, tetrapropylammonium hydroxide, tetrabutylammonium hydroxide, and the like. Are preferably used.
本発明の窒化チタン除去液中に含まれるテトラアルキルアンモニウムハイドロオキサイドの量は０．０１〜５．０質量％が好ましい。０．０１質量％以上含有することで、過酸化水素による窒化チタンの溶解を促進するｐＨを維持することができ、また５．０質量％以下とすることにより、ｐＨが高くなりすぎることによる保存時の過酸化水素の分解を抑制することができる。より好ましいテトラアルキルアンモニウムハイドロオキサイドの含有量は０．０５〜２．０質量％である。 The amount of tetraalkylammonium hydroxide contained in the titanium nitride removing solution of the present invention is preferably 0.01 to 5.0% by mass. By containing 0.01% by mass or more, it is possible to maintain a pH that promotes dissolution of titanium nitride by hydrogen peroxide, and by setting it to 5.0% by mass or less, preservation due to excessively high pH. The decomposition of hydrogen peroxide at the time can be suppressed. A more preferable content of the tetraalkylammonium hydroxide is 0.05 to 2.0% by mass.
［錯化剤］
本発明の窒化チタン除去液は、錯化剤を含有することが好ましい。錯化剤は、窒化チタンの溶解により遊離されたチタニウムイオンを捕捉することができるので、窒化チタン除去液の寿命を延ばし、半導体多層積層体の窒化チタン被膜のエッチング処理枚数を増大させる。さらに、錯化剤は、窒化チタン除去液の窒化チタンのエッチング速度を安定化させる効果がある。エッチング速度を安定化することにより、窒化チタンの除去工程を一定時間で安定して行うことができる。なお、エッチング速度が遅くなる場合には窒化チタンの除去工程の時間を延ばす必要があり、逆にエッチング速度が速くなる場合には窒化チタン以外の層へのダメージならびに処理時の安全性を考慮する必要が出てくる。錯化剤としては、エチレンジアミン四酢酸、プロピレンジアミン四酢酸、エチレンジアミン、トリエタノールアミン、ニトリロ三酢酸、ビシンコニン酸等が例示され、これらの中でもエチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）が好ましく使用される。一般に、錯化剤は、例えばＥＤＴＡ・４Ｎａのように中和されて金属塩を形成しているものと、ＥＤＴＡのように金属塩を形成していないものとが入手可能であるが、本発明で使用される錯化剤としては、金属塩を形成していないものが好ましく使用される。なぜなら、微細な配線を有する半導体回路上に金属イオンが残留すると半導体回路内における短絡の原因となり、半導体素子の歩留まり低下につながるおそれがあるためである。なお、錯化剤が塩を形成していたとしても、例えばアンモニウム塩のように金属イオンを含まないものであれば、使用することが可能である。
[Complexing agent]
The titanium nitride removing liquid of the present invention preferably contains a complexing agent. Since the complexing agent can capture titanium ions liberated by the dissolution of titanium nitride, it extends the life of the titanium nitride removal solution and increases the number of etching processes of the titanium nitride film of the semiconductor multilayer stack. Furthermore, the complexing agent has an effect of stabilizing the etching rate of titanium nitride in the titanium nitride removing solution. By stabilizing the etching rate, the titanium nitride removal step can be performed stably in a certain time. If the etching rate is slow, it is necessary to extend the time of the titanium nitride removal process. Conversely, if the etching rate is fast, damage to layers other than titanium nitride and safety during processing are considered. Necessity comes out. Examples of the complexing agent include ethylenediaminetetraacetic acid, propylenediaminetetraacetic acid, ethylenediamine, triethanolamine, nitrilotriacetic acid, and bicinchoninic acid. Among these, ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) is preferably used. In general, complexing agents such as those that are neutralized to form a metal salt, such as EDTA · 4Na, and those that do not form a metal salt, such as EDTA, are available. As the complexing agent used in 1), one that does not form a metal salt is preferably used. This is because if metal ions remain on a semiconductor circuit having fine wiring, it may cause a short circuit in the semiconductor circuit, leading to a decrease in yield of the semiconductor element. Even if the complexing agent forms a salt, it can be used as long as it does not contain a metal ion such as an ammonium salt.
本発明の窒化チタン除去液中に含まれる錯化剤の量は０．０１〜５．０質量％が好ましい。０．０１質量％以上含有することにより、窒化チタン除去液の寿命を向上することができ、また５．０質量％以下とすることにより、錯化剤の過剰添加による無駄を省くことができる。より好ましい錯化剤の添加量は、０．０５〜３．０質量％である。 The amount of the complexing agent contained in the titanium nitride removing liquid of the present invention is preferably 0.01 to 5.0% by mass. By containing 0.01% by mass or more, the life of the titanium nitride removing liquid can be improved, and by setting it to 5.0% by mass or less, waste due to excessive addition of the complexing agent can be omitted. A more preferable addition amount of the complexing agent is 0.05 to 3.0% by mass.
［有機酸］
本発明の窒化チタン除去液は、有機酸を含有することができる。有機酸は、窒化チタン除去液のｐＨを調整するのに使用される他、緩衝作用によりｐＨの急激な変動を抑制するという効果も期待される。有機酸としては、蟻酸、酢酸、グリコール酸、ニコチン酸、シュウ酸、酒石酸、チオリンゴ酸、マロン酸、グルタミン酸、フタル酸、エタンテトラカルボン酸等が例示される。本発明の窒化チタン除去液中に含まれる有機酸の量は０．５〜５．０質量％が好ましい。
[Organic acid]
The titanium nitride removing liquid of the present invention can contain an organic acid. In addition to being used to adjust the pH of the titanium nitride removal solution, the organic acid is also expected to have an effect of suppressing rapid fluctuations in pH by a buffering action. Examples of the organic acid include formic acid, acetic acid, glycolic acid, nicotinic acid, oxalic acid, tartaric acid, thiomalic acid, malonic acid, glutamic acid, phthalic acid, ethanetetracarboxylic acid and the like. The amount of the organic acid contained in the titanium nitride removing liquid of the present invention is preferably 0.5 to 5.0% by mass.
［その他の成分］
本発明の窒化チタン除去液は、本発明の効果を損なわない範囲で、上記以外の成分を含有することができる。このような成分としては、無機酸等が例示される。
[Other ingredients]
The titanium nitride removing liquid of the present invention can contain components other than those described above as long as the effects of the present invention are not impaired. Examples of such components include inorganic acids.
［窒化チタン除去液のｐＨ］
次に、本発明の窒化チタン除去液のｐＨについて説明する。本発明の窒化チタン除去液の２５℃におけるｐＨは、６．０〜８．２、好ましくは７．０〜８．０である。従来の窒化チタンやチタン除去液は、多くがフッ酸などを含有するものであり、酸性を示すものが多かったが、本発明の窒化チタン除去液は、過酸化水素を含有し、弱酸性〜弱アルカリ性を示す点に特徴を有する。従来のフッ酸を含有する酸性度の高い窒化チタン除去液は、腐食性が強いので、窒化チタン被膜を短時間で除去することができる反面、半導体多層積層体に含まれる銅配線や高誘電率物質又は低誘電率物質からなる絶縁膜を侵食し、半導体多層積層体の電気的特性に影響を与えるおそれがあった。これに対して、過酸化水素を含有し、弱酸性〜弱アルカリ性を示す窒化チタン除去液を使用すると、意外なことに、窒化チタンへの除去選択性が高まり、銅や絶縁膜への影響を小さくできることが見出され、本発明を完成するに至った。したがって、本発明の窒化チタン除去液は、過酸化水素を含有し、弱酸性〜弱アルカリ性の領域、とりわけｐＨが６．０〜８．２となる点に特徴を有する。ｐＨが６．０以上であれば、過酸化水素による窒化チタンの除去を効果的に行うことができ、またｐＨが８．２以下であれば、保存安定性が向上する他、過酸化水素が過剰に反応することに伴う著しい発泡を抑制することができるので、安定して作業をすることできる。なお、本発明の窒化チタン除去液においては、銅に対する腐食性が高いため、フッ酸を含まないことが好ましい。
[PH of titanium nitride removing solution]
Next, the pH of the titanium nitride removing solution of the present invention will be described. The pH at 25 ° C. of the titanium nitride removing liquid of the present invention is 6.0 to 8.2, preferably 7.0 to 8.0. Many conventional titanium nitride and titanium removal liquids contain hydrofluoric acid and the like, and many of them show acidity, but the titanium nitride removal liquid of the present invention contains hydrogen peroxide and is weakly acidic to It is characterized by a weak alkalinity. The conventional high acidity titanium nitride removal solution containing hydrofluoric acid is highly corrosive, so the titanium nitride film can be removed in a short time, while the copper wiring and high dielectric constant contained in the semiconductor multilayer stack There is a possibility that an insulating film made of a material or a low dielectric constant material may be eroded and affect the electrical characteristics of the semiconductor multilayer stack. On the other hand, when a titanium nitride removing solution containing hydrogen peroxide and showing weak acidity to weak alkalinity is used, surprisingly, the removal selectivity to titanium nitride is increased, and the influence on copper and insulating film is increased. It has been found that it can be made smaller, and the present invention has been completed. Therefore, the titanium nitride removing liquid of the present invention is characterized by containing hydrogen peroxide and having a weak acidity to weak alkalinity region, in particular, a pH of 6.0 to 8.2. If the pH is 6.0 or more, the titanium nitride can be effectively removed by hydrogen peroxide. If the pH is 8.2 or less, the storage stability is improved. Since significant foaming due to excessive reaction can be suppressed, it is possible to work stably. In addition, in the titanium nitride removal liquid of this invention, since it is highly corrosive with respect to copper, it is preferable not to contain a hydrofluoric acid.
本発明の窒化チタン除去液のｐＨは、上記テトラアルキルアンモニウムハイドロオキサイドの添加により、弱アルカリ性に調整される。また、上記のｐＨ範囲となるのであれば、テトラアルキルアンモニウムハイドロオキサイドの他に、各種の塩基性物質、有機酸、無機酸等を含有させることができる。 The pH of the titanium nitride removing liquid of the present invention is adjusted to be weakly alkaline by the addition of the tetraalkylammonium hydroxide. In addition to the tetraalkylammonium hydroxide, various basic substances, organic acids, inorganic acids, and the like can be included as long as the pH is within the above range.
［金属イオン］
また、本発明の窒化チタン除去液は、実質的に金属イオンを含有しないことが好ましい。上述の通り、窒化チタン除去液に金属イオンが含まれていると、窒化チタン被膜のエッチング工程の後で半導体多層積層体に金属イオンが残留するおそれがあり、そのような半導体多層積層体に通電すると、微細な配線を有する半導体回路上の短絡の原因となり、半導体素子の歩留まり低下につながるおそれがあるためである。なお、「実質的に金属イオンを含有しない」とは、窒化チタン除去液の構成成分として金属イオンを含有する成分を積極的に添加しないことを意味しており、成分中に不純物程度の金属イオンが含まれる程度であれば許容される。
[Metal ions]
Moreover, it is preferable that the titanium nitride removing liquid of the present invention does not substantially contain metal ions. As described above, if metal ions are contained in the titanium nitride removal solution, metal ions may remain in the semiconductor multilayer stack after the etching process of the titanium nitride film, and the semiconductor multilayer stack is energized. This is because it may cause a short circuit on a semiconductor circuit having fine wiring, leading to a decrease in yield of the semiconductor element. Note that “substantially no metal ions” means that a component containing metal ions is not actively added as a component of the titanium nitride removal solution, and metal ions having an impurity level in the components are not included. Is acceptable as long as it is included.
＜窒化チタン被膜の除去方法＞
本発明の窒化チタン被膜の除去方法は、銅を含む層と、高誘電率層又は低誘電率層とを有する半導体積層体に形成されている窒化チタン被膜に、本発明の窒化チタン除去液を接触させることにより、窒化チタン被膜を除去するものである。ここで、高誘電率層又は低誘電率層とは、半導体多層積層体における絶縁層のことであり、前者は酸化ハフニウム等のｈｉｇｈ−Ｋ材料、後者は有機珪素化合物のプラズマＣＶＤ法による積層体等のｌｏｗ−Ｋ材料により形成される。
<Titanium nitride coating removal method>
The method for removing a titanium nitride film of the present invention comprises applying the titanium nitride removing liquid of the present invention to a titanium nitride film formed on a semiconductor laminate having a layer containing copper and a high dielectric constant layer or a low dielectric constant layer. The titanium nitride film is removed by contact. Here, a high dielectric constant layer or a low dielectric constant layer is an insulating layer in a semiconductor multilayer laminate, the former being a high-K material such as hafnium oxide, and the latter being a laminate of an organosilicon compound by plasma CVD. Etc., and a low-K material.
窒化チタン被膜に窒化チタン除去液を接触させる方法としては、特に限定されるものではなく、通常行われる方法を採用することができる。具体的には、浸漬法、パドル法、シャワー法等が挙げられる。なお、窒化チタン除去液は、必要に応じて加熱して用いることができる。加熱を行うことにより、窒化チタン除去液の除去性能を向上させることができる。接触させる際の温度は、４０〜７０℃程度の範囲が好ましい。 The method of bringing the titanium nitride removal solution into contact with the titanium nitride film is not particularly limited, and a commonly performed method can be employed. Specifically, an immersion method, a paddle method, a shower method, etc. are mentioned. The titanium nitride removing liquid can be heated and used as necessary. By performing the heating, the removal performance of the titanium nitride removing liquid can be improved. The temperature at the time of contact is preferably in the range of about 40 to 70 ° C.
＜窒化チタン除去液の製造方法＞
本発明の窒化チタン除去液の製造方法は、１０〜４０質量％の過酸化水素を含有する溶液と、テトラアルキルアンモニウムハイドロオキサイドを含有する溶液とを混合し、２５℃におけるｐＨが６．０〜８．２、好ましくは７．０〜８．０となるように調整するというものである。混合に際しては、通常使用される攪拌機等を使用することが可能である。ｐＨの調整は、テトラアルキルアンモニウムハイドロオキサイドを含有する溶液を添加したり、適当な有機酸を添加したりすることによって行われる。上記混合中に、上述の錯化剤を添加することも可能である。
<Method for producing titanium nitride removing liquid>
In the method for producing a titanium nitride removing liquid of the present invention, a solution containing 10 to 40% by mass of hydrogen peroxide and a solution containing tetraalkylammonium hydroxide are mixed, and the pH at 25 ° C. is 6.0 to 6.0. It is adjusted to 8.2, preferably 7.0 to 8.0. In mixing, a commonly used stirrer or the like can be used. The pH is adjusted by adding a solution containing tetraalkylammonium hydroxide or adding an appropriate organic acid. It is also possible to add the above complexing agent during the mixing.
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the scope of the present invention is not limited to these examples.
＜実施例１〜３、参考例１，２、比較例１〜５＞
下記表１に示す組成で各成分を混合し、窒化チタン除去液を調製した。括弧内の数値は質量％を表す。また、得られた窒化チタン除去液の２５℃におけるｐＨをｐＨメーター（「ＴＰＸ−９０Ｓｉ」（商品名、東興化学株式会社製）、ｐＨ４及びｐＨ７の標準液で校正した）で測定し、表１に示した。
<Examples 1 to 3 , Reference Examples 1 and 2, Comparative Examples 1 to 5>
Each component was mixed with the composition shown in the following Table 1, and the titanium nitride removal liquid was prepared. Numerical values in parentheses represent mass%. Further, the pH of the obtained titanium nitride removing solution at 25 ° C. was measured with a pH meter (“TPX-90Si” (trade name, manufactured by Toko Chemical Co., Ltd.), calibrated with standard solutions of pH 4 and pH 7). It was shown to.
ＴＢＡＨ：テトラブチルアンモニウムハイドロオキサイド
ＥＤＴＡ：エチレンジアミン四酢酸
＜評価＞
［エッチングレートの測定］
シリコンウエハ上に窒化チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、及びＰ−ＴＥＯＳをそれぞれ成膜した。窒化チタン及び銅については、シート抵抗測定器（ＶＲ−７０Ｓ、国際電気社製）によりシート抵抗値を測定して膜厚に換算し、酸化ハフニウム及びＰ−ＴＥＯＳについては、エリプソンメータにより膜厚を測定した。６０℃に加温した実施例１〜３、参考例１，２、及び比較例１〜５の窒化チタン除去液中に各基板を所定時間浸漬し、処理前後の膜厚の変化からエッチングレートを求めた。測定結果から算出された各材料のエッチングレート、並びに銅に対する窒化チタンの選択比、酸化ハフニウムに対する窒化チタンの選択比、及びＰ−ＴＥＯＳに対する窒化チタンの選択比を表２に示す。
<Evaluation>
[Measurement of etching rate]
Titanium nitride (Ti), copper (Cu), hafnium oxide (HfO 2 ), and P-TEOS were formed on the silicon wafer. For titanium nitride and copper, the sheet resistance value is measured by a sheet resistance meter (VR-70S, manufactured by Kokusai Denki Co., Ltd.) and converted to a film thickness. For hafnium oxide and P-TEOS, the film thickness is measured by an ellipson meter. Was measured. Each substrate was immersed for a predetermined time in the titanium nitride removal solutions of Examples 1 to 3 , Reference Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 5 heated to 60 ° C. , and the etching rate was determined from the change in film thickness before and after the treatment. Asked. Table 2 shows the etching rate of each material calculated from the measurement results, the selectivity of titanium nitride to copper, the selectivity of titanium nitride to hafnium oxide, and the selectivity of titanium nitride to P-TEOS.
［発泡状態の評価］
上記エッチングレートの測定中に、窒化チタン除去液の発泡状態を目視により評価した。発泡が全く無いか、実使用に影響が無い程度の泡の発生が観察された場合には○を、実使用に影響を及ぼす程度の発泡が観察された場合には×を、それぞれ表２に示した。
[Evaluation of foaming state]
During the measurement of the etching rate, the foaming state of the titanium nitride removing liquid was visually evaluated. In Table 2, when there is no foaming or the occurrence of bubbles that does not affect actual use is observed, ○, and when foaming that affects actual use is observed, ×. Indicated.
表２からわかるように、１０〜４０質量％の過酸化水素と、テトラアルキルアンモニウムハイドロオキサイドとを含有し、ｐＨが６．０〜８．２である実施例１〜３、参考例１，２は、窒化チタンのエッチングレートが実用的なレベルであり、銅、酸化ハフニウム、又はＰ−ＴＥＯＳに対する窒化チタンへの選択性が良好であることが示された。さらに、実施例１〜３、参考例１，２は、いずれもエッチング工程中の発泡が少なく作業性が良好であった。
これに対して、過酸化水素の添加量が上記よりも少ない比較例１や比較例４では、窒化チタン被膜のエッチングレートが不足する他、銅、酸化ハフニウム、又はＰ−ＴＥＯＳに対する窒化チタンへの選択性が不足することがわかる。また、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドを含有しない比較例２では、銅又は酸化ハフニウムに対する窒化チタンの選択性が不足することがわかる。
さらに、窒化チタン被膜のエッチング工程中の発泡という観点からは、ｐＨが８．２を超えると発泡が急激に強くなり、エッチング工程の作業が困難になることが示されている（比較例１及び比較例３）。また、ｐＨが６以上である実施例１〜３、参考例１，２は、ｐＨが６未満である比較例５よりも良好なエッチング速度と窒化チタンに対する選択性が得られることもわかった。
As can be seen from Table 2, Examples 1 to 3, Reference Examples 1 and 2 containing 10 to 40% by mass of hydrogen peroxide and tetraalkylammonium hydroxide and having a pH of 6.0 to 8.2. Shows that the etching rate of titanium nitride is at a practical level and the selectivity to titanium nitride over copper, hafnium oxide, or P-TEOS is good. Further, Examples 1 to 3 and Reference Examples 1 and 2 had good workability with little foaming during the etching process.
On the other hand, in Comparative Example 1 and Comparative Example 4 in which the amount of hydrogen peroxide added is less than the above, the etching rate of the titanium nitride film is insufficient, and in addition to titanium nitride for copper, hafnium oxide, or P-TEOS. It can be seen that the selectivity is insufficient. Moreover, in the comparative example 2 which does not contain tetramethylammonium hydroxide, it turns out that the selectivity of the titanium nitride with respect to copper or hafnium oxide is insufficient.
Furthermore, from the viewpoint of foaming during the etching process of the titanium nitride film, it has been shown that when the pH exceeds 8.2, the foaming becomes stronger and the etching process becomes difficult (Comparative Example 1 and Comparative Example 3). Further, it was also found that Examples 1 to 3 and Reference Examples 1 and 2 having a pH of 6 or more provide better etching rate and selectivity to titanium nitride than Comparative Example 5 having a pH of less than 6.
［処理安定性］
また、実施例１および参考例２の窒化チタン除去液について、複数の窒化チタンウエハ片（２ｃｍ×４ｃｍ×１００ｎｍ）を１００ｍＬで完全に溶解させたときのエッチングレート（ｎｍ／ｍｉｎ）を測定することにより窒化チタンの処理安定性を検討した。その結果を表３に示す。
[Process stability]
In addition, with respect to the titanium nitride removal liquid of Example 1 and Reference Example 2 , the etching rate (nm / min) when a plurality of titanium nitride wafer pieces (2 cm × 4 cm × 100 nm) are completely dissolved in 100 mL is measured. The processing stability of titanium nitride was examined. The results are shown in Table 3.
表３より、錯化剤としてのＥＤＴＡを添加した実施例１では窒化チタンの処理量を増やしてもエッチングレートが安定しており、錯化剤を含まない参考例２に比べ処理安定性が高いことがわかる。また、錯化剤を添加した実施例１では窒化チタンの処理量を増やしても処理時の泡の発生が少なかったが、参考例２では窒化チタンの処理量を増やすに従い泡の発生が増加した。つまり、実施例１のほうが処理時の安全性が高いことがわかった。 From Table 3, in Example 1 to which EDTA as a complexing agent was added, the etching rate was stable even when the treatment amount of titanium nitride was increased, and the treatment stability was higher than in Reference Example 2 not containing the complexing agent. I understand that. Further, in Example 1 to which the complexing agent was added, even when the treatment amount of titanium nitride was increased, the generation of bubbles during the treatment was small. In Reference Example 2 , the generation of bubbles increased as the treatment amount of titanium nitride was increased. . That is, it was found that Example 1 has higher safety during processing.
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