JP5051323B2 - 銅層及びモリブデン層を含む多層薄膜用エッチング液 - Google Patents
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Description
しかし、いずれもエッチング後の配線断面形状が十分に満足いくものではなく、結果としてディスプレイの大型化及び高解像度化に十分対応できない場合があった。また、特許文献2に開示されるエッチング溶液は、フッ化化合物を含有しており、環境対策の観点からも、十分満足するというものではなかった。
本発明は、かかる知見に基づいて完成したものである。すなわち、本発明の要旨は下記のとおりである。
[2](B)無機酸が、硫酸及び/又は硝酸である上記1に記載のエッチング液。
[3](C)有機酸が、コハク酸、グリコール酸、乳酸、マロン酸及びリンゴ酸から選ばれる少なくとも一種である上記1又は2に記載のエッチング液。
[4](D)アミン化合物が、エタノールアミン、1−アミノ−2−プロパノール、N,N−ジエチル−1,3−プロパンジアミンから選ばれる少なくとも一種である上記1〜3のいずれかに記載のエッチング液。
[5](E)アゾール類が、5−アミノ−1H−テトラゾールである上記1〜4のいずれかに記載のエッチング液。
[6](F)過酸化水素安定剤が、フェニル尿素である上記1〜5のいずれかに記載のエッチング液。
[7](A)過酸化水素を4.5〜7.5質量%、(B)無機酸を0.01〜3質量%、(C)有機酸を5〜13質量%、(D)アミン化合物を2〜7質量%、(E)アゾール類を0.001〜0.5質量%、及び(F)過酸化水素安定剤を0.01〜0.5質量%を含む上記1〜6のいずれかに記載のエッチング液。
[8]さらに銅イオンが、200ppm以上含まれる上記1〜7のいずれかに記載のエッチング液。
[9]多層薄膜が、モリブデン層上に銅層が積層したものである上記1〜8のいずれかに記載のエッチング液。
[10]エッチング対象物を上記1〜8のいずれかに記載のエッチング液に接触させることを特徴とする銅層及びモリブデン層を含む多層薄膜のエッチング方法。
[11]多層薄膜が、モリブデン層上に銅層が積層したものである上記10に記載のエッチング方法。
本発明のエッチング液は、銅層及びモリブデン層を含む多層薄膜のエッチングに用いられ、(A)過酸化水素、(B)フッ素原子を含有しない無機酸、(C)有機酸、(D)炭素数2〜10であり、かつアミノ基と水酸基とをその合計基数が二以上となるように有するアミン化合物、(E)アゾール類、及び(F)過酸化水素安定剤を含み、pHが2.5〜5であることを特徴とするものである。
本発明のエッチング液で用いられる過酸化水素は酸化剤として銅配線を酸化する機能を有し、かつモリブデンに対しては酸化溶解する機能を有し、該エッチング液中の含有量は、3〜10質量%が好ましく、4.5〜7.5質量%がより好ましい。過酸化水素の含有量が上記の範囲内であれば、過酸化水素の管理が容易となり、かつ適度なエッチング速度が確保できるので、エッチング量の制御が容易となるので好ましい。
本発明のエッチング液で用いられるフッ素原子を含まない無機酸は、(A)過酸化水素により酸化した銅の溶解に寄与するものであり、本発明においては、環境対策の観点からフッ素原子を含まない酸が採用される。フッ素原子を含まない無機酸としては、硫酸、硝酸、塩酸、リン酸、次亜リン酸、炭酸、スルファミン酸、硼酸などが好ましく挙げられ、これらを単独で、あるいは複数を混合して用いることができる。なかでも硫酸、硝酸が好ましい。
本発明のエッチング液で用いられる有機酸は、銅及びモリブデンのエッチング、及びモリブデン由来の残渣の除去に寄与するものであり、該エッチング液中の含有量は、1〜15質量%が好ましく、5〜13質量%がより好ましい。有機酸の含有量が上記範囲内であれば、銅及びモリブデンのエッチング、及びモリブデン由来の残渣の除去が十分に行われ、かつエッチング後の良好な配線断面形状を得ることができる。また、エッチング後に含有される銅イオンのマスキング剤としても機能しており、銅による過水の分解を抑制することが出来る。
炭素数1〜18の脂肪族カルボン酸としては、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、乳酸、グリコール酸、ジグリコール酸、ピルビン酸、マロン酸、酪酸、ヒドロキシ酪酸、酒石酸、コハク酸、リンゴ酸、マレイン酸、フマル酸、吉草酸、グルタル酸、イタコン酸、アジピン酸、カプロン酸、アジピン酸、クエン酸、プロパントリカルボン酸、trans−アコニット酸、エナント酸、カプリル酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸などが好ましく挙げられる。
炭素数6〜10の芳香族カルボン酸としては、安息香酸、サリチル酸、マンデル酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸などが好ましく挙げられる。
また、炭素数1〜10のアミノ酸としては、カルバミン酸、アラニン、グリシン、
アスパラギン、アスパラギン酸、サルコシン、セリン、グルタミン、グルタミン酸、4−アミノ酪酸、イミノジ酪酸、アルギニン、ロイシン、イソロイシン、ニトリロ三酢酸などが好ましく挙げられる。
本発明のエッチング液で用いられるアミン化合物は、エッチング後の良好な配線断面形状に寄与し、炭素数2〜10であり、かつアミノ基と水酸基とをその合計基数が二以上となるように有する化合物である。
このようなアミン化合物としては、エチレンジアミン、トリメチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、1,2−プロパンジアミン、1,3−プロパンジアミン、N,N−ジメチル−1,3−プロパンジアミン、N,N−ジエチル−1,3−プロパンジアミン、1,3−ジアミノブタン、2,3−ジアミノブタン、ペンタメチレンジアミン、2,4−ジアミノペンタン、ヘキサメチレンジアミン、ヘプタメチレンジアミン、オクタメチレンジアミン、ノナメチレンジアミン、N−メチルエチレンジアミン、N,N−ジメチルエチレンジアミン、トリメチルエチレンジアミン、N−エチルエチレンジアミン、N,N−ジエチルエチレンジアミン、トリエチルエチレンジアミン、1,2,3−トリアミノプロパン、ヒドラジン、トリス(2−アミノエチル)アミン、テトラ(アミノメチル)メタン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチルペンタミン、ヘプタエチレンオクタミン、ノナエチレンデカミン、ジアザビシクロウンデセンなどのポリアミン;
エタノールアミン、N−メチルエタノールアミン、N−メチルジエタノールアミン、N−エチルエタノールアミン、N−アミノエチルエタノールアミン、N−プロピルエタノールアミン、N−ブチルエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、1−アミノ−2−プロパノール、N−メチルイソプロパノールアミン、N−エチルイソプロパノールアミン、N−プロピルイソプロパノールアミン、2−アミノプロパン−1−オール、N−メチル−2−アミノ−プロパン−1−オール、N−エチル−2−アミノ−プロパン−1−オール、1−アミノプロパン−3−オール、N−メチル−1−アミノプロパン−3−オール、N−エチル−1−アミノプロパン−3−オール、1−アミノブタン−2−オール、N−メチル−1−アミノブタン−2−オール、N−エチル−1−アミノブタン−2オール、2−アミノブタン−1−オール、N−メチル−2−アミノブタン−1−オール、N−エチル−2−アミノブタン−1−オール、3−アミノブタン−1−オール、N−メチル−3−アミノブタン−1−オール、N−エチル−3−アミノブタン−1−オール、1−アミノブタン−4−オール、N−メチル1−アミノブタン−4−オール、N−エチル−1−アミノブタン−4−オール、1−アミノ−2−メチルプロパン−2−オール、2−アミノ−2−メチルプロパン−1−オール、1−アミノペンタン−4−オール、2−アミノ−4−メチルペンタン−1−オール、2−アミノヘキサン−1−オール、3−アミノヘプタン−4−オール、1−アミノオクタン−2−オール、5−アミノオクタン−4−オール、1−アミノプパン−2,3−ジオール、2−アミノプロパン−1,3−ジオール、トリス(オキシメチル)アミノメタン、1,2−ジアミノプロパン−3−オール、1,3−ジアミノプロパン−2−オール、2−(2−アミノエトキシ)エタノール、2−(2−アミノエチルアミノ)エタノール、ジグリコールアミンなどのアルカノールアミンが好ましく挙げられ、これらを単独で又は複数を組み合わせて用いることができる。これらの中でも、エタノールアミン、1−アミノ−2−プロパノール、N,N−ジエチル−1,3−プロパンジアミンが特に好ましい。
本発明のエッチング液で用いられるアゾール類としては、1H−ベンゾトリアゾール、5−メチル−1H−ベンゾトリアゾール、3−アミノ−1H−トリアゾールなどのトリアゾール類;1H−テトラゾール、5−メチル−1H−テトラゾール、5−フェニル−1H−テトラゾール、5−アミノ−1H−テトラゾールなどのテトラゾール類;1H−イミダゾール、1H−ベンゾイミダゾールなどのイミダゾール類;1,3−チアゾール、4−メチルチアゾールなどのチアゾール類などが好ましく挙げられる。これらのうち、テトラゾール類が好ましく、なかでも5−アミノ−1H−テトラゾールが好ましい。
本発明のエッチング液は、過酸化水素安定剤を含有する。過酸化水素安定剤としては、通常過酸化水素安定剤として用いられるものであれば制限なく使用することが可能であるが、フェニル尿素、アリル尿素、1,3−ジメチル尿素、チオ尿素などの尿素系過酸化水素安定剤のほか、フェニル酢酸アミド、フェニルエチレングリコールなどが好ましく挙げられ、なかでもフェニル尿素が好ましい。
本発明のエッチング液中の(F)過酸化水素安定剤の含有量は、その添加効果を十分に得る観点から、0.01〜0.5質量%が好ましく、0.01〜0.3質量%がより好ましい。
本発明のエッチング液は、pH2.5〜5であることを要する。pH2.5未満であるとモリブデンがエッチング溶解される際に生成するモリブデン酸化物が溶解しにくくなり、結果、エッチング後にモリブデン酸化物由来の残渣が発生し、リークの原因となり電気特性が低下してしまうことがある。また、pH5よりも大きいと、(A)過酸化水素の安定性が低下し、銅配線のエッチング速度が減少し、バスライフも減少してしまう。このような観点から、本発明のエッチング液のpHは、2.5〜5が好ましい。
本発明のエッチング液は、使用初期からエッチング性能を向上させる目的で、予め銅イオンを含有させることが好ましい。銅イオンは、エッチング液に銅粉末や、硫酸銅、硝酸銅などの銅塩を加えることで、エッチング液中に含有させることができる。
エッチング液中の銅イオンの濃度は、100ppm以上が好ましく、200ppm以上がより好ましい。また、濃度の上限は、エッチング性能が低下しない限り制限はないが、バスライフなどを考慮すると、2000ppm以下が好ましく、1000ppm以下がより好ましい。
本発明のエッチング液は、上記した(A)〜(F)成分のほか、水、その他エッチング液に通常用いられる各種添加剤をエッチング液の効果を害しない範囲で含んでもよい。水としては、蒸留、イオン交換処理、フィルター処理、各種吸着処理などによって、金属イオンや有機不純物、パーティクル粒子などが除去されたものが好ましく、特に純水、超純水が好ましい。
本発明のエッチング方法は、銅層及びモリブデン層を含む多層薄膜をエッチングする方法であり、本発明のエッチング液、すなわち(A)過酸化水素、(B)フッ素原子を含有しない無機酸、(C)有機酸、(D)炭素数2〜10であり、かつアミノ基と水酸基とをその合計基数が二以上となるように有するアミン化合物、(E)アゾール類、及び(F)過酸化水素安定剤を含み、pHが2.5〜5である銅層及びモリブデン層を含む多層薄膜用エッチング液を用いることを特徴とし、エッチング対象物と本発明のエッチング液とを接触させる工程を有するものである。また、本発明のエッチング方法により、銅層及びモリブデン層を含む多層薄膜を一括でエッチングを行うことができ、かつエッチング後の良好な配線断面形状を得ることができる。
銅配線は、銅又は銅を主成分とする材料により形成されていれば特に制限はなく、当該バリア膜を形成するモリブデン系材料としては、モリブデン(Mo)金属あるいはMo系合金などが挙げられる。
実施例及び比較例で得られた、エッチングを行った後の銅層及びモリブデン層を含む多層薄膜試料を切断し、走査型電子顕微鏡(「S5000形(型番)」;日立製)を用いて観察倍率30000倍(加速電圧2kV、加速電流10μA)で観察した。得られたSEM画像をもとに、図1で示されるテーパー角、CDロス(μm)を得た。
テーパー角、CDロス(μm)は、表1に記載の基準範囲内であれば合格として、エッチング液の性能を判断した。
実施例及び比較例で得られた、エッチングを行った後の銅層及びモリブデン層を含む多層薄膜試料の表面を、走査型電子顕微鏡(「S5000形(型番)」;日立製)を用いて観察倍率50000倍(加速電圧2kV、加速電流10μA)で観察し、当該試料の残渣を下記の基準で評価した。
○ :残渣は全く確認できなかった
△ :残渣が若干確認されたが、配線性能への影響はなく実用上問題ない
× :著しい残渣が確認された
ガラスを基板とし、モリブデン(Mo)をスパッタしモリブデンからなるバリア膜(モリブデン層)を形成し、次いで銅を主成分とする材料をスパッタして銅を主成分とする配線(銅層)を形成し、次いでレジストを塗布し、パターンマスクを露光転写後、現像して、パターンを形成したモリブデン層の上に銅層が積層した、銅層及びモリブデン層を含む多層薄膜を作製した。
作製例で得られた銅層及びモリブデン層を含む多層薄膜を、表2に示されるエッチング液に、シャワー噴霧により、35℃でエッチングする作業を繰り返し行い、得られたエッチング後の銅層及びモリブデン層を含む多層薄膜試料について、上記の方法により、該エッチング液中の銅イオン濃度(Cu濃度と表記することがある。)が低濃度域(200−1000ppm,Cu低濃度域と表記することがある。)及び高濃度域(3000−4000ppm,Cu高濃度域と表記することがある。)におけるテーパー角、CDロス(μm)をSEM観察により得た。
また、レジストがパターニングされていないエリアのエッチング対象物が、目視にてエッチングされたと判断した時間をジャストエッチング時間とし、該ジャストエッチングタイムの110〜300%の範囲内の任意の割合でエッチング処理(オーバーエッチング)した時間をエッチング時間として設定した(例えば、ジャストエッチングタイム100秒のとき、50%のオーバーエッチングならば、そのエッチング時間は150秒となる。)これらの評価を表2に示す。
*2,和光純薬工業株式会社製
*3,5−アミノ−1H−テトラゾール,和光純薬工業株式会社製
*4,フェニル尿素,和光純薬工業株式会社製
実施例4において、使用するエッチング液4に予め銅粉末を、銅イオン濃度が200ppm、6000ppmとなるように加える以外は、実施例4と同様にして、エッチングを行い、各々を実施例6及び7とした。一回目のエッチングで得られた銅層及びモリブデン層を含む多層薄膜のテーパー角、CDロス(μm)、残渣の評価を表3に示す。また、表3には実施例4の一回目のエッチングで得られた銅層及びモリブデン層を含む多層薄膜のテーパー角、CDロス(μm)、残渣の評価を示す。
実施例1において、エッチング液を表4に示す配合のものを用いる以外は、実施例1と同様にして、エッチングを行った。得られた銅層及びモリブデン層を含む多層薄膜のテーパー角、CDロス(μm)、残渣の評価を表4に示す。
*6,エッチングされなかった。
*7,レジストがピーリングした。
予め銅イオンを200ppm、あるいは6000ppmを含有させたエッチング液を用いた実施例6及び7の一回目のエッチング後の配線断面形状は、実施例4の一回目のエッチング後の配線断面形状よりも良好であり、残渣の評価の点でも良好であることが確認された。すなわち、本発明のエッチング液に予め銅イオンを加えると、エッチング液の使用初期から、良好な性能を発現することが確認された。
Claims (9)
- (A)過酸化水素、(B)フッ素原子を含有しない無機酸、(C)コハク酸、グリコール酸、乳酸、マロン酸及びリンゴ酸から選ばれる少なくとも一種である有機酸、(D)炭素数2〜10であり、かつアミノ基と水酸基とをその合計基数が二以上となるように有するアミン化合物、(E)5−アミノ−1H−テトラゾール、及び(F)過酸化水素安定剤を含み、pHが2.5〜5である銅層及びモリブデン層を含む多層薄膜用エッチング液。
- (B)無機酸が、硫酸及び/又は硝酸である請求項1に記載のエッチング液。
- (D)アミン化合物が、エタノールアミン、1−アミノ−2−プロパノール、N,N−ジエチル−1,3−プロパンジアミンから選ばれる少なくとも一種である請求項1〜2のいずれかに記載のエッチング液。
- (F)過酸化水素安定剤が、フェニル尿素である請求項1〜3のいずれかに記載のエッチング液。
- (A)過酸化水素を4.5〜7.5質量%、(B)無機酸を0.01〜3質量%、(C)有機酸を5〜13質量%、(D)アミン化合物を2〜7質量%、(E)5−アミノ−1H−テトラゾールを0.001〜0.3質量%、及び(F)過酸化水素安定剤を0.01〜0.5質量%を含む請求項1〜4のいずれかに記載のエッチング液。
- さらに銅イオンが、予め100〜2000ppm含まれる請求項1〜5のいずれかに記載のエッチング液。
- 多層薄膜が、モリブデン層上に銅層が積層したものである上記1〜6のいずれかに記載のエッチング液。
- エッチング対象物を請求項1〜6のいずれかに記載のエッチング液に接触させることを特徴とする銅層及びモリブデン層を含む多層薄膜のエッチング方法。
- 多層薄膜が、モリブデン層上に銅層が積層したものである請求項8に記載のエッチング方法。
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