JP6970813B2 - 処理液 - Google Patents

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Description

本発明は、処理液に関する。特に、半導体デバイスの製造に好適に用いることができる処理液に関する。
CCD(Charge−Coupled Device)、メモリー等の半導体デバイスは、フォトリソグラフィー技術を用いて、基板上に微細な電子回路パターンを形成して製造される。具体的には、基板上に、配線材料となる金属膜、エッチング停止層、及び層間絶縁層を有する積層体上にレジスト膜を形成し、フォトリソグラフィー工程及びドライエッチング工程(例えば、プラズマエッチング処理)を実施することにより、半導体デバイスが製造される。
また、昨今、半導体デバイスのより一層の微細化を実現するために、上記のレジスト膜としてTiN、AlOx等の金属材料系レジスト膜(いわゆるメタルハードマスク)も用いられている。レジスト膜としてメタルハードマスクを用いる場合においては、通常、メタルハードマスクをマスクとして用いてドライエッチング工程(例えば、プラズマエッチング処理)を行い、メタルハードマスクのパターン形状に基づいたホールを形成して配線膜となる金属膜面を露出させる工程を行う。
ドライエッチング工程を経た基板にはドライエッチング残渣物(レジスト膜としてメタルハードマスクを用いた場合には、残渣成分として、例えばチタン系金属等の金属成分が多く含まれる。一方、フォトレジスト膜を用いた場合には、残渣成分として有機成分が多く含まれる)が堆積している。これらの残渣物は、次工程の妨げとならないよう、処理液を用いて除去されるのが一般的である。
例えば、特許文献1には、ヒドロキシルアミンと、化合物及び第4級アンモニウム水酸化物からなる群より選択される少なくとも1種の有機塩基性化合物と、水とを含有し、pHが8以上であるリソグラフィー用洗浄液が開示されている。
米国特許出願公開第2016/0122695号明細書
本発明者らは、特許文献1に記載された洗浄液(処理液)について検討したところ、経時保管後にその性能が顕著に低下し易いことを知見した。つまり、処理液の残渣物除去性能の経時安定性を改良する必要性があることを見出した。
また、一方で、処理液には、処理対象物が含有する配線金属(金属、窒化金属、及び、合金等のいずれでもよい。例えば、配線金属として使用されるW又はCo。また、これらの金属を含有する形態であってもよい)等の腐食を抑制すること(腐食防止性能)が求められている。
そこで、本発明は、半導体デバイス用の処理液であって、残渣物除去性能の経時安定性に優れ、且つ、処理対象物に対する腐食防止性能にも優れた処理液を提供することを課題とする。
本発明者らは、上記課題を達成すべく鋭意検討した結果、以下の構成により上記目的を達成することができることを見出した。
〔1〕
半導体デバイス用の処理液であって、
ヒドロキシルアミン及びヒドロキシルアミン塩からなる群から選択される1種以上のヒドロキシルアミン化合物と、
有機塩基性化合物と、
アルコール系溶剤と、
界面活性剤と、を含有し、
上記アルコール系溶剤の含有量が、上記処理液の全質量に対して40〜85質量%であり、
pHが8以上である、
処理液。
〔2〕
上記ヒドロキシルアミン化合物の含有量が、上記処理液の全質量に対して、1〜20質量%である、〔1〕に記載の処理液。
〔3〕
上記界面活性剤の含有量に対する、上記ヒドロキシルアミン化合物の含有量の質量比が、1〜1000である、〔1〕又は〔2〕に記載の処理液。
〔4〕
上記有機塩基性化合物が、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化テトラブチルアンモニウム、水酸化ベンジルトリメチルアンモニウム、テトラヒドロフルフリルアミン、N−(2−アミノエチル)ピペラジン、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]−7−ウンデセン、及び、1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタンからなる群より選ばれる1種以上を含有する、〔1〕〜〔3〕のいずれか記載の処理液。
〔5〕
上記有機塩基性化合物が、3級アミン化合物を含有し、
上記3級アミン化合物は、含窒素非芳香環に含有される3級アミノ基以外の3級アミノ基を含有し、
上記3級アミン化合物の含有量が、上記処理液の全質量に対して、1質量ppt〜5質量ppmである、〔1〕〜〔4〕のいずれか記載の処理液。
〔6〕
上記界面活性剤の含有量に対する、上記有機塩基性化合物の含有量の質量比が、1〜150である、〔1〕〜〔5〕のいずれか記載の処理液。
〔7〕
上記界面活性剤が、カチオン性界面活性剤である、〔1〕〜〔6〕のいずれか記載の処理液。
〔8〕
上記カチオン性界面活性剤が、4級窒素原子を含有する、〔1〕〜〔7〕のいずれか記載の処理液。
〔9〕
上記界面活性剤が、臭化セチルトリメチルアンモニウム、塩化セチルピリジニウム、塩化ベンゼトニウム、クロルヘキシジン二塩酸塩、塩化ジステアリルジメチルアンモニウム、塩化ベンザルコニウム、塩化デカリニウム、塩化ドデシルトリメチルアンモニウム、オクタデシルアミン塩酸塩、及び、塩化ドデシルピリジニウムからなる群より選ばれる1種以上を含有する、〔1〕〜〔7〕のいずれか記載の処理液。
〔10〕
上記界面活性剤の含有量が、上記処理液の全質量に対して、1質量ppm〜0.5質量%である、〔1〕〜〔9〕のいずれか記載の処理液。
〔11〕
上記アルコール系溶剤が、アルコキシ基を含有する、〔1〕〜〔10〕のいずれか記載の処理液。
〔12〕
上記アルコール系溶剤が、3−メトキシ−3−メチル1−ブタノール、フルフリルアルコール、グリセリン、2,4−ジヒドロキシ−2−メチルペンタン、エチレングリコール、1,2−プロパンジオール、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、及び、ジプロピレングリコールモノメチルエーテルからなる群より選ばれる1種以上を含有する、〔1〕〜〔10〕のいずれか記載の処理液。
〔13〕
更に、ハロゲン化アルキル化合物を含有し、
上記ハロゲン化アルキル化合物の含有量が、上記処理液の全質量に対して、1質量ppt〜5質量ppmである、〔1〕〜〔12〕のいずれか記載の処理液。
〔14〕
更に、還元剤を含有する、〔1〕〜〔13〕のいずれか記載の処理液。
〔15〕
上記還元剤が、カテコール及びその誘導体、並びに、メルカプタン化合物からなる群から選択される1種以上の還元剤である、〔14〕に記載の処理液。
〔16〕
更に、酢酸を含有し、
上記酢酸の含有量が、上記処理液の全質量に対して、1質量ppt〜0.1質量%である、〔1〕〜〔15〕のいずれか記載の処理液。
〔17〕
更に、酢酸以外のその他の有機酸を含有する、〔1〕〜〔16〕のいずれか記載の処理液。
〔18〕
更に、金属含有粒子を含有し、
上記金属含有粒子は、Na、Ca、Fe、及び、Crからなる群から選択される1種以上の金属成分を含有し、
上記金属含有粒子の粒子径は、0.02〜0.05μmであり、
上記金属含有粒子の含有量は、上記処理液の全質量に対して、10質量ppt〜10質量ppbである、〔1〕〜〔17〕のいずれか記載の処理液。
〔19〕
エッチング残渣物を除去するための洗浄液、パターン形成に用いられたレジスト膜を除去するための溶液、又は、化学機械研磨後の基板から残渣物を除去するための洗浄液として用いられる、〔1〕〜〔18〕のいずれか記載の処理液。
〔20〕
W及びCoからなる群から選択される1種以上を含有する金属層を有する基板に対する処理に用いられる、〔1〕〜〔19〕のいずれか記載の処理液。
本発明によれば、半導体デバイス用の処理液であって、残渣物除去性能の経時安定性に優れ、且つ、処理対象物に対する腐食防止性能にも優れた処理液を提供できる。
できる。
本発明の処理液を用いた基板の洗浄方法に適用できる積層物の一例を示す断面模式図である。
以下、本発明について詳細に説明する。
以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施態様に限定されるものではない。
なお、本明細書において、「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
また、本発明において「準備」というときには、特定の材料を合成ないし調合等して備えることのほか、購入等により所定の物を調達することを含む意味である。
また、本発明において、「ppm」は「parts−per−million(10−6)」を意味し、「ppb」は「parts−per−billion(10−9)」を意味し、「ppt」は「parts−per−trillion(10−12)」を意味し、「ppq」は「parts−per−quadrillion(10−15)」を意味する。
また、本発明において、1Å(オングストローム)は、0.1nmに相当する。
また、本発明における基(原子群)の表記において、置換及び無置換を記していない表記は、本発明の効果を損ねない範囲で、置換基を有さないものと共に置換基を有するものをも包含するものである。例えば、「炭化水素基」とは、置換基を有さない炭化水素基(無置換炭化水素基)のみならず、置換基を有する炭化水素基(置換炭化水素基)をも包含するものである。このことは、各化合物についても同義である。
本明細書において、処理液のpHは、室温(25℃)において、(株)堀場製作所製、F−51(商品名)で測定した値である。
また、本発明における「放射線」とは、例えば、水銀灯の輝線スペクトル、エキシマレーザーに代表される遠紫外線、極紫外線(EUV光)、X線、又は、電子線等を意味する。また、本発明において光とは、活性光線又は放射線を意味する。本発明中における「露光」とは、特に断らない限り、水銀灯、エキシマレーザーに代表される遠紫外線、X線又はEUV光等による露光のみならず、電子線又はイオンビーム等の粒子線による描画も露光に含める。
〔処理液〕
本発明の処理液は、
半導体デバイス用の処理液であって、
ヒドロキシルアミン及びヒドロキシルアミン塩からなる群から選択される1種以上のヒドロキシルアミン化合物と、
有機塩基性化合物と、
アルコール系溶剤と、
界面活性剤と、を含有し、
アルコール系溶剤の含有量が、処理液の全質量に対して40〜85質量%であり、
pHが8以上である。
本発明の処理液は、上記の構成とすることで、残渣物除去性能の経時安定性に優れ、且つ、処理対象物に対する腐食防止性能にも優れる。
これは、詳細には明らかではないが、本発明者らは以下のように考えている。
すなわち、処理液中のアルコール含有量が所定量であることが、処理液の残渣除去性能を一定以上に保ちつつ、ヒドロキシルアミンの分解による処理液の残渣物除去性能の経時劣化を抑制していると考えている。界面活性剤を含有することが、処理対象物(特に、W又はCoを含む金属層)に対する腐食防止性能を改善していると考えている。更に、pHが所定値以上であることによって、処理液の残渣物除去性能も改善されていると考えている。
また、本発明の処理液は処理対象物に欠陥が発生するのを抑制できる、欠陥抑制性も優れている。
以下、本発明の処理液に含まれる各成分について説明する。
<ヒドロキシルアミン化合物>
本発明の処理液は、ヒドロキシルアミン及びヒドロキシルアミン塩からなる群より選ばれる少なくとも1種以上のヒドロキシルアミン化合物を含有する。ヒドロキシルアミン化合物は、残渣物の分解及び可溶化を促進する機能を有する。
ここで、本発明の処理液のヒドロキシルアミン化合物に係る「ヒドロキシルアミン」は、置換若しくは無置換のアルキルヒドロキシルアミン等を含む広義のヒドロキシルアミン化合物を指すものであって、いずれであっても本発明の効果を得ることができる。
ヒドロキシルアミン化合物としては、特に限定はされないが、好ましい態様として、無置換ヒドロキシルアミン及びヒドロキシルアミン誘導体、並びに、その塩が挙げられる。
ヒドロキシルアミン誘導体としては、特に限定されないが、例えば、O−メチルヒドロキシルアミン、O−エチルヒドロキシルアミン、N−メチルヒドロキシルアミン、N,N−ジメチルヒドロキシルアミン、N,O−ジメチルヒドロキシルアミン、N−エチルヒドロキシルアミン、N,N−ジエチルヒドロキシルアミン、N,O−ジエチルヒドロキシルアミン、O,N,N−トリメチルヒドロキシルアミン、N,N−ジカルボキシエチルヒドロキシルアミン、及び、N,N−ジスルホエチルヒドロキシルアミン等が挙げられる。
無置換ヒドロキシルアミン又はヒドロキシルアミン誘導体の塩は、上述した無置換ヒドロキシルアミン又はヒドロキシルアミン誘導体の無機酸塩又は有機酸塩であることが好ましく、Cl、S、N、又は、P等の非金属原子が水素原子と結合してできた無機酸の塩であることがより好ましく、塩酸、硫酸、又は、硝酸のいずれかの酸の塩であることが更に好ましい。なかでも、硝酸ヒドロキシルアミン、硫酸ヒドロキシルアミン、塩酸ヒドロキシルアミン、リン酸ヒドロキシルアミン、硫酸N,N−ジエチルヒドロキシルアミン、硝酸N,N−ジエチルヒドロキシルアミン、又はこれらの混合物が好ましい。
また、上述した無置換ヒドロキシルアミン又はヒドロキシルアミン誘導体の有機酸塩も使用することができ、例えば、ヒドロキシルアンモニウムクエン酸塩、ヒドロキシルアンモニウムシュウ酸塩、及び、ヒドロキシルアンモニウムフルオライド等が挙げられる。
なかでも、ヒドロキシルアミン、又は、硫酸ヒドロキシルアミンが好ましく、処理液の欠陥抑制性と経時安定性とがより優れる点から、ヒドロキシルアミンが好ましい。
ヒドロキシルアミン化合物の含有量は、処理液の全質量に対して、例えば、0.1〜30質量%である。
中でも、処理液の残渣除去性、及び、欠陥抑制性がより優れる点から、ヒドロキシルアミン化合物の含有量は、処理液の全質量に対して、1質量%以上が好ましく、3質量%以上がより好ましく、6質量%以上が好ましい。
また、腐食防止性がより優れる点から、ヒドロキシルアミン化合物の含有量は、処理液の全質量に対して、20質量%以下が好ましく、15質量%以下がより好ましく、12質量%以下が更に好ましい。
ヒドロキシルアミン化合物は1種単独で使用してもよく、2種以上使用してもよい。2種以上使用する場合は、それらの合計含有量が上記範囲内であるのが好ましい。
また、残渣除去性及び欠陥抑制性がより優れる点から、後述する界面活性剤の含有量に対する、ヒドロキシルアミン化合物の含有量は、質量比(ヒドロキシルアミン化合物の含有量/界面活性剤の含有量)で、1以上が好ましく、10以上がより好ましく、80以上が更に特に好ましく、120以上が特に好ましい。
処理液の残渣除去性、欠陥抑制性、腐食防止性、及び、経時安定性がより優れる点から、上記質量比は、10000以下が好ましく、2500以下がより好ましく、1000以下が更に好ましい。
<有機塩基性化合物>
本発明の処理液は、上述の成分とは別に、更に、有機塩基性化合物を含む。
また、ここでいう有機塩基性化合物は、上述のヒドロキシルアミン化合物とは異なる化合物である。つまり、ヒドロキシアミン化合物は、有機塩基性化合物には含まれない。
有機塩基性化合物としては、ヒドロキシルアミン化合物とは異なるアミン化合物、及び、四級水酸化アンモニウム塩からなる群より選択される少なくとも1種が好ましい。
また、有機塩基性化合物としては、環状化合物(環状構造を有する化合物)が好ましい。環状化合物としては、例えば、後述する環状構造を有するアミン化合物が挙げられる。
アミン化合物としては、残渣物除去性能を確保しつつ、基板上の金属層(好ましくは、W及び/又はCoを含む金属層)の腐食をより効果的に抑えることができる点で、環状構造を有するアミン化合物が好ましい。
環状構造を有するアミン化合物において、アミノ基は、上記環状構造中及び上記環状構造外のいずれか一方のみに存在していても、両方に存在していてもよい。ただし、アミノ基が3級アミノ基である場合は、上記3級アミノ基が環状構造中に存在し、かつ、環状構造が、非芳香族の環状構造(含窒素非芳香環)であるのも好ましい。
アミン化合物としては、例えば、テトラヒドロフルフリルアミン、N−(2−アミノエチル)ピペラジン、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]−7−ウンデセン、1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン、ヒドロキシエチルピペラジン、ピペラジン、2−メチルピペラジン、トランス−2,5−ジメチルピペラジン、シス−2,6−ジメチルピペラジン、2−ピペリジンメタノール、シクロヘキシルアミン、1,5−ジアザビシクロ[4,3,0]−5−ノネン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、及び、テトラエチレンペンタミン等が挙げられる。
なかでも、残渣物除去性能を確保しつつ、基板上の金属層(好ましくは、Co又はCo合金を含む金属層)の腐食をより効果的に抑えられる観点から、アミン化合物として、テトラヒドロフルフリルアミン、N−(2−アミノエチル)ピペラジン、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]−7−ウンデセン、又は1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタンが好ましい。
アミン化合物の分子量は、50〜500が好ましく、75〜400がより好ましく、100〜300が更に好ましい。
(3級アミン化合物)
本発明の処理液は、アミン化合物として、3級アミン化合物を含有するのも好ましい。上記3級アミン化合物は、3級アミノ基を有する化合物である。ただし、上記3級アミン化合物が含有する3級アミノ基は、含窒素非芳香環に含有される3級アミノ基以外の3級アミノ基が好ましい。例えば、N−(2−アミノエチル)ピペラジンは、上記3級アミン化合物には包摂されない化合物である。
なお、上記3級アミン化合物は、含窒素非芳香環に含有される3級アミノ基と、更に、含窒素非芳香環に含有されない3級アミノ基を有していてもよい。
処理液が、3級アミン化合物を含有する場合、処理液は、更に、3級アミン化合物以外の有機塩基性化合物を含有しているのも好ましい。
3級アミン化合物としては、例えば、トリメチルアミン、ピリジン、N,N−ジメチル−2−[2−[4−(2,4,4−トリメチルペンタン−2−イル)フェノキシ]エトキシ]エタンアミン、ジメチルステアリルアミン、及び、4−アミノ−2メチルキノリンが挙げられる。
欠陥抑制性がより優れる点から、上記3級アミン化合物の含有量は、処理液の全質量に対して、1質量ppt〜5質量ppmが好ましく、5質量ppt〜100質量ppbがより好ましく、50質量ppt〜100質量ppbが更に好ましい。
(四級水酸化アンモニウム塩)
四級水酸化アンモニウム塩としては、例えば、下記式(a1)で表される化合物が挙げられる。
Figure 0006970813
上記式(a1)中、Ra1〜Ra4は、それぞれ独立に炭素数1〜16のアルキル基、炭素数6〜16のアリール基、炭素数7〜16のアラルキル基、又は炭素数1〜16のヒドロキシアルキル基を示す。Ra1〜Ra4の少なくとも2つは、互いに結合して環状構造を形成していてもよく、特に、Ra1とRa2との組み合わせ及びRa3とRa4との組み合わせの少なくとも一方は、互いに結合して環状構造を形成していてもよい。
上記式(a1)で表される化合物の中でも、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化ベンジルトリメチルアンモニウム、水酸化テトラブチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、水酸化テトラプロピルアンモニウム、水酸化メチルトリプロピルアンモニウム、水酸化メチルトリブチルアンモニウム、水酸化エチルトリメチルアンモニウム、水酸化ジメチルジエチルアンモニウム、水酸化ヘキサデシルトリメチルアンモニウム、水酸化(2−ヒドロキシエチル)トリメチルアンモニウム、及び、水酸化スピロ−(1,1’)−ビピロリジニウムからなる群より選ばれる少なくとも1種であることが、入手し易さの点から好ましい。なかでも、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化テトラブチルアンモニウム、又は、水酸化ベンジルトリメチルアンモニウムがより好ましい。
四級水酸化アンモニウム塩の分子量は、90〜400が好ましく、90〜300がより好ましく、90〜260が更に好ましい。
有機塩基性化合物は、1種単独で使用してもよく、2種以上使用してもよい。
有機塩基性化合物の含有量(2種以上使用する場合はその合計含有量。例えば、処理液が上述の3級アミン化合物と、3級アミン化合物以外の有機塩基性化合物とを含有する場合はその合計含有量)は、処理液の全質量に対して、例えば、1質量ppt〜20質量%であり、0.1〜20質量%が好ましく、0.5〜5質量%がより好ましく、0.5〜1.5質量%が更に好ましい。
また、残渣除去性、欠陥抑制性、腐食防止性、及び、経時安定性がより優れる点から、後述する界面活性剤の含有量に対する、上記有機塩基性化合物の含有量は、質量比(有機塩基性化合物の含有量/界面活性剤の含有量)で、1〜150が好ましく、5〜125がより好ましく、5以上118未満が更に好ましい。
<界面活性剤>
本発明の処理液は、上述の成分とは別に、更に、界面活性剤を含有する。
界面活性剤の種類は特に制限されず、公知の界面活性剤を使用することができ、例えば、イオン性界面活性剤(例えば、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、両性界面活性剤)、又は、非イオン性界面活性剤(例えば、ノニオン性界面活性剤、シリコーン系界面活性剤、フッ素系界面活性剤)が挙げられる。
アニオン性界面活性剤としては、例えば、アルキルベンゼンスルホン酸塩(ドデシルベンゼンスルホン酸等)、アルキルジフェニルエーテルスルホン酸塩(ドデシルジフェニルオキシドスルホン酸塩等)等の芳香族スルホン酸系界面活性剤、モノソープ系アニオン性界面活性剤、エーテルサルフェート系界面活性剤、フォスフェート系界面活性剤、及び、カルボン酸系界面活性剤等が挙げられる。
カチオン性界面活性剤としては、アミン塩(オクタデシルアミン塩等のアルキルアミン塩、クロルヘキシジン塩等。好ましくは塩酸塩。例えば、クロルヘキシジン二塩酸塩、オクタデシルアミン塩酸塩)、ピリジニウム塩(好ましくはハロゲン化物塩。例えば、塩化セチルピリジニウム、塩化ドデシルピリジニウム、塩化デカリニウム)、及び、第四級アンモニウム塩(好ましくはハロゲン化物塩。好ましくは分子量260以上、より好ましくは分子量260超。例えば、塩化ベンザルコニウム、臭化セチルトリメチルアンモニウム、塩化ベンゼトニウム、塩化ジステアリルジメチルアンモニウム、塩化ドデシルトリメチルアンモニウム)等が挙げられる。
両性界面活性剤としては、アルキルベタイン系界面活性剤(2-アルキル-n-カルボキシメチル-n-ヒドロキシエチルイミダゾリニウムベタイン等)、アミンオキサイド系界面活性剤、脂肪酸アミドプロピルベタイン(コカミドプロピルベタイン、ラウリン酸アミドプロピルベタイン)等が挙げられる。
非イオン性界面活性剤としては、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル等の糖エステル系界面活性剤、ラウリルグルコシド等のアルキルグリコシド系界面活性剤、ポリオキシエチレン樹脂酸エステル、ポリオキシエチレン脂肪酸ジエチル等の脂肪酸エステル系界面活性剤、ポリオキシエチレンアルキルエーテル(ポリオキシエチレンラウリルエーテル等)、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル(オクチルフェノールエトキシレート等)、ポリオキシエチレン・ポリプロピレングリコール等のエーテル系界面活性剤等が挙げられる。
中でも、界面活性剤としては、カチオン性界面活性剤が好ましい。また、上記カチオン性界面活性剤は、4級窒素原子を含有するのが好ましい。4級窒素原子は、例えば、第四級アンモニウム塩及びピリジニウム塩等に含有される。ただし、4級窒素原子を含有するカチオン性界面活性剤は、有機塩基性化合物の説明で挙げた四級水酸化アンモニウム塩(例えば、式(a1)で表される化合物)とは異なるのが好ましい。
処理液の、欠陥抑制性、残渣除去性、及び、経時安定性がより優れる点から、界面活性剤の含有量は、処理液の全質量に対して、下限は、1質量ppm以上が好ましく、85質量ppm以上がより好ましく、0.01質量%以上が更に好ましく、0.05質量%以上が特に好ましい。上限は、2質量%以下が好ましく、1質量%以下がより好ましく、0.5質量%以下が更に好ましい。
また、界面活性剤の含有量は、上述の、界面活性剤の含有量に対する、ヒドロキシルアミン化合物の含有量の質量比、及び/又は、界面活性剤の含有量に対する、有機塩基性化合物の含有量の質量比の好ましい範囲を満たすのも好ましい。
界面活性剤は1種単独で使用してもよく、2種以上使用してもよい。2種以上使用する場合は、それらの合計含有量が上記範囲内であるのが好ましい。
<アルコール系溶剤>
本発明の処理液は、上述の成分とは別に、更に、アルコール系溶剤を含有する。
アルコール系溶剤は、水溶性アルコール系溶剤が好ましい。
アルコール系溶剤は、例えば、アルカンジオール、アルキレングリコール、アルコキシアルコール、飽和脂肪族一価アルコール、不飽和非芳香族一価アルコール、及び、三価以上のアルコール等が挙げられる。
アルカンジオールとしては、例えば、グリコール、2−メチル−1,3−プロパンジオール、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール(1,3−ジヒドロキシプロパン)、2−メチル−2,4−ペンタンジオール、2,2−ジメチル−1,3−ヘキサンジオール、1,4−ブタンジオール(1,4−ジヒドロキシブタン)、1,3−ブタンジオール、1,2−ブタンジオール、2,3−ブタンジオール、2,5−ジヒドロキシ−2,5−ジメチルヘキサン、ピナコール、及び、アルキレングリコール等が挙げられる。
アルキレングリコールとしては、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコール及びテトラエチレングリコール等が挙げられる。
アルコキシアルコールとしては、例えば、3−メトキシ−3−メチル−1−ブタノール、3−メトキシ−1−ブタノール、3−メトキシ−3−メチルブタノール、1−メトキシ−2−ブタノール、及び、グリコールモノエーテル等が挙げられる。
グリコールモノエーテルとしては、例えば、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノn−プロピルエーテル、エチレングリコールモノイソプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、1−メトキシ−2−プロパノール、2−メトキシ−1−プロパノール、1−エトキシ−2−プロパノール、2−エトキシ−1−プロパノール、プロピレングリコールモノ−n−プロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノ−n−プロピルエーテル、トリプロピレングリコールモノエチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノベンジルエーテル、及び、ジエチレングリコールモノベンジルエーテル等が挙げられる。
飽和脂肪族一価アルコールとしては、例えば、メタノール、エタノール、n−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、1−ブタノール、2−ブタノール、イソブチルアルコール、tert−ブチルアルコール、2−ペンタノール、t−ペンチルアルコール、及び、1−ヘキサノール等が挙げられる。
不飽和非芳香族一価アルコールとしては、例えば、アリルアルコール、プロパルギルアルコール、2−ブテニルアルコール、3−ブテニルアルコール、及び、4−ペンテン−2−オール等が挙げられる。
環構造を含む低分子量のアルコールとしては、例えば、テトラヒドロフルフリルアルコール、フルフリルアルコール、及び、1,3−シクロペンタンジオール等が挙げられる。
三価以上のアルコールとしては、例えば、グリセリン等が挙げられる。
中でも、アルコール系溶剤としては、アルコキシ基を含有する、アルコキシアルコールであるのが好ましい。上記アルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、及び、ブトキシ基等の炭素数1〜6のアルコキシ基が好ましい。
アルコール系溶剤の分子量は、32〜250が好ましく、40〜200がより好ましく、50〜150が更に好ましい。
アルコール系溶剤の含有量は、処理液の全質量に対して、40〜85質量%であり、腐食防止性及び経時安定性がより優れる点から50質量%以上が好ましく、60質量%以上がより好ましい。欠陥抑制性及び残渣除去性がより優れる点から80質量%以下が好ましく、70質量%以下が更に好ましい。
アルコール系溶剤は1種単独で使用してもよく、2種以上使用してもよい。2種以上使用する場合は、それらの合計含有量が上記範囲内であるのが好ましい。
<ハロゲン化アルキル化合物>
本発明の処理液は、上述の成分とは別に、更に、ハロゲン化アルキル化合物を含有するのが好ましい。
ハロゲン化アルキル化合物を含有することで、処理液の欠陥抑制性がより優れる。
ハロゲン化アルキル化合物は、ハロゲン化アルキル基を有していれば制限はない。中でも、ハロゲン化アルキル化合物が有するハロゲン原子(好ましくは塩素原子)の数は1〜10が好ましく、1又は2がより好ましい。ハロゲン化アルキル化合物はハロゲン原子部分以外は、炭化水素基であるのが好ましい。
欠陥抑制性がより優れる点から、ハロゲン化アルキル化合物の含有量は、処理液の全質量に対して、1質量ppt〜5質量ppmが好ましく、50質量ppt〜100質量ppbがより好ましい。
<還元剤>
本発明の処理液は、上述の成分とは別に、更に、還元剤を含有するのが好ましい。
還元剤を含有することで、処理液の残渣除去性、及び、経時安定性がより優れる。
なお、上記還元剤に、ヒドロキシルアミン化合物は含まない。
還元剤は、OH基若しくはCHO基を有する化合物、又は硫黄原子を含有する化合物等の還元性物質であることが好ましい。上記還元剤は、酸化作用を有し、ヒドロキシルアミン化合物を分解する原因となるOHイオン又は溶存酸素等を酸化する機能を有する。
還元剤は、例えば、下記(B)で表される化合物が挙げられる。
Figure 0006970813
式(B)において、R1B〜R5Bは、それぞれ独立に、水素原子、ヒドロキシ基、又は、ヘテロ原子を有していてもよい炭化水素基を表す。なお、R1B〜R5Bがヘテロ原子を有していてもよい炭化水素基を有する場合、上記炭化水素基は置換基を有していてもよい。
式(B)において、R1B〜R5Bで表されるヘテロ原子を有していてもよい炭化水素基としては、炭化水素基及びヘテロ原子を有する炭化水素基が挙げられる。
上記R1B〜R5Bで表される炭化水素基としては、アルキル基(炭素数は、1〜12が好ましく、1〜6がより好ましい)、アルケニル基(炭素数は、2〜12が好ましく、2〜6がより好ましい)、アルキニル基(炭素数は、2〜12が好ましく、2〜6がより好ましい)、アリール基(炭素数は、6〜22が好ましく、6〜14がより好ましく、6〜10が更に好ましい)、及び、アラルキル基(炭素数は、7〜23が好ましく、7〜15がより好ましく、7〜11が更に好ましい)が挙げられる。
また、上記R1B〜R5Bで表されるヘテロ原子を有する炭化水素基としては、上述した炭化水素基中の−CH−が、例えば−O−、−S−、−CO−、−SO−及び−NR−からなる群より選択されるいずれか1種又はこれらの複数を組み合わせた2価の基で置換された基が挙げられる。上記Rは、水素原子又は炭素数1〜20の炭化水素基(炭素数1〜5のアルキル基が好ましい。)を表す。
また、置換基としては、例えば、ヒドロキシ基、カルボキシ基、又は、置換若しくは無置換のアミノ基(置換基としては、炭素数1〜6のアルキル基が好ましく、1〜3のアルキル基がより好ましい)が挙げられる。
式(B)で表される化合物は、ヒドロキシ基を2個以上有するのが好ましく、2又は3個以上を有するのがより好ましい。ヒドロキシ基の置換する位置は特に限定されないが、なかでもR1B及び/又はR2Bが好ましい。
上記式(B)で表される化合物としては、例えば、カテコール、レゾルシノール、イソオイゲノール、o−メトキシフェノール、4,4’−ジヒドロキシフェニル−2,2−プロパン、サリチル酸イソアミル、サリチル酸ベンジル、サリチル酸メチル、及び、2,6−ジ−t−ブチル−p−クレゾール等が挙げられる。
中でも、式(B)で表される化合物としては、カテコールが好ましい。
また、カテコール誘導体も還元剤として好ましい。
カテコール誘導体としては、例えば、ドーパミン、3−メチルカテコール、4−メチルカテコール、カテコール−4−酢酸、ノルアドレナリン、アドレナリン、3−(3、4−ジヒドロキシフェニル)−L−アラニン、5、6−ジヒドロキシインドール、カテキン、イソフラボン、没食子酸、エラグ酸、4−tert−ブチルピロカテコール、ピロガロール、5−sec−ブチルピロガロール、4−フェニルピロガロール、4−メチル−1、2、3−ベンゼントリオール、4、5、6−トリクロロピロガロール、4、5、6−トリメチルピロガロール、4、5−ジメチルピロガロール、及び、4、6−ジメチルピロガロール等が挙げられる。
還元剤としては、アスコルビン酸も好ましい。
また、上記アスコルビン酸類としては、例えば、アスコルビン酸、イソアスコルビン酸、アスコルビン酸硫酸エステル、アスコルビン酸リン酸エステル、アスコルビン酸2−グルコシド、アスコルビン酸パルミチン酸エステル、テトライソパルミチン酸アスコルビル、及びアスコルビン酸イソパルミネート、並びにこれらの塩等のアスコルビン酸類が挙げられ、アスコルビン酸が好ましい。
還元剤としては、硫黄原子を含有する化合物も好ましい。
また、硫黄原子を含有する化合物としては、例えば、メルカプトコハク酸、ジチオジグリセロール[S(CHCH(OH)CH(OH))]、ビス(2,3−ジヒドロキシプロピルチオ)エチレン[CHCH(SCHCH(OH)CH(OH))]、3−(2,3−ジヒドロキシプロピルチオ)−2−メチル−プロピルスルホン酸ナトリウム[CH(OH)CH(OH)CHSCHCH(CH)CHSONa]、1−チオグリセロール[HSCHCH(OH)CH(OH)]、3−メルカプト−1−プロパンスルホン酸ナトリウム[HSCHCHCHSONa]、2−メルカプトエタノール[HSCHCH(OH)]、チオグリコール酸[HSCHCOH]、及び3−メルカプト−1−プロパノール[HSCHCHCHOH]等が挙げられる。これらの中でも、SH基を有する化合物(メルカプタン化合物)が好ましく、1−チオグリセロール、3−メルカプト−1−プロパンスルホン酸ナトリウム、2−メルカプトエタノール、3−メルカプト−1−プロパノール、又はチオグリコール酸がより好ましく、1−チオグリセロール又はチオグリコール酸が更に好ましい。
中でも、還元剤は、カテコール及びその誘導体、並びに、メルカプタン化合物からなる群から選択される1種以上の還元剤であるのが好ましい。
還元剤の含有量は、処理液の全質量に対して、0.01〜5質量%が好ましく、0.05〜3質量%がより好ましく、0.1〜1質量%が更に好ましい。
<酢酸>
本発明の処理液は、更に、酢酸を含有するのが好ましい。
酢酸を含有することで、処理液の、欠陥抑制性がより優れる。
酢酸の含有量は、処理液の全質量に対して、1質量ppt〜0.1質量%が好ましく、500質量ppt〜0.09質量%がより好ましく、5質量ppb〜0.08質量%が更に好ましい。
<その他の有機酸>
本発明の処理液は、上述の成分とは別に、更に、その他の有機酸を含有するのが好ましい。
その他の有機酸を含有することで、処理液の残渣除去性、及び、経時安定性がより優れる。
その他の有機酸は、例えば、上述の酢酸及び還元剤等とは別の成分である。
その他の有機酸は1以上の酸基を有するのが好ましく、その他の有機酸が有する酸基としては、カルボン酸基、スルホン酸基、及びホスホン酸基から選ばれる少なくとも1種の官能基が好ましく、カルボン酸基がより好ましい。
その他の有機酸の具体例としては、例えば、ポリアミノポリカルボン酸、脂肪族ジカルボン酸類、及び、ヒドロキシ基を含有する脂肪族ポリカルボン酸類が挙げられる。
ポリアミノポリカルボン酸は、複数のアミノ基及び複数のカルボン酸基を有する化合物であり、例えば、モノ−又はポリアルキレンポリアミンポリカルボン酸、ポリアミノアルカンポリカルボン酸、ポリアミノアルカノールポリカルボン酸、及び、ヒドロキシアルキルエーテルポリアミンポリカルボン酸が挙げられる。
脂肪族ジカルボン酸類としては、例えば、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、及び、マレイン酸等が挙げられ、シュウ酸、マロン酸、又はコハク酸が好ましい。
ヒドロキシ基を含む脂肪族ポリカルボン酸類としては、例えば、リンゴ酸、酒石酸、及びクエン酸等が挙げられ、クエン酸が好ましい。
その他の有機酸の含有量は、処理液の全質量に対して、0.01〜5質量%が好ましく、0.05〜3質量%がより好ましく、0.1〜1質量%が更に好ましい。
<金属含有粒子>
本発明の処理液は、更に、Na、Ca,Fe、及び、Crからなる群から選択される1種以上の金属成分を含有する金属含有粒子を含有してもよい。
なお、上記、金属含有粒子は粒子径が0.02〜0.05μmである。
処理液中における、このような金属含有粒子の径、及び、含有量は、例えば、Agilent 8900 トリプル四重極SNP−ICP/MS(small nanoparticle−inductively coupled plasma mass spectrometry、半導体分析用、オプション#200)を用いて測定できる。
金属含有粒子は、Na、Ca,Fe、及び、Crからなる群から選択される1種以上の金属成分を含有し、粒子径が所定の範囲であれば、その構成に特に制限はなく、例えば、金属単体であっても、合金であっても、金属以外の成分と会合していてもよい。
処理液の欠陥抑制性がより優れる点から、金属含有粒子の含有量は、処理液の全質量に対して、10質量ppt〜10質量ppbが好ましい。
金属含有粒子の含有量が10質量ppb以下であることで、粒子が基板に残ってスクラッチの原因となることを抑制できる。
一方で、金属含有粒子の含有量が10質量ppt以上であることでイオン性金属の残差を低減できる。
金属含有粒子は、処理液の原料に不純物として含まれていることが多く、未精製の原料を混合した時点では、上記好適範囲を超過する量が処理液に持ち込まれることが多い。そこで、処理液を構成する原料の一部又は全部を、混合する前又は後において、フィルタリング等の精製処理をすることで、最終的に得られる処理液中の金属含有粒子の含有量を所定の範囲に調整できる。
また、金属含有粒子は、処理液を調製する際に別途添加してもよい。
<水>
本発明の処理液は、水を含有することが好ましい。
本発明の処理液中、水の含有量は特に限定されず、処理液の全質量に対して、例えば、15〜59.999質量%である。
<pH(pH調整剤)>
本発明の処理液のpHは8以上である。処理液のpHがアルカリ領域にあることで、残渣物除去性能に優れる。
中でも、Coに対する腐食防止性、欠陥抑制性、及び、残渣除去性がより優れる点から、処理液のpHは、9以上が好ましく、10以上がより好ましく、10超が更に好ましい。
また、Wに対する腐食防止性、及び、欠陥抑制性がより優れる点からは、処理液のpHは、14以下が好ましく、12以下がより好ましく、12未満が更に好ましい。
処理液を上記pHの範囲に調製するために、処理液はpH調整剤を含んでいてもよい。上述の有機塩基性化合物が、処理液のpHを上げるためのpH調整剤としての役割を兼ねていてもよい。
処理液のpHを上げるためのpH調整剤としては、例えば、DBU(1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]−7−ウンデセン)、TMAH(水酸化テトラメチルアンモニウム)、TBAH(水酸化テトラブチルアンモニウム)、及び、無機塩基(KOH等)が挙げられる。pH調整剤として無機塩基を使用する場合、無機塩基の量は、処理液の全質量に対して0.1質量%以下が好ましい。
上述したような酸(酢酸、その他の有機酸等)が、処理液のpHを下げるためのpH調整剤としての役割を兼ねていてもよい。
を使用してもよい。処理液のpHを下げるためのpH調整剤としては、例えば、無機酸(HCl、HSO、HPO等)、及び、クエン酸が挙げられる。
<その他の添加剤>
また、他の添加剤としては、例えば、アルコール以外の有機溶剤、防食材、消泡剤、防錆剤、及び、防腐剤等が挙げられる。
<メタル濃度>
本発明における処理液は、液中に不純物として含まれるメタル(Co、K、Cu、Mg、Mn、Li、Al、Ni、及び、Znの金属元素)のイオン濃度がいずれも5質量ppm以下(好ましくは1質量ppm以下)であることが好ましい。特に、最先端の半導体素子の製造においては、更に高純度の処理液が求められることが想定されることから、そのメタル濃度が質量ppmオーダーよりも更に低い値、すなわち、質量ppbオーダー以下であることがより好ましく、質量pptオーダーであることが更に好ましく、実質的に含まないことが特に好ましい。
メタル濃度の低減方法としては、例えば、処理液を製造する際に使用する原材料の段階、及び、処理液を調製した後の段階、の少なくとも一方の段階において、蒸留やイオン交換樹脂を用いたろ過を十分に行うことが挙げられる。
メタル濃度の低減方法のその他の方法としては、処理液の製造に使用する原材料を収容する「容器」について、処理液を収容する容器の説明を行った項で示したような、不純物の溶出が少ない容器を用いることが挙げられる。また、処理液の調製時の「配管」等からメタル分が溶出しないように、配管内壁にフッ素系樹脂のライニングを施す等の方法も挙げられる。
<用途>
本発明の処理液は、半導体デバイス用の処理液である。本発明においては、「半導体デバイス用」とは、半導体デバイスの製造の際に用いられるという意味である。本発明の処理液は、半導体デバイスを製造するためのいずれの工程にも用いることができ、例えば、基板上に存在する絶縁膜、レジスト若しくは反射防止膜の処理、ドライエッチング残渣物(フォトレジスト膜の残渣物及びメタルハードマスクの残渣物等)の処理、及び、アッシング残渣物の処理等にも用いることができる。
処理液のより具体的な用途としては、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物を用いてフォトレジスト膜を形成する工程の前に、組成物の塗布性を改良するために基板上に塗布されるプリウェット液、ドライエッチング残渣物等の残渣物の除去等に用いられる洗浄液、パターン形成に用いられた各種レジスト膜(好ましくはフォトレジスト膜)の除去に用いられる溶液(例えば、除去液及び剥離液等)、及び、永久膜(例えば、カラーフィルタ、透明絶縁膜、樹脂製のレンズ)等を基板から除去するために用いられる溶液(例えば、除去液及び剥離液等)等が挙げられる。また、パターン形成用の各種感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物層の現像液としても使用できる。
また、化学機械研磨後の基板から金属不純物又は微粒子等の残渣物の除去に用いられる洗浄液としても用いることができる。永久膜の除去後の基板は、再び半導体デバイスの使用に用いられることがあるため、永久膜の除去は、半導体デバイスの製造工程に含むものとする。
金属層を有する基板の上記金属層に対する処理用のエッチング液として用いてもよい。
上記の用途の中でも、ドライエッチング残渣物を除去するための洗浄液、パターン形成に用いられた各種レジスト膜を除去するための溶液、又は、化学機械研磨後の基板から金属不純物又は微粒子等の残渣物の除去に用いられる洗浄液として好適に用いることできる。
本発明の処理液は、上記用途のうち、1つの用途のみに用いられてもよいし、2以上の用途に用いられてもよい。
昨今、半導体デバイスの微細化及び高機能化が進むにつれて、配線材料及びプラグ材料等に使用される金属としては、より導電性の高いものが求められる。例えば、配線材料として使用される金属は、Al(アルミニウム)及びCu(銅)からCo(コバルト)への置き換えが進むことが予測される。また、プラグ材料として使用される金属についても、W(タングステン)に加えて、更にCoの需要が高まることが予想される。
そのため、処理液の特性として、W及びCoに対する腐食が少ないことが好ましい。
本発明の処理液は、W及びCoからなる群から選択される1種以上を含有する金属層を有する基板に対する処理に用いられるのが好ましい。また、本発明の処理液は、W及びCoからなる群から選択される1種以上を含有する金属層を有する基板を含む半導体デバイスを製造するための処理液として用いられることが好ましい。
なお上記、W及びCoからなる群から選択される1種以上を含有する金属層は、W及び/又はCoのみからなる金属層であってもよく、W及び/又はCoを含む合金である金属層であってもよく、W及び/又はCoを含むその他の形態の金属層であってもよい。
〔処理液の製造方法〕
<処理液の調液方法>
上記処理液は、公知の方法により製造することができる。
以下、上記処理液の製造方法について詳述する。
(原料精製工程)
上記処理液の製造においては、処理液を調製するための原料のいずれか1種以上を、事前に蒸留、イオン交換、又はろ過等によって精製することが望ましい。精製の程度としては、例えば、原料の純度99%以上となるまで精製することが好ましく、純度99.9%以上となるまで精製することがより好ましい。
精製方法としては、特に限定されないが、イオン交換樹脂若しくはRO膜(Reverse Osmosis Membrane)等に通す方法、蒸留、又は後述するフィルタリング等の方法が挙げられる。具体的には、例えば、逆浸透膜等に通液して1次精製を行った後、カチオン交換樹脂、アニオン交換樹脂、又は、混床型イオン交換樹脂からなる精製装置に通液して2次精製を実施する方法等が挙げられる。
なお、精製処理は、上述した公知の精製方法を複数組み合わせて、実施してもよい。
また、精製処理は、複数回実施してもよい。
(フィルタリング)
フィルタとしては、従来からろ過用途等に用いられているものであれば特に限定されない。例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)及びテトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)等のフッ素樹脂、ナイロン等のポリアミド系樹脂、並びに、ポリエチレン及びポリプロピレン(PP)等のポリオレフィン樹脂(高密度又は超高分子量を含む)等によるフィルタが挙げられる。これら材料の中でもポリエチレン、ポリプロピレン(高密度ポリプロピレンを含む)、PTFE及びPFA等のフッ素樹脂、並びに、ナイロン等のポリアミド系樹脂からなる群より選ばれる材料が好ましく、なかでも、PTFE及びPFA等のフッ素樹脂のフィルタがより好ましい。これらの材料により形成されたフィルタを使用することで、欠陥の原因となり易い極性の高い異物を効果的に除去できる。
フィルタの臨界表面張力としては、70mN/m以上が好ましく、95mN/m以下がより好ましく、75mN/m以上85mN/m以下が更に好ましい。なお、臨界表面張力の値は、製造メーカーの公称値である。臨界表面張力が上記範囲のフィルタを使用することで、欠陥の原因となり易い極性の高い異物を効果的に除去できる。
フィルタの孔径は、2〜20nm程度であることが好ましく、2〜15nmであることがより好ましい。この範囲とすることにより、ろ過詰まりを抑えつつ、原料中に含まれる不純物又は凝集物等、微細な異物を確実に除去することが可能となる。
フィルタを使用する際、異なるフィルタを組み合わせてもよい。その際、第1のフィルタでのフィルタリングは、1回のみでもよいし、2回以上行ってもよい。異なるフィルタを組み合わせて2回以上フィルタリングを行う場合は1回目のフィルタリングの孔径より2回目以降の孔径が同じ、又は、小さい方が好ましい。また、上述した範囲内で異なる孔径の第1のフィルタを組み合わせてもよい。ここでの孔径は、フィルタメーカーの公称値を参照できる。市販のフィルタとしては、例えば、日本ポール株式会社、アドバンテック東洋株式会社、日本インテグリス株式会社(旧日本マイクロリス株式会社)又は株式会社キッツマイクロフィルタ等が提供する各種フィルタの中から選択できる。また、ポリアミド製の「P−ナイロンフィルター(孔径0.02μm、臨界表面張力77mN/m)」;(日本ポール株式会社製)、高密度ポリエチレン製の「PE・クリーンフィルタ(孔径0.02μm)」;(日本ポール株式会社製)、及び高密度ポリエチレン製の「PE・クリーンフィルタ(孔径0.01μm)」;(日本ポール株式会社製)も使用することができる。
第2のフィルタは、上述した第1のフィルタと同様の材料等で形成されたフィルタを使用できる。第2のフィルタの孔径は、1〜10nm程度であることが好ましい。
また、本発明においては、フィルタリングの工程は室温(25℃)以下で行うことが好ましく、23℃以下がより好ましく、20℃以下が更に好ましい。また、0℃以上が好ましく、5℃以上がより好ましく、10℃以上が更に好ましい。
フィルタリングの工程では、粒子性の異物又は不純物が除去できるが、上記の温度であると、原料中に溶解している上記粒子性の異物及び/又は不純物の量が少なくなるため、フィルタリングにより効率的に除去されるようになる。
また、最終的に得られる処理液中の金属含有粒子の含有量を、上述したような範囲内に調製するために、一部又は全部の原料及びその混合物について、一定の、量、及び/又は、粒子径の金属含有粒が残留するように調整して精製処理を実施してもよい。
(調液工程)
本発明の処理液の調液は特に限定されず、例えば、上述した各成分を混合することにより製造することができる。上述した各成分を混合する順序及び/又はタイミングは特に制限されず、例えば、pHを調整した水に予めヒドロキシルアミン化合物を分散し、所定の成分を順次混合する方法が挙げられる。
<キット及び濃縮液>
本発明における処理液は、その原料を複数に分割したキットとしてもよい。
特に限定はされないが、処理液をキットとする具体的な方法としては、例えば、第1液としてヒドロキシルアミン化合物及び有機塩基性化合物をアルコール系溶剤に含有する液組成物を準備し、第2液としてその他の成分を含有する液組成物を準備する態様が挙げられる。
また、処理液は、濃縮液を用いて準備してもよい。処理液の濃縮液を準備する場合には、その濃縮倍率は、構成される組成により適宜決められるが、5〜2000倍であることが好ましい。つまり、処理液は、濃縮液を5〜2000倍に希釈して用いられる。また、残渣物除去性能の経時安定性をより向上させる観点から、ヒドロキシルアミン化合物の分解の原因となる水を極力低減してアルコール系溶剤を多く含む組成としておくことが好ましい。
<容器(収容容器)>
本発明の処理液は、(キット及び濃縮液であるか否かに関わらず)腐食性等が問題とならない限り、任意の容器に充填して保管、運搬、そして使用することができる。容器としては、半導体用途向けに、容器内のクリーン度が高く、不純物の溶出が少ないものが好ましい。使用可能な容器としては、アイセロ化学(株)製の「クリーンボトル」シリーズ、及び、コダマ樹脂工業製の「ピュアボトル」等が挙げられるが、これらに限定されない。この容器の内壁は、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、及び、ポリエチレン−ポリプロピレン樹脂からなる群より選択される1種以上の樹脂、若しくは、これとは異なる樹脂、又は、ステンレス、ハステロイ、インコネル、及び、モネル等、防錆及び金属溶出防止処理が施された金属から形成されることが好ましい。
上記の異なる樹脂としては、フッ素系樹脂(パーフルオロ樹脂)が好ましい。このように、内壁がフッ素系樹脂である容器を用いることで、内壁が、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、又は、ポリエチレン−ポリプロピレン樹脂である容器と比べて、エチレン又はプロピレンのオリゴマーの溶出という不具合の発生を抑制できる。
このような内壁がフッ素系樹脂である容器の具体例としては、例えば、Entegris社製 FluoroPurePFA複合ドラム等が挙げられる。また、特表平3−502677号公報の第4頁等、国際公開第2004/016526号パンフレットの第3頁等、及び、国際公開第99/46309号パンフレットの第9頁及び16頁等に記載の容器も用いることができる。
また、容器の内壁には、上述したフッ素系樹脂の他に、石英及び電解研磨された金属材料(すなわち、電解研磨済みの金属材料)も好ましく用いられる。
上記電解研磨された金属材料の製造に用いられる金属材料は、クロム及びニッケルからなる群から選択される少なくとも1種を含有し、クロム及びニッケルの含有量の合計が金属材料全質量に対して25質量%超である金属材料であることが好ましく、例えばステンレス鋼、及びニッケル−クロム合金等が挙げられる。
金属材料におけるクロム及びニッケルの含有量の合計は、金属材料全質量に対して30質量%以上がより好ましい。
なお、金属材料におけるクロム及びニッケルの含有量の合計の上限値としては特に制限されないが、一般的に90質量%以下が好ましい。
ステンレス鋼としては、特に制限されず、公知のステンレス鋼を用いることができる。なかでも、ニッケルを8質量%以上含有する合金が好ましく、ニッケルを8質量%以上含有するオーステナイト系ステンレス鋼がより好ましい。オーステナイト系ステンレス鋼としては、例えばSUS(Steel Use Stainless)304(Ni含有量8質量%、Cr含有量18質量%)、SUS304L(Ni含有量9質量%、Cr含有量18質量%)、SUS316(Ni含有量10質量%、Cr含有量16質量%)、及びSUS316L(Ni含有量12質量%、Cr含有量16質量%)等が挙げられる。
ニッケル−クロム合金としては、特に制限されず、公知のニッケル−クロム合金を用いることができる。なかでも、ニッケル含有量が40〜75質量%、クロム含有量が1〜30質量%のニッケル−クロム合金が好ましい。
ニッケル−クロム合金としては、例えば、ハステロイ(商品名、以下同じ。)、モネル(商品名、以下同じ)、及び、インコネル(商品名、以下同じ)等が挙げられる。より具体的には、ハステロイC−276(Ni含有量63質量%、Cr含有量16質量%)、ハステロイ−C(Ni含有量60質量%、Cr含有量17質量%)、及び、ハステロイC−22(Ni含有量61質量%、Cr含有量22質量%)等が挙げられる。
また、ニッケル−クロム合金は、必要に応じて、上記した合金の他に、更に、ホウ素、ケイ素、タングステン、モリブデン、銅、及びコバルト等を含有していてもよい。
金属材料を電解研磨する方法としては特に制限されず、公知の方法を用いることができる。例えば、特開2015−227501号公報の段落[0011]−[0014]、及び特開2008−264929号公報の段落[0036]−[0042]等に記載された方法を用いることができる。
金属材料は、電解研磨されることにより表面の不動態層におけるクロムの含有量が、母相のクロムの含有量よりも多くなっているものと推測される。そのため、電解研磨された金属材料で被覆された内壁からは、処理液中に金属元素が流出しにくいため、金属不純物量が低減された処理液を得ることができるものと推測される。
なお、金属材料はバフ研磨されていることが好ましい。バフ研磨の方法は特に制限されず、公知の方法を用いることができる。バフ研磨の仕上げに用いられる研磨砥粒のサイズは特に制限されないが、金属材料の表面の凹凸がより小さくなり易い点で、#400以下が好ましい。
なお、バフ研磨は、電解研磨の前に行われることが好ましい。
また、金属材料は、研磨砥粒のサイズ等の番手を変えて行われる複数段階のバフ研磨、酸洗浄、及び磁性流体研磨等を、1又は2以上組み合わせて処理されたものであってもよい。
本発明においては、上記容器と、この容器内に収容された上記処理液と、を有するものを、処理液収容体という場合がある。
これらの容器は、処理液を充填前にその内部が洗浄されることが好ましい。洗浄に使用される液体は、その液中における金属不純物量が低減されていることが好ましい。本発明の処理液は、製造後にガロン瓶又はコート瓶等の容器にボトリングし、輸送、保管されてもよい。
保管における処理液中の成分の変化を防ぐ目的で、容器内を純度99.99995体積%以上の不活性ガス(チッソ、又はアルゴン等)で置換しておいてもよい。特に、含水率が少ないガスが好ましい。また、輸送、及び保管に際しては、常温でもよいが、変質を防ぐため、−20℃から20℃の範囲に温度制御してもよい。
(クリーンルーム)
本発明の処理液の製造、収容容器の開封及び/又は洗浄、処理液の充填等を含めた取り扱い、処理分析、及び、測定は、全てクリーンルームで行うことが好ましい。クリーンルームは、14644−1クリーンルーム基準を満たすことが好ましい。ISO(国際標準化機構)クラス1、ISOクラス2、ISOクラス3、ISOクラス4のいずれかを満たすことが好ましく、ISOクラス1又はISOクラス2を満たすことがより好ましく、ISOクラス1を満たすことが更に好ましい。
〔基板の洗浄方法〕
本発明の処理液を用いた基板の洗浄方法の態様の一つとしては、上記処理液を用いて、W及びCoからなる群から選択される1種以上を含有する金属層を有する基板を洗浄する洗浄工程(以下「洗浄工程B」とも称する。)を有する態様が挙げられる。また、上記態様の洗浄方法は、洗浄工程Bの前に、上記処理液を調製する処理液調製工程(以下「処理液調製工程A」と称する。)を有していてもよい。
以下の基板の洗浄方法の説明においては、洗浄工程Bの前に処理液調製工程Aを実施する場合を一例として示すが、これに限定されず、本発明の基板の洗浄方法は、予め準備された上記処理液を用いて行われるものであってもよい。
<洗浄対象物>
本発明の基板の洗浄方法の洗浄対象物は、W及びCoからなる群から選択される1種以上を含有する金属層を有する基板が好ましい。本発明の基板の洗浄方法の洗浄対象物としては、例えば、基板上に、上記W及びCoからなる群から選択される1種以上を含有する金属層(以下、単に「金属層」と称する。)、層間絶縁層及びメタルハードマスクを少なくともこの順に備えた積層物が挙げられる。積層物は、更に、ドライエッチング工程等を経たことにより、金属層の表面を露出するようにメタルハードマスクの表面(開口部)から基板に向かって形成されたホールを有する。
上記のような、ホールを有する積層物の製造方法は特に制限されないが、通常、基板と、金属層と、層間絶縁層と、メタルハードマスクとをこの順で有する処理前積層物に対して、メタルハードマスクをマスクとして用いてドライエッチング工程を実施して、金属層の表面が露出するように層間絶縁層をエッチングすることにより、メタルハードマスク及び層間絶縁層内を貫通するホールを設ける方法が挙げられる。
なお、メタルハードマスクの製造方法は特に制限されず、例えば、まず、層間絶縁層上に所定の成分を含む金属層を形成して、その上に所定のパターンのレジスト膜を形成する。次に、レジスト膜をマスクとして用いて、金属層をエッチングすることで、メタルハードマスク(すなわち、金属層がパターニングされた膜)を製造する方法が挙げられる。
また、積層物は、上述の層以外の層を有していてもよく、例えば、エッチング停止層、反射防止層等が挙げられる。
図1に、本発明の基板の洗浄方法の洗浄対象物である積層物の一例を示す断面模式図を示す。
図1に示す積層物10は、基板1上に、金属層2、エッチング停止層3、層間絶縁層4、及びメタルハードマスク5をこの順に備え、ドライエッチング工程等を経たことで所定位置に金属層2が露出するホール6が形成されている。つまり、図1に示す洗浄対象物は、基板1と、金属層2と、エッチング停止層3と、層間絶縁層4と、メタルハードマスク5とをこの順で備え、メタルハードマスク5の開口部の位置において、その表面から金属層2の表面まで貫通するホール6を備える積層物である。ホール6の内壁11は、エッチング停止層3、層間絶縁層4及びメタルハードマスク5からなる断面壁11aと、露出された金属層2からなる底壁11bとで構成され、ドライエッチング残渣物12が付着している。
本発明の基板の洗浄方法は、これらのドライエッチング残渣物12の除去を目的とした洗浄に好適に用いることができる。すなわち、ドライエッチング残渣物12の除去性能に優れつつ、洗浄対象物の内壁11(例えば、金属層2等)に対する腐食防止性にも優れる。
また、本発明の基板の洗浄方法は、ドライエッチング工程の後にドライアッシング工程が行われた積層物に対して実施してもよい。
以下、上述した積層物の各層構成材料について説明する。
(メタルハードマスク)
メタルハードマスクは、Cu、Co、W、AlOx、AlN、AlOxNy、WOx、Ti、TiN、ZrOx、HfOx及びTaOxからなる群より選択される成分を少なくとも1種含有することが好ましい。ここで、x、yは、それぞれ、x=1〜3、y=1〜2で表される数である。
上記メタルハードマスクの材料としては、例えば、TiN、WO及びZrOが挙げられる。
(層間絶縁層)
層間絶縁層の材料は、特に限定されず、例えば、好ましくは誘電率kが3.0以下、より好ましくは2.6以下のものが挙げられる。
具体的な層間絶縁層の材料としては、SiO、SiOC系材料及びポリイミド等の有機系ポリマー等が挙げられる。
(エッチング停止層)
エッチング停止層の材料は、特に限定されない。具体的なエッチング停止層の材料としてはSiN、SiON、SiOCN系材料及びAlOx等の金属酸化物が挙げられる。
(金属層)
金属層を形成する配線材料は、少なくともW(タングステン)又はCo(コバルト)を含有する。また、これらの金属は、他の金属との合金であってもよい。
本発明の配線材料は、W及びCo以外の金属、窒化金属又は合金を更に含有していてもよい。具体的には、銅、チタン、チタン−タングステン、窒化チタン、タンタル、タンタル化合物、クロム、クロム酸化物、及び、アルミニウム等が挙げられる。
(基板)
ここでいう「基板」には、例えば、単層からなる半導体基板、及び、多層からなる半導体基板が含まれる。
単層からなる半導体基板を構成する材料は特に限定されず、一般的に、シリコン、シリコンゲルマニウム、GaAsのような第III−V族化合物、又はそれらの任意の組み合わせから構成されることが好ましい。
多層からなる半導体基板である場合には、その構成は特に限定されず、例えば、上述のシリコン等の半導体基板上に金属線及び誘電材料のような相互接続構造(interconnect features)等の露出した集積回路構造を有していてもよい。相互接続構造に用いられる金属及び合金としては、アルミニウム、銅と合金化されたアルミニウム、銅、チタン、タンタル、コバルト、シリコン、窒化チタン、窒化タンタル、及びタングステンが挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、半導体基板上に、層間誘電体層、酸化シリコン、窒化シリコン、炭化シリコン、及び、炭素ドープ酸化シリコン等の層を有していてもよい。
<処理工程>
以下、処理液調製工程A及び洗浄工程Bについて、それぞれ詳述する。
(処理液調製工程A)
処理液調製工程Aは、上記処理液を調製する工程である。本工程で使用される各成分は、上述した通りである。
本工程の手順は特に制限されず、例えば、ヒドロキシルアミン化合物と、有機塩基性化合物と、アルコール系溶剤と、その他の任意成分とを添加して、撹拌混合することにより処理液を調製する方法が挙げられる。なお、各成分を添加する場合は、一括して添加してもよいし、複数回に渡って分割して添加してもよい。
また、処理液に含まれる各成分は、半導体グレードに分類されるもの、又は、それに準ずる高純度グレードに分類されるものを使用し、フィルタリングによる異物除去及び/又はイオン交換樹脂等によるイオン成分低減を行ったものを用いることが好ましい。また、原料成分を混合した後に、更にフィルタリングによる異物除去及び/又はイオン交換樹脂等によるイオン成分低減を行うことが好ましい。
また、処理液の濃縮液を準備している場合には、洗浄工程Bを実施する前に、濃縮液を希釈して希釈液を得た後、この希釈液を用いて洗浄工程Bを実施する。このとき、上記希釈は、水を含む希釈液を用いて行われることが好ましい。
(洗浄工程B)
洗浄工程Bで洗浄される洗浄対象物としては、上述した積層物が挙げられ、上述した通り、ドライエッチング工程が施されてホールが形成された積層物10が例示される(図1参照)。なお、この積層物10には、ホール6内にドライエッチング残渣物12が付着している。
なお、ドライエッチング工程の後に、ドライアッシング工程が行われた積層物を、洗浄対象物としてもよい。
洗浄対象物に処理液を接触させる方法は特に限定されないが、例えば、タンクに入れた処理液中に洗浄対象物を浸漬する方法、洗浄対象物上に処理液を噴霧する方法、洗浄対象物上に処理液を流す方法、又はそれらの任意の組み合わせが挙げられる。残渣物除去性能の観点から、洗浄対象物を処理液中に浸漬する方法が好ましい。
処理液の温度は、90℃以下とすることが好ましく、25〜80℃であることがより好ましく、30〜75℃であることが更に好ましく、40〜70℃であることが特に好ましい。
洗浄時間は、用いる洗浄方法及び処理液の温度に応じて調整できる。
浸漬バッチ方式(処理槽内で複数枚の洗浄対象物を浸漬し処理するバッチ方式)で洗浄する場合には、洗浄時間は、例えば、60分以内であり、1〜60分であることが好ましく、3〜20分であることがより好ましく、4〜15分であることが更に好ましい。
枚葉方式で洗浄する場合には、洗浄時間は、例えば、10秒〜5分であり、15秒〜4分であることが好ましく、15秒〜3分であることがより好ましく、20秒〜2分であることが更に好ましい。
更に、処理液の洗浄能力をより増進するために、機械的撹拌方法を用いてもよい。
機械的撹拌方法としては、例えば、洗浄対象物上で処理液を循環させる方法、洗浄対象物上で処理液を流過又は噴霧させる方法、超音波又はメガソニックにて処理液を撹拌する方法等が挙げられる。
(リンス工程B2)
本発明の処理液を用いた基板の洗浄方法は、洗浄工程Bの後に、洗浄対象物を溶剤ですすいで清浄する工程(以下「リンス工程B2」と称する。)を更に有していてもよい。
リンス工程B2は、洗浄工程Bに連続して行われ、リンス溶剤(リンス液)で5秒〜5分間にわたってすすぐ工程であることが好ましい。リンス工程B2は、上述の機械的撹拌方法を用いて行ってもよい。
リンス溶剤としては、例えば、脱イオン(DI:De Ionize)水、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、N−メチルピロリジノン、γ−ブチロラクトン、ジメチルスルホキシド、乳酸エチル及びプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートが挙げられるが、これらに限定されるものではない。あるいは、pH>8の水性リンス液(希釈した水性の水酸化アンモニウム等)を利用してもよい。
リンス溶剤としては、水酸化アンモニウム水溶液、DI水、メタノール、エタノール、又はイソプロピルアルコールが好ましく、水酸化アンモニウム水溶液、DI水、又はイソプロピルアルコールがより好ましく、水酸化アンモニウム水溶液又はDI水が更に好ましい。
リンス溶剤を洗浄対象物に接触させる方法としては、上述した処理液を洗浄対象物に接触させる方法を同様に適用することができる。
リンス工程B2におけるリンス溶剤の温度は、16〜27℃であることが好ましい。
(乾燥工程B3)
本発明の処理液を用いた基板の洗浄方法は、リンス工程B2の後に洗浄対象物を乾燥させる乾燥工程B3を有していてもよい。
乾燥方法としては、特に限定されない。乾燥方法としては、例えば、スピン乾燥法、洗浄対象物上に乾性ガスを流過させる方法、ホットプレート若しくは赤外線ランプのような加熱手段によって基板を加熱する方法、マランゴニ乾燥法、ロタゴニ乾燥法、IPA(イソプロピルアルコール)乾燥法、又はそれらの任意の組み合わせが挙げられる。
乾燥時間は、用いる特定の方法に依存するが、一般的には、30秒間〜数分間であることが好ましい。
本発明の処理液を用いた基板の洗浄方法の洗浄対象物は、上述したような、基板上にW及びCoからなる群から選択される1種以上を含有する金属層、層間絶縁層及びメタルハードマスクを少なくともこの順に備えた積層物に限定されない。つまり、例えば、基板上にW及びCoからなる群から選択される1種以上を含有する金属層、層間絶縁層及びフォトレジスト膜を少なくともこの順に備えた積層物のフォトレジストエッチング残渣の除去にも用いることができる。
以下に実施例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、及び処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す実施例により限定的に解釈されるべきものではない。なお、特に断らない限り「%」は「質量%」を意図する。
〔処理液の調製〕
表1に示す処理液を各々調製した。なお、各処理液において、使用する各種成分の含有量(いずれも質量基準)は表中に記載の通りである。
ここで、表1に示す各種成分はいずれも、半導体グレードに分類されるもの、又は、それに準ずる高純度グレードに分類されるものを使用した。
処理液に使用した各種成分を以下に示す。
<ヒドロキシルアミン化合物>
HA:ヒドロキシルアミン
HAS:硫酸ヒドロキシルアミン
<有機塩基性化合物>
Amine1:Tetrahydrofurfurylamine
Amine2:N−(2−aminoethyl)piperazine
Amine3:1,8−Diazabicyclo[5.4.0]undecene−7
Amine4:1,4−Diazabicyclo[2.2.2]octane
Amine5:Diethylenetriamine
Amine6:Triethylenetetramine
Amine7:Tetraethylenepentamine
TMAH:Tetramethylammonium hydroxide
TBAH:Tetrabuthyllammonium hydroxide
BeTMAH:Benzyltrimethylammonium hydroxide
<アルコール系溶剤>
Sol.01:3−methoxy−3−methyl−1−butanol
Sol.02:1,3−Dihydroxypropane
Sol.03:1,4−Dihydroxybutane
Sol.04:2,5−Dihydroxy−2,5−dimethylhexane
Sol.05:Furfuryl alcohol
Sol.06:Glycerine
Sol.07:2,4−Dihydroxy−2−methylpentane
Sol.08:3−Methoxy−1−butanol
Sol.09:3−Methoxy−3−methylbutanol
Sol.10:Ethylene glycol
Sol.11:1,2−Propanediol
Sol.12:Ethylene glycol mono ethyl ether
Sol.13:Ethylene glycol mono buthyl ether
Sol.14:Diethylene glycol mono methyl ether
Sol.15:Diethylene glycol mono ethyl ether
Sol.16:Dipropylene glycol mono methyl ether
Sol.17:1,2−Butanediol
なお、上記成分のうち、Sol.01、08、09、12〜16が、アルコキシ基を有するアルコール系溶剤である。
<界面活性剤>
Surf.01:Dodecylbenzenesulfonic acid
Surf.02:Benzenedisulfonic acid, dodecylphenoxy−
Surf.03:Polyoxyethylene lauryl ether(花王製、分子量250超)
Surf.04:Polyoxyethylene polyoxypropylene glycol(竹本油脂製、分子量250超)
Surf.05:Cetyltrimethylammonium bromide
Surf.06:Cetylpyridinium chloride
Surf.07:Benzethonium chloride
Surf.08:Chlorhexidine dihydrochloride
Surf.09:Distearyl dimethyl ammonium chloride
Surf.10:Benzalkonium chloride(花王製)
Surf.11:Dequalinium chloride
Surf.12:Dodecyltrimethylammonium chloride
Surf.13:Octadecylamine hydrochloride
Surf.14:1−Dodecylpyridinium chloride
Surf.15:Lauryl glucoside
Surf.16:Octylphenol ethoxylate
Surf.17:2−Alkyl−n−carboxymethyl−n−hydroxyethyl imidazolium betaine(竹本油脂性)
Surf.18:Lauramidopropyl betaine
Surf.19:Cocamidopropyl betaine(花王製)
なお、上記成分のうち、Surf.1、2がアニオン性界面活性剤である。
Surf.5〜14が、カチオン性界面活性剤である。そのうち、アミン塩は、Surf.8、13である。ピリジニウム塩は、Surf.6、11、14である。第四級アンモニウム塩は、5、7、9、10、12である。
Surf.3、4、15、16は、ノニオン性界面活性剤である。
Surf.17〜19は、両性界面活性剤である。
<3級アミン化合物、ハロゲン化アルキル化合物>
Chem.01:Trimethylamine
Chem.02:1−Chlorohexadecane
Chem.03:Pyridine
Chem.04:N,N−Dimethyl−2−[2−[4−(2,4,4−trimethylpentan−2−yl)phenoxy]ethoxy]ethanamine
Chem.05:Benzyl chloride
Chem.06:Dimethyl stearyl amine
Chem.07:1−Chlorooctadecane
Chem.08:4−amino−2−methylquinoline
Chem.09:1,10−Dichlorodecane
Chem.10:1−Chlorooctadecane
Chem.11:1−Chlorododecane
なお、上記成分の内、Chem.01、03、04、06、08が3級アミン化合物である。
Chem.02、05、07、09、10、11が、ハロゲン化アルキル化合物である。
<酸>
O.A.1:Citric acid
<還元剤>
Red.1:Thioglycollic acid
Red.2:Gallic acid
Red.3:Cathecol
Red.4:α−Thioglycerol
上記成分の内、Red.1、4はメルカプタン化合物である、Red.2、3はカテコール又はカテコール誘導体である。
<水>
水:超純水
<pH調整剤>
pH調整剤として、実施例20及び55の処理液以外では、無機酸(HPO)、又は無機塩基(KOH)を、最終的な処理液のpHが所定の値になるように添加した。
なおpH調整剤として無機塩基を使用した場合、添加した無機塩基の量は、処理液の全質量に対して0.1質量%以下であった。
実施例20及び55では、pH調整剤として有機塩基性化合物であるDBU(1,8−Diazabicyclo[5.4.0]undecene−7(Amine3))を使用した。言い換えると、実施例20及び55では、有機塩基性化合物の添加量を調整することで、pHを調製した。
<酢酸>
酢酸
<処理液の調製(金属含有粒子)>
表1に示す配合及びpHになるように、各成分を混合して混合液を得た。次に、得られた混合液をフィルターでろ過して処理液とした。ろ過において、使用するフィルターの種類、及び/又は、ろ過の回数を調整することで、処理液中の金属含有粒子の含有量を調整した。
なお、処理液中の金属含有粒子の含有量は、Agilent 8900 トリプル四重極SNP−ICP/MS(半導体分析用、オプション#200)を用いて測定した。
なお、金属含有粒子の定義は上述の通りである。
〔評価〕
上記で調製した各処理液について、下記に示す各種の評価を行った。
<エッチング試験>
実施例及び比較例の各処理液を調製後、W膜又はCo膜をエッチング処理した。
具体的には、基板(シリコンウエハ(直径:12インチ))の一方の表面上に、CVD(Chemical Vapor Deposition)法によりCoからなる層、又は、Wからなる層を形成した基板(金属層を形成した基板)をそれぞれ準備した。
更に、これらの金属層を形成した基板を、実施例及び比較例の処理液(65℃)中に5分間浸漬して、処理液への浸漬前後における、Coからなる層、又は、Wからなる層の厚みの差から、処理液の各金属層に対するエッチングレート(Å/分)を計算した。本試験で計測されるCo又はWに対するエッチングレートが低いほど、Co又はWに対する腐食防止性がそれぞれ良好である。
<欠陥抑制性>
Coからなる層を形成した基板を、実施例及び比較例の処理液(65℃)、水の順番でそれぞれ、1.0L/min,1.5L/minの流速で1分間吹き付け、最後に、基板に、窒素ガスを50L/minの流速で吹き付けた。
その後、表面欠陥検査装置(KLA−Tencor社製:Surfscan SP−2)を用いて、サイズ(長径)が60nm以上を測定対象として欠陥数(個/cm)をカウントした。得られた結果を、下記基準に照らして各処理液の欠陥抑制性を評価した。
A:欠陥数が、0.5個/cm未満
B:欠陥数が、0.5個/cm以上、1.0個/cm未満
C:欠陥数が、1.0個/cm以上、2.0個/cm未満
D:欠陥数が、2.0個/cm以上、3.0個/cm未満
E:欠陥数が、3.0個/cm以上
<残渣除去性>
実施例及び比較例の各処理液を用いて、残渣物除去性能の評価を行った。なお、以下の評価では、MHM(メタルハードマスク)をプラズマエッチングした際に生成される残渣物の一種であるTiOからなるモデル膜を準備し、そのエッチングレートを評価することにより残渣物除去性能を評価した。つまり、エッチングレートが高い場合は、残渣物除去性能に優れ、エッチングレートが低い場合は、残渣物除去性能に劣る、といえる。
なお、TiOからなるモデル膜(TiO膜)は、Si基板上に1000Åの膜厚で設けられている。
実施例及び比較例の各処理液を調製後、TiO膜のエッチング処理をした。具体的には、実施例及び比較例の処理液(65℃)中にTiO膜を5分間浸漬して、処理液の浸漬前後における膜厚差に基づいて、エッチングレート(Å/分)を算出した。
なお、処理前後のTiO膜の膜厚は、エリプソメトリー(分光エリプソメーター、名商品名「Vase」、ジェー・エー・ウーラム・ジャパン社製)を用いて、測定範囲250−1000nm、測定角度70度及び75度の条件で測定した。
算出されたTiO膜のエッチングレート(ER)を、以下の評価基準にしたがって、残渣除去性を評価した。
A:1.5Å/分<ER
B:1.0Å/分<ER≦1.5Å/分
C:0.5Å/分<ER≦1.0Å/分
D:0.3Å/分<ER≦0.5Å/分
E:ER≦0.3Å/分
上記残渣物除去性能の評価は、調製直後の処理液(表中「0h」)だけでなく、65℃、密封の条件で6時間保管した後の処理液(表中「6h」)、及び、同条件で12時間保管した後の処理液(表中「12h」)を用いてそれぞれ実施し、処理液の残渣物除去性を評価した。
ここで、調製直後の処理液を用いた場合のTiO膜のエッチングレートをER0hとし、6時間保管した後の処理液、及び、12時間保管した後の処理液を用いた場合のエッチングレートをそれぞれ、ER6h、ER12hとした。各保管時間でのエッチングレートの維持率を、それぞれ「ER6h/ER0h」及び「ER12h/ER0h」として算出し、以下の評価基準にしたがって、経時安定性を評価した。
A:0.90<維持率
B:0.80<維持率≦0.90
C:0.70<維持率≦0.80
D:0.60<維持率≦0.70
E:維持率≦0.60
〔結果〕
各処理液の配合及び試験の結果を下記表に示す。
表中、「有機塩基性化合物」は単に「塩基性化合物」と記載する。
「配合」の欄における、各成分の含有量として示した%、ppm、ppb、pptは、それぞれ、質量%、質量ppm、質量ppb、質量pptを意味する。
水の含有量として示した「残部」の記載は、最終的に得られる処理液が、各成分の欄に示した量の成分を含有し、かつ、所定のpHになる量のpH調整剤を含有するように調整したうえで、残りの成分が水であることを意味する。
「pH調整剤」の欄における「無機酸/無機塩基」の記載は、pH調整剤として無機酸(HPO)又は無機塩基(KOH)を、処理液が「pH」欄に記載のpHになる量添加したことを示す。実施例20及び55における「DBU 0.1%」の記載はpH調整剤として1,8−Diazabicyclo[5.4.0]undecene−7を、処理液の全質量に対して0.1質量%添加したことを示す。
「HA/界面活性剤」の欄は、処理液中の、界面活性剤の含有量に対する、ヒドロキシルアミン化合物の含有量の質量比(ヒドロキシルアミン化合物の含有量/界面活性剤の含有量)を意味する。
「塩基性化合物/界面活性剤」の欄は、処理液中の、界面活性剤の含有量に対する、有機塩基性化合物の含有量の質量比(有機塩基性化合物の含有量/界面活性剤の含有量)を意味する。
「Co ER」の欄、及び、「W ER」の欄は、それぞれ、各処理液のWとCoに対するエッチングレートを意味する。
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<結果の検討>
表に示す結果より、本発明の処理液を用いることで、本発明の課題が解決できることが確認された。
アルコール系溶剤の含有量が、処理液の全質量に対して、50質量%以上である場合、残渣除去性、欠陥抑制性、腐食防止性、及び、経時安定性がより優れ、80質量%以下である場合、欠陥抑制性及び残渣除去性がより優れる傾向が確認された(実施例1〜4の結果等)。
ヒドロキシルアミン化合物の含有量が、処理液の全質量に対して、1質量%以上(より好ましくは6質量%以上)である場合、処理液の欠陥抑制性及び残渣除去性がより優れる傾向が確認された。
ヒドロキシルアミン化合物の含有量が、処理液の全質量に対して、20質量%以下(より好ましくは15質量%以下、更に好ましくは12質量%以下)である場合、処理液の残渣除去性及び腐食防止性がより優れる傾向が確認された。
(実施例2、5〜13の結果等)
pHが9以上(より好ましくは10以上、更に好ましくは10超)である場合、処理液の、Coに対する腐食防止性、欠陥抑制性、及び、残渣除去性がより優れる傾向が確認された。
pHが12以下(より好ましくは12未満)である場合、処理液の、Wに対する腐食防止性、及び、欠陥抑制性がより優れる傾向が確認された。
(実施例2、14〜18の結果等)
処理液中の、界面活性剤の含有量に対する、ヒドロキシルアミン化合物の含有量の質量比が1以上(より好ましくは10以上、更に好ましくは80以上)である場合、処理液の残渣除去性、欠陥抑制性、腐食防止性、及び、経時安定性がより優れ、1000以下(より好ましくは150以下、更に好ましくは250以下)である場合、処理液の残渣除去性、欠陥抑制性、及び、経時安定性がより優れる傾向が確認された。
(実施例2、5〜13、191〜196の結果等)
処理液中の、界面活性剤の含有量に対する、有機塩基性化合物の含有量の質量比が1以上(より好ましくは1超118未満)である場合、処理液の、腐食防止性、欠陥抑制性、残渣除去性、及び、経時安定性がより優れる傾向が確認された。
(実施例2、191〜194、196の結果等)
界面活性剤が窒素原子を有する場合(好ましくは、その上で、非イオン系又はカチオン系である場合)、欠陥抑制性及び残渣除去性がより優れる傾向が確認された。
(実施例2、173〜190の結果等)
界面活性剤の含有量が、処理液の全質量に対して、1質量ppm以上(より好ましくは85質量ppm以上、更に好ましくは0.01質量%以上)、2質量%以下(より好ましくは1質量%以下、更に好ましくは0.1%以下)の場合、処理液の、欠陥抑制性、残渣除去性、及び、経時安定性がより優れる傾向が確認された。
(実施例2、191〜194、196の結果等)
金属含有粒子の含有量が、処理液の全質量に対して、10質量ppt〜10質量ppbである場合、処理液の欠陥抑制性がより優れる傾向が確認された。
(実施例2、462、463の結果等)
処理液が、3級アミン化合物を、処理液の全質量に対して、50質量ppt〜100質量ppb含有する場合、欠陥抑制性がより優れる傾向が確認された。
(実施例2、437〜441の結果等)
処理液が、ハロゲン化アルキル化合物を、処理液の全質量に対して、50質量ppt〜100質量ppb含有する場合、欠陥抑制性がより優れる傾向が確認された。
(実施例2、442〜446の結果等)
処理液が、還元剤を含有する場合、欠陥抑制性及び経時安定性がより優れる傾向が確認された。
(実施例2、465〜468の結果等)
処理液が、酢酸を、処理液の全質量に対して、1質量ppt〜0.1質量%含有する場合、欠陥抑制性がより優れる傾向が確認された。
(実施例2、452〜461、469の結果等)
処理液が、その他の有機酸を含有する場合、欠陥抑制性及び経時安定性がより優れる傾向が確認された。
(実施例2、464の結果等)
処理液のpHを上げるためのpH調整剤として使用した無機塩基の添加量が、処理液の全質量に対して0.1質量%以下である場合、有機塩基性化合物の添加量を調整してpHを調整した場合と同様の結果の傾向を示すことが確認された。
(実施例20、55の結果等)
1 基板
2 金属層
3 エッチング停止層
4 層間絶縁層
5 メタルハードマスク
6 ホール
10 積層物
11 内壁
11a 断面壁
11b 底壁
12 ドライエッチング残渣物

Claims (22)

  1. 半導体デバイス用の処理液であって、
    ヒドロキシルアミン及びヒドロキシルアミン塩からなる群から選択される1種以上のヒドロキシルアミン化合物と、
    有機塩基性化合物と、
    アルコール系溶剤と、
    界面活性剤と、を含有し、
    前記界面活性剤が、窒素原子を有する界面活性剤を含有し、
    前記アルコール系溶剤の含有量が、前記処理液の全質量に対して40〜85質量%であり、
    pHが8以上である、
    処理液。
  2. 前記有機塩基性化合物が、3級アミン化合物を含有し、
    前記3級アミン化合物は、含窒素非芳香環に含有される3級アミノ基以外の3級アミノ基を含有し、
    前記3級アミン化合物の含有量が、前記処理液の全質量に対して、1質量ppt〜5質量ppmである、請求項1に記載の処理液。
  3. 半導体デバイス用の処理液であって、
    ヒドロキシルアミン及びヒドロキシルアミン塩からなる群から選択される1種以上のヒドロキシルアミン化合物と、
    有機塩基性化合物と、
    アルコール系溶剤と、
    界面活性剤と、を含有し、
    前記アルコール系溶剤の含有量が、前記処理液の全質量に対して40〜85質量%であり、
    pHが8以上であ
    前記有機塩基性化合物が、3級アミン化合物を含有し、
    前記3級アミン化合物は、含窒素非芳香環に含有される3級アミノ基以外の3級アミノ基を含有し、
    前記3級アミン化合物の含有量が、前記処理液の全質量に対して、1質量ppt〜5質量ppmである、
    処理液。
  4. 更に、ハロゲン化アルキル化合物を含有し、
    前記ハロゲン化アルキル化合物の含有量が、前記処理液の全質量に対して、1質量ppt〜5質量ppmである、請求項1〜のいずれか1項に記載の処理液。
  5. 半導体デバイス用の処理液であって、
    ヒドロキシルアミン及びヒドロキシルアミン塩からなる群から選択される1種以上のヒドロキシルアミン化合物と、
    有機塩基性化合物と、
    アルコール系溶剤と、
    界面活性剤と、を含有し、
    前記アルコール系溶剤の含有量が、前記処理液の全質量に対して40〜85質量%であり、
    pHが8以上であ
    更に、ハロゲン化アルキル化合物を含有し、
    前記ハロゲン化アルキル化合物の含有量が、前記処理液の全質量に対して、1質量ppt〜5質量ppmである、
    処理液。
  6. 前記界面活性剤が、カチオン性界面活性剤を含有する、請求項1〜のいずれか1項に記載の処理液。
  7. 記界面活性剤が、4級窒素原子を含有する、請求項1〜6のいずれか1項に記載の処理液。
  8. 前記界面活性剤が、臭化セチルトリメチルアンモニウム、塩化セチルピリジニウム、塩化ベンゼトニウム、クロルヘキシジン二塩酸塩、塩化ジステアリルジメチルアンモニウム、塩化ベンザルコニウム、塩化デカリニウム、塩化ドデシルトリメチルアンモニウム、オクタデシルアミン塩酸塩、及び、塩化ドデシルピリジニウムからなる群より選ばれる1種以上を含有する、請求項1〜のいずれか1項に記載の処理液。
  9. 前記ヒドロキシルアミン化合物の含有量が、前記処理液の全質量に対して、1〜20質量%である、請求項1〜8のいずれか1項に記載の処理液。
  10. 前記界面活性剤の含有量に対する、前記ヒドロキシルアミン化合物の含有量の質量比が、1〜1000である、請求項1〜9のいずれか1項に記載の処理液。
  11. 前記有機塩基性化合物が、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化テトラブチルアンモニウム、水酸化ベンジルトリメチルアンモニウム、テトラヒドロフルフリルアミン、N−(2−アミノエチル)ピペラジン、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]−7−ウンデセン、及び、1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタンからなる群より選ばれる1種以上を含有する、請求項1〜10のいずれか1項に記載の処理液。
  12. 前記界面活性剤の含有量に対する、前記有機塩基性化合物の含有量の質量比が、1〜150である、請求項1〜11のいずれか1項に記載の処理液。
  13. 前記界面活性剤の含有量が、前記処理液の全質量に対して、1質量ppm〜0.5質量%である、請求項1〜12のいずれか1項に記載の処理液。
  14. 前記アルコール系溶剤が、アルコキシ基を含有する、請求項1〜1のいずれか1項に記載の処理液。
  15. 前記アルコール系溶剤が、3−メトキシ−3−メチル1−ブタノール、フルフリルアルコール、グリセリン、2−メチル−2,4−ペンタンジオール、エチレングリコール、1,2−プロパンジオール、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、及び、ジプロピレングリコールモノメチルエーテルからなる群より選ばれる1種以上を含有する、請求項1〜1のいずれか1項に記載の処理液。
  16. 更に、還元剤を含有する、請求項1〜1のいずれか1項に記載の処理液。
  17. 前記還元剤が、カテコール及びその誘導体、並びに、メルカプタン化合物からなる群から選択される1種以上の還元剤である、請求項1に記載の処理液。
  18. 更に、酢酸を含有し、
    前記酢酸の含有量が、前記処理液の全質量に対して、1質量ppt〜0.1質量%である、請求項1〜1のいずれか1項に記載の処理液。
  19. 更に、酢酸以外のその他の有機酸を含有する、請求項1〜1のいずれか1項に記載の処理液。
  20. 更に、金属含有粒子を含有し、
    前記金属含有粒子は、Na、Ca、Fe、及び、Crからなる群から選択される1種以上の金属成分を含有し、
    前記金属含有粒子の粒子径は、0.02〜0.05μmであり、
    前記金属含有粒子の含有量は、前記処理液の全質量に対して、10質量ppt〜10質量ppbである、請求項1〜1のいずれか1項に記載の処理液。
  21. エッチング残渣物を除去するための洗浄液、パターン形成に用いられたレジスト膜を除去するための溶液、又は、化学機械研磨後の基板から残渣物を除去するための洗浄液として用いられる、請求項1〜20のいずれか1項に記載の処理液。
  22. W及びCoからなる群から選択される1種以上を含有する金属層を有する基板に対する処理に用いられる、請求項1〜21のいずれか1項に記載の処理液。
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