JP5278434B2 - 半導体ドライプロセス後の残渣除去液及びそれを用いた残渣除去方法 - Google Patents
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Description
(A)(1)25℃でのpKaが3以上であるブレンステッド酸、(2)モノカルボン酸のアミン塩、及び/又は(3)銅と7員環以上のキレートを形成するポリカルボン酸のアンモニウム塩、アミン塩及び四級アンモニウム塩からなる群より選ばれる少なくとも1種、並びに(4)水からなり、該水溶液のpHが所定の範囲に含まれる薬液(以下、「残渣除去液(A)」とも記載する。)、或いは、
(B)(5)モノカルボン酸のアミン塩、及び/又は(6)銅と7員環以上のキレートを形成するポリカルボン酸のアミン塩、並びに、(7)水からなり、該水溶液のpHが所定の範囲に含まれる薬液(以下、「残渣除去液(B)」とも記載する。)。
(A)(1)25℃でのpKaが3以上であるブレンステッド酸、(2)モノカルボン酸のアミン塩、及び/又は(3)銅と7員環以上のキレートを形成するポリカルボン酸のアンモニウム塩、アミン塩及び四級アンモニウム塩からなる群より選ばれる少なくとも1種、並びに(4)水からなる水溶液であり、該水溶液のpHが、該モノカルボン酸の25℃でのpKa以下であるか、該ポリカルボン酸の25℃でのpKa2以下であるか、或いは(2)及び(3)が共存する場合にモノカルボン酸の25℃でのpKaとポリカルボン酸の25℃でのpKa2のうち大きい方の値以下である、
(B)(5)モノカルボン酸のアミン塩、及び/又は(6)銅と7員環以上のキレートを形成するポリカルボン酸のアミン塩、並びに(7)水からなる水溶液であり、該水溶液のpHが、該モノカルボン酸の25℃でのpKa以上であるか、該ポリカルボン酸の25℃でのpKa2以上であるか、或いは(5)及び(6)が共存する場合にモノカルボン酸の25℃でのpKaとポリカルボン酸の25℃でのpKa2のうち大きい方の値以上である。
(2)式:−N=C(SH)−X−(式中、XはNH、O又はSを示す。)で示される構造を有するヘテロ五員環化合物を基本骨格として含む化合物であり、その水溶液(10ppm、23℃)のpHが7以下であるもの、及び
(3)窒素原子(N)を少なくとも1個有するヘテロ六員環芳香族化合物を基本骨格として含む化合物であり、その水溶液(10ppm、23℃)のpHが7以上であるもの、
からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物からなるCu表面保護剤を含む項1〜15のいずれかに記載の残渣除去液。
I.半導体ドライプロセス後の残渣除去液
本発明の半導体ドライプロセス後の残渣除去液は、モノカルボン酸のアミン塩、及び/又は、銅と7員環以上のキレートを形成するポリカルボン酸塩と、水とを含み、下記(A)又は(B)の組成からなる。
(A)(1)25℃でのpKaが3以上であるブレンステッド酸、(2)モノカルボン酸のアミン塩、及び/又は(3)銅と7員環以上のキレートを形成するポリカルボン酸のアンモニウム塩、アミン塩及び四級アンモニウム塩からなる群より選ばれる少なくとも1種、並びに(4)水からなる水溶液であり、該水溶液のpHが、該モノカルボン酸の25℃でのpKa以下であるか、該ポリカルボン酸の25℃でのpKa2以下であるか、或いは(2)及び(3)が共存する場合にモノカルボン酸の25℃でのpKaとポリカルボン酸の25℃でのpKa2のうち大きい方の値以下である、
(B)(5)モノカルボン酸のアミン塩、及び/又は(6)銅と7員環以上のキレートを形成するポリカルボン酸のアミン塩、並びに(7)水からなる水溶液であり、該水溶液のpHが、該モノカルボン酸の25℃でのpKa以上であるか、該ポリカルボン酸の25℃でのpKa2以上であるか、或いは(2)及び(3)が共存する場合にモノカルボン酸の25℃でのpKaとポリカルボン酸の25℃でのpKa2のうち大きい方の値以上である。
残渣除去液(A)に含まれる(1)25℃でのpKaが3以上であるブレンステッド酸としては、無機酸、モノカルボン酸又はポリカルボン酸が挙げられる。ここで、該ブレンステッド酸はCu表面を保護しながら、残渣の除去役割を果たすため、特に25℃でのpKa(乃至pKa2)が3〜7、さらに3〜5のブレンステッド酸が好ましい。
R1 WH3−WN (I)
(式中、wは1〜3の整数を示し、R1は水酸基で置換されていてもよいアルキル基であり、wが2又は3の時、R1は同一又は異なっていてもよく、或いは2つR1が結合して環を形成していてもよく、該環を形成する炭素がヘテロ原子に置換されていてもよい。)
で表されるアミンが挙げられる。
R2 xH3−xN (II)
(式中、xは1〜3の整数を示し、R2は水酸基で置換されていてもよいアルキル基であり、xが2又は3の時、R2は同一又は異なっていてもよく、或いは2つR2が結合して環を形成していてもよく、該環を形成する炭素がヘテロ原子に置換されていてもよい。)
で表されるアミンが挙げられる。
プロピオン酸 pKa=4.67
コハク酸 pKa2=5.24
グルタル酸 pKa2=5.03
アジピン酸 pKa2=5.03
残渣除去液のpHがこの範囲であると残渣能力が高く、且つCuの腐食、Cu表面の亀裂及びCu表面荒れを劇的に減少させることができる。またLow-k膜へのダメージも少ないため好ましい。
残渣除去液(B)に含まれる前記(5)モノカルボン酸のアミン塩とは、モノカルボン酸とアミンがほぼ同等モルで形成される塩を意味する。(5)のモノカルボン酸のアミン塩を構成するモノカルボン酸としては、炭素数1〜8のモノカルボン酸が挙げられる。具体例としては、蟻酸、酢酸、プロピオン酸、トリフルオロ酢酸等の炭素数1〜4の脂肪族モノカルボン酸が挙げられ、好ましくは酢酸である。
R3 yH3−yN (III)
(式中、yは1〜3の整数を示し、R3は水酸基で置換されていてもよいアルキル基であり、yが2又は3の時R3は同一又は異なっていてもよく、或いは2つR3が結合して環を形成していてもよく、該環を形成する炭素がヘテロ原子に置換されていてもよい。)
で表されるアミンが挙げられる。
R4 zH3−zN (IV)
(式中、zは1〜3の整数を示し、R4は水酸基で置換されていてもよいアルキル基であり、zが2又は3の時R4は同一又は異なっていてもよく、或いは2つR4が結合して環を形成していてもよく、該環を形成する炭素がヘテロ原子に置換されていてもよい。)
で表されるアミンが挙げられる。
残渣除去液(A)又は(B)中に、さらにフッ素化合物やCuに配位し得る酸素原子を含む中性有機化合物を添加することができる。これにより、Low-k膜などの層間絶縁膜で形成されたパターンの側壁に付着する残渣を除去する効果が高められる。
(i)式:=N−NH−で示される構造を有するヘテロ五員環芳香族化合物(3個のNが連続するものを除く)を基本骨格として含む化合物であり、その水溶液(濃度10ppm、23℃)のpHが7以下であるもの、
(ii)式:−N=C(SH)−X−(式中、XはNH、O又はSを示す。)で示される構造を有するヘテロ五員環化合物を基本骨格として含む化合物であり、その水溶液(濃度10ppm、23℃)のpHが7以下であるもの、及び
(iii)窒素原子(N)を少なくとも1個有するヘテロ六員環芳香族化合物を基本骨格として含む化合物であり、その水溶液(濃度10ppm、23℃)のpHが7以上であるもの、
からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物が挙げられる。
本発明の残渣除去液(A)のうちで好ましい態様としては、前記(1)のブレンステッド酸として酢酸又はコハク酸を0.1〜10重量%(好ましくは0.3〜5重量%、より好ましくは0.5〜3重量%)、前記(2)のモノカルボン酸の塩として酢酸のメチルアミン塩、エチルアミン塩又はトリエタノールアミン塩を0.1〜15重量%(好ましくは0.6〜10重量%、より好ましくは1〜6重量%)、及び(4)水を含む残渣除去液が挙げられる。pHは4〜6(好ましくは4〜5、より好ましくは4.5〜5)である。
本発明の残渣除去液の対象物は、主として除去されるべきCu酸化膜及びドライプロプロセス後の残渣と保護されるべきCu表面である。
本発明の残渣除去方法は、主として、ダマシン、デュアルダマシンなどの構造やキャパシタ構造の形成工程において、ドライプロセス(ドライエッチング及び/又はアッシング)後の半導体基板に存在する残渣を除去する方法である。具体的には、ドライプロセス後のCu/Low-k多層配線構造を有する半導体基板に存在する残渣を、上記の残渣除去液を用いて除去する。
Cu表面保護剤1:インダゾール(ACROS ORGANICS社製)
Cu表面保護剤2:2-メルカプトベンゾチアゾール(ACROS ORGANICS社製)
Cu表面保護剤3:2,4,6-トリアミノピリミジン(ACROS ORGANICS社製)
実施例を表2〜5に示し、比較例を表6〜7に示した。テスト結果の判定基準を表1に示す。
実施例1〜29の薬液は、表2に記載の組成及び配合割合で調製した。pHは表2に記載のように調整した。実施例1〜27の薬液を用いてテストした結果を表3に示す。
実施例30〜44の薬液は、表4に記載の組成及び配合割合で調製した。pHは表4に記載のように調整した。実施例30〜44の薬液を用いてテストした結果を表5に示す。
比較例1〜19の薬液は、表6に記載の組成及び配合割合で調製した。pHは表6に記載のように調整した。比較例1〜19の薬液を用いてテストした結果を表7に示す。
Claims (19)
- モノカルボン酸のアミン塩、及び/又は、銅と7員環以上のキレートを形成するジカルボン酸塩と、水とを含むドライプロセス後の残渣除去液であって、下記(A)又は(B)のみからなる残渣除去液:
(A)(1)25℃でのpKaが4.56以上である無機酸、モノカルボン酸、及びジカルボン酸よりなる群から選ばれる少なくとも一種のブレンステッド酸、(2)モノカルボン酸のアミン塩、及び/又は(3)銅と7員環以上のキレートを形成するジカルボン酸塩のアンモニウム塩、アミン塩及び四級アンモニウム塩からなる群より選ばれる少なくとも1種、並びに(4)水のみからなる水溶液であり、該水溶液のpHが、該モノカルボン酸の25℃でのpKa以下であるか、該ジカルボン酸塩の25℃でのpKa2以下であるか、或いは(2)及び(3)が共存する場合にモノカルボン酸の25℃でのpKaとジカルボン酸塩の25℃でのpKa2のうち大きい方の値以下である、
(B)(5)モノカルボン酸のアミン塩、及び/又は(6)銅と7員環以上のキレートを形成するジカルボン酸のアミン塩、並びに(7)水のみからなる水溶液であり、該水溶液のpHが、該モノカルボン酸の25℃でのpKa以上であるか、該ジカルボン酸の25℃でのpKa2以上であるか、或いは(5)及び(6)が共存する場合にモノカルボン酸の25℃でのpKaとジカルボン酸の25℃でのpKa2のうち大きい方の値以上である。 - 前記(B)のみからなる請求項1に記載の残渣除去液。
- 前記(5)のモノカルボン酸が酢酸又はプロピオン酸であり、前記(6)の銅と7員環以上のキレートを形成するジカルボン酸がコハク酸、グルタル酸又はアジピン酸である請求項2に記載の残渣除去液。
- 前記(5)及び(6)のアミン塩がそれぞれ、メチルアミン、エチルアミン、ブチルアミン、ピペリジン、モルホリン、エタノールアミン、ジエタノールアミン又はトリエタノールアミンの塩である請求項2又は3に記載の残渣除去液。
- pHが6〜9.5である請求項2〜4のいずれかに記載の残渣除去液。
- 前記(5)モノカルボン酸のアミン塩、及び/又は前記(6)銅と7員環以上のキレートを形成するジカルボン酸のアミン塩を0.05〜30重量%含む請求項2〜5のいずれかに記載の残渣除去液。
- 前記(A)のみからなる請求項1に記載の残渣除去液。
- 前記無機酸が炭酸又は亜硝酸であり、前記モノカルボン酸が酢酸又はプロピオン酸であり、前記ジカルボン酸がコハク酸、グルタル酸又はアジピン酸である請求項7に記載の残渣除去液。
- 前記(2)のモノカルボン酸が酢酸又はプロピオン酸であり、前記(3)の銅と7員環以上のキレートを形成するジカルボン酸がコハク酸、グルタル酸又はアジピン酸である請求項7又は8に記載の残渣除去液。
- 前記(2)及び(3)のアミン塩がそれぞれ、メチルアミン、エチルアミン、ブチルアミン、ピペリジン、モルホリン、エタノールアミン、ジエタノールアミン又はトリエタノールアミンの塩であり、(3)の四級アンモニウム塩がテトラメチルアンモニウムの塩である請求項7〜9のいずれかに記載の残渣除去液。
- pHが4〜6である請求項7〜10のいずれかに記載の残渣除去液。
- 前記(1)25℃でのpKaが4.56以上である無機酸、モノカルボン酸、及びジカルボン酸よりなる群から選ばれる少なくとも一種のブレンステッド酸を0.05〜30重量%、並びに(2)モノカルボン酸のアミン塩、及び/又は(3)銅と7員環以上のキレートを形成するジカルボン酸のアンモニウム塩、アミン塩及び四級アンモニウム塩からなる群より選ばれる少なくとも1種を0.05〜30重量%含む請求項7〜11のいずれかに記載の残渣除去液。
- モノカルボン酸のアミン塩、及び/又は、銅と7員環以上のキレートを形成するジカルボン酸塩と、フッ素化合物と、水とを含むドライプロセス後の残渣除去液であって、下記(A)又は(B)のみからなる残渣除去液:
(A)(1)25℃でのpKaが4.56以上である無機酸、モノカルボン酸、及びジカルボン酸よりなる群から選ばれる少なくとも一種のブレンステッド酸、(2)モノカルボン酸のアミン塩、及び/又は(3)銅と7員環以上のキレートを形成するジカルボン酸のアンモニウム塩、アミン塩及び四級アンモニウム塩からなる群より選ばれる少なくとも1種、(4)フッ素化合物、並びに(5)水のみからなる水溶液であり、該水溶液のpHが、該モノカルボン酸の25℃でのpKa以下であるか、該ジカルボン酸の25℃でのpKa 2 以下であるか、或いは(2)及び(3)が共存する場合にモノカルボン酸の25℃でのpKaとジカルボン酸の25℃でのpKa 2 のうち大きい方の値以下である、
(B)(6)モノカルボン酸のアミン塩、及び/又は(7)銅と7員環以上のキレートを形成するジカルボン酸のアミン塩、(8)フッ素化合物、並びに(9)水のみからなる水溶液であり、該水溶液のpHが、該モノカルボン酸の25℃でのpKa以上であるか、該ジカルボン酸の25℃でのpKa 2 以上であるか、或いは(6)及び(7)が共存する場合にモノカルボン酸の25℃でのpKaとジカルボン酸の25℃でのpKa 2 のうち大きい方の値以上である。 - モノカルボン酸のアミン塩、及び/又は、銅と7員環以上のキレートを形成するジカルボン酸塩と、中性有機化合物と、水とを含むドライプロセス後の残渣除去液であって、下記(A)又は(B)のみからなる残渣除去液:
(A)(1)25℃でのpKaが4.56以上である無機酸、モノカルボン酸、及びジカルボン酸よりなる群から選ばれる少なくとも一種のブレンステッド酸、(2)モノカルボン酸のアミン塩、及び/又は(3)銅と7員環以上のキレートを形成するジカルボン酸のアンモニウム塩、アミン塩及び四級アンモニウム塩からなる群より選ばれる少なくとも1種、(4)中性有機化合物、並びに(5)水のみからなる水溶液であり、該水溶液のpHが、該モノカルボン酸の25℃でのpKa以下であるか、該ジカルボン酸の25℃でのpKa 2 以下であるか、或いは(2)及び(3)が共存する場合にモノカルボン酸の25℃でのpKaとジカルボン酸の25℃でのpKa 2 のうち大きい方の値以下である、
(B)(6)モノカルボン酸のアミン塩、及び/又は(7)銅と7員環以上のキレートを形成するジカルボン酸のアミン塩、(8)中性有機化合物、並びに(9)水のみからなる水溶液であり、該水溶液のpHが、該モノカルボン酸の25℃でのpKa以上であるか、該ジカルボン酸の25℃でのpKa 2 以上であるか、或いは(6)及び(7)が共存する場合にモノカルボン酸の25℃でのpKaとジカルボン酸の25℃でのpKa 2 のうち大きい方の値以上である。 - モノカルボン酸のアミン塩、及び/又は、銅と7員環以上のキレートを形成するジカルボン酸塩と、Cu表面保護剤と、水とを含むドライプロセス後の残渣除去液であって、前記Cu表面保護剤は、
(10)式:=N−NH−で示される構造を有するヘテロ五員環芳香族化合物(3個のNが連続するものを除く)を基本骨格として含む化合物であり、その水溶液(10ppm、23℃)のpHが7以下であるもの、
(11)式:−N=C(SH)−X−(式中、XはNH、O又はSを示す。)で示される構造を有するヘテロ五員環化合物を基本骨格として含む化合物であり、その水溶液(10ppm、23℃)のpHが7以下であるもの、及び
(12)窒素原子(N)を少なくとも1個有するヘテロ六員環芳香族化合物を基本骨格として含む化合物であり、その水溶液(10ppm、23℃)のpHが7以上であるもの、
からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物からなるCu表面保護剤であり、かつ、
下記(A)又は(B)のみからなる残渣除去液:
(A)(1)25℃でのpKaが4.56以上である無機酸、モノカルボン酸、及びジカルボン酸よりなる群から選ばれる少なくとも一種のブレンステッド酸、(2)モノカルボン酸のアミン塩、及び/又は(3)銅と7員環以上のキレートを形成するジカルボン酸のアンモニウム塩、アミン塩及び四級アンモニウム塩からなる群より選ばれる少なくとも1種、(4)Cu表面保護剤、並びに(5)水のみからなる水溶液であり、該水溶液のpHが、該モノカルボン酸の25℃でのpKa以下であるか、該ジカルボン酸の25℃でのpKa 2 以下であるか、或いは(2)及び(3)が共存する場合にモノカルボン酸の25℃でのpKaとジカルボン酸の25℃でのpKa 2 のうち大きい方の値以下である、
(B)(6)モノカルボン酸のアミン塩、及び/又は(7)銅と7員環以上のキレートを形成するジカルボン酸のアミン塩、(8)Cu表面保護剤、並びに(9)水のみからなる水溶液であり、該水溶液のpHが、該モノカルボン酸の25℃でのpKa以上であるか、該ジカルボン酸の25℃でのpKa 2 以上であるか、或いは(6)及び(7)が共存する場合にモノカルボン酸の25℃でのpKaとジカルボン酸の25℃でのpKa 2 のうち大きい方の値以上である。 - モノカルボン酸のアミン塩、及び/又は、銅と7員環以上のキレートを形成するジカルボン酸塩と、界面活性剤と、水とを含むドライプロセス後の残渣除去液であって、下記(A)又は(B)のみからなる残渣除去液:
(A)(1)25℃でのpKaが4.56以上である無機酸、モノカルボン酸、及びジカルボン酸よりなる群から選ばれる少なくとも一種のブレンステッド酸、(2)モノカルボン酸のアミン塩、及び/又は(3)銅と7員環以上のキレートを形成するジカルボン酸のアンモニウム塩、アミン塩及び四級アンモニウム塩からなる群より選ばれる少なくとも1種、(4)界面活性剤、並びに(5)水のみからなる水溶液であり、該水溶液のpHが、該モノカルボン酸の25℃でのpKa以下であるか、該ジカルボン酸の25℃でのpKa 2 以下であるか、或いは(2)及び(3)が共存する場合にモノカルボン酸の25℃でのpKaとジカルボン酸の25℃でのpKa 2 のうち大きい方の値以下である、
(B)(6)モノカルボン酸のアミン塩、及び/又は(7)銅と7員環以上のキレートを形成するジカルボン酸のアミン塩、(8)界面活性剤、並びに(9)水のみからなる水溶液であり、該水溶液のpHが、該モノカルボン酸の25℃でのpKa以上であるか、該ジカルボン酸の25℃でのpKa 2 以上であるか、或いは(6)及び(7)が共存する場合にモノカルボン酸の25℃でのpKaとジカルボン酸の25℃でのpKa 2 のうち大きい方の値以上である。 - ドライエッチング及び/又はアッシング後の半導体基板に存在する残渣を除去する方法であって、ドライエッチング及び/又はアッシング後の半導体基板を、請求項1〜16のいずれかに記載の残渣除去液と接触させることを特徴とする残渣の除去方法。
- 前記半導体基板が、配線材料としてCuを有し層間絶縁材料として低誘電率膜(Low-k膜)を有する請求項17に記載の残渣除去方法。
- 半導体デバイスの製造方法であって、(a)配線材料としてCuを有し層間絶縁材料として低誘電率膜(Low-k膜)を有する半導体基板をドライエッチング及び/又はアッシングする工程、及び(b)上記(a)で処理された半導体基板を請求項1〜16のいずれかに記載の残渣除去液と接触させる工程を含む製造方法。
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