JP7219806B2 - 薬液、被処理物の処理方法 - Google Patents
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Description
例えば、特許文献1においては、ヒドロキシルアミンを含む洗浄液が開示されている。
被処理物中に複数個所にわたって処理の対象となる第1金属含有物が存在する被処理物も多く、そのような被処理物に対して薬液を適用した際に、各箇所の第1金属含有物のエッチング量(溶解量)のバラツキが小さいことが望ましい。以後、上記「各箇所の第1金属含有物のエッチング量のバラツキ」のことを単に「第1金属含有物の溶解量のバラツキ」といい、各箇所の第1金属含有物のエッチング量(溶解量)のバラツキが小さいことを「第1金属含有物の溶解量のバラツキが小さい」ともいう。
本発明者らは、特許文献1に記載の薬液を用いて、上記特性の評価したところ、更なる改良が必要であることが知見された。
また、本発明は、被処理物の処理方法の提供も課題とする。
水と、
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ヒドロキシルアミン化合物と、
後述する式(1)で表される特定化合物を含有する、薬液。
〔2〕
上記薬液中、上記特定化合物の含有量が、上記薬液の全質量に対して、0.1質量ppm~10質量%である、〔1〕に記載の薬液。
〔3〕
上記薬液中、上記特定化合物の含有量が、上記薬液の全質量に対して、0.01~1質量%である、〔1〕又は〔2〕に記載の薬液。
〔4〕
上記薬液が、2種以上の上記特定化合物を含有し、
上記薬液中、2番目に含有量が多い上記特定化合物の含有量に対する、最も含有量が多い上記特定化合物の含有量の質量比が、500以下である、〔1〕~〔3〕のいずれかに記載の薬液。
〔5〕
上記薬液が、2種以上の上記特定化合物を含有し、
上記薬液中、2番目に含有量が多い上記特定化合物の含有量に対する、最も含有量が多い上記特定化合物の含有量の質量比が、50以下である、〔1〕~〔4〕のいずれかに記載の薬液。
〔6〕
後述する式(1)中、上記特定置換基が、-CO-NH-OHを含有する基である、〔1〕~〔5〕のいずれかに記載の薬液。
〔7〕
後述する式(1)中、R1~R3のうち、1個が上記特定置換基を表し、
残りの2個が後述する式(2)で表される基を表す、〔1〕~〔6〕のいずれかに記載の薬液。
〔8〕
上記薬液中、上記ヒドロキシルアミン化合物の含有量が、上記薬液の全質量に対して、0.1~18質量%である、〔1〕~〔7〕のいずれかに記載の薬液。
〔9〕
上記薬液中、上記特定化合物の含有量に対する、上記ヒドロキシルアミン化合物の含有量の質量比が、2.0×10-4~1.5×105である、〔1〕~〔8〕のいずれかに記載の薬液。
〔10〕
上記特定化合物以外の化合物であるキレート剤を含有する、〔1〕~〔9〕のいずれかに記載の薬液。
〔11〕
上記薬液中、上記キレート剤の含有量が、上記薬液の全質量に対して、0.1~15質量%である、〔10〕に記載の薬液。
〔12〕
上記薬液中、上記キレート剤の含有量が、上記薬液の全質量に対して、0.2質量%超1質量%以下である、〔10〕又は〔11〕に記載の薬液。
〔13〕
上記薬液中、上記特定化合物の含有量に対する、上記キレート剤の含有量の質量比が、1.0×100~5.0×105である、〔10〕~〔12〕のいずれかに記載の薬液。
〔14〕
上記薬液中、上記特定化合物の含有量に対する、上記キレート剤の含有量の質量比が、7.0×100~5.0×101である、〔10〕~〔13〕のいずれかに記載の薬液。
〔15〕
上記キレート剤が、カルボン酸基、ホスホン酸基、及び、スルホン酸基からなる群から選択される官能基を有する、〔10〕~〔14〕のいずれかに記載の薬液。
〔16〕
上記キレート剤が、クエン酸、ジエチレントリアミン五酢酸、エチレンジアミン四酢酸、トランス-1,2-ジアミノシクロヘキサン四酢酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、メタンスルホン酸、1-ヒドロキシエチリデン-1,1-ジホスホン酸、及び、ニトリロトリスメチレンホスホン酸からなる群から選択される、〔10〕~〔15〕のいずれかに記載の薬液。
〔17〕
上記キレート剤が、クエン酸である、〔10〕~〔16〕のいずれかに記載の薬液。
〔18〕
コバルト、ルテニウム、モリブデン、アルミニウム、及び、銅からなる群から選択される金属を含有する第1金属含有物を含有する被処理物に対して使用される、〔1〕~〔17〕のいずれかに記載の薬液。
〔19〕
上記第1金属含有物が、コバルト、ルテニウム、モリブデン、アルミニウム、及び、銅からなる群から選択される、
1種の金属の、単体、酸化物、若しくは、窒化物であるか、又は、
2種以上の金属の、合金、複合酸化物、若しくは、複合窒化物である、〔18〕に記載の薬液。
〔20〕
上記第1金属含有物が、コバルト単体、コバルト合金、コバルト酸化物、又は、コバルト窒化物である、〔18〕又は〔19〕のいずれかに記載の薬液。
〔21〕
上記被処理物が、上記第1金属含有物を少なくとも2種含有するか、又は、
上記被処理物が、上記第1金属含有物と、上記第1金属含有物とは異なる材料である、金属を含有する第2金属含有物とを含有する、〔18〕~〔20〕のいずれかに記載の薬液。
〔22〕
上記被処理物が、上記第1金属含有物を少なくとも2種含有し、上記2種の上記第1金属含有物のうち、上記薬液中における腐食電位の差の絶対値が0.3V以下となる組み合わせが存在するか、又は、
上記被処理物が、上記第1金属含有物と上記第2金属含有物とを含有し、上記第1金属含有物の上記薬液中における腐食電位と、上記第2金属含有物の上記薬液中における腐食電位との差の絶対値が0.3V以下である、〔21〕に記載の薬液。
〔23〕
上記第2金属含有物が、チタン、及び、タンタルからなる群から選択される、
1種の金属の、単体、酸化物、若しくは、窒化物であるか、又は、
2種の金属の、合金、複合酸化物、若しくは、複合窒化物である、〔21〕又は〔22〕に記載の薬液。
〔24〕
上記第2金属含有物が、チタン単体、チタン酸化物、又は、チタン窒化物である、〔21〕~〔23〕のいずれかに記載の薬液。
〔25〕
コバルト、ルテニウム、モリブデン、アルミニウム、及び、銅からなる群から選択される金属を含有する第1金属含有物を含有する被処理物と、〔1〕~〔24〕のいずれかに記載の薬液とを接触させて、上記第1金属含有物を溶解させる、被処理物の処理方法。
〔26〕
上記第1金属含有物、及び、上記第1金属含有物とは異なる材料である、金属を含有する第2金属含有物を含有する上記被処理物と、上記薬液とを接触させて、上記第1金属含有物を溶解させる工程Aと、
上記工程Aの前又は後に、上記被処理物と、アンモニア及び過酸化水素水の混合水溶液、フッ酸及び過酸化水素水の混合水溶液、硫酸及び過酸化水素水の混合水溶液、並びに、塩酸及び過酸化水素水の混合水溶液からなる群から選択される溶液とを接触させて、上記第2金属含有物を溶解させる工程Bと、を有する〔25〕に記載の被処理物の処理方法。
〔27〕
上記工程Aと上記工程Bとを交互に繰り返し実施する、〔26〕に記載の被処理物の処理方法。
〔28〕
上記薬液の温度が、20~75℃である、〔25〕~〔27〕のいずれかに記載の被処理物の処理方法。
〔29〕
〔1〕~〔24〕のいずれかに記載の薬液を、
コバルト、ルテニウム、モリブデン、アルミニウム、及び、銅からなる群から選択される金属を含有する第1金属含有物、及び、表面上にドライエッチング残渣物を含有する被処理物に接触させて、
上記第1金属含有物を溶解させると共に、上記被処理物の表面上の上記ドライエッチング残渣物を除去する、被処理物の処理方法。
また、本発明によれば、被処理物の処理方法も提供できる。
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形態に基づいてなされる場合があるが、本発明はそのような実施形態に制限されない。
本発明の薬液は、水と、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ヒドロキシルアミン化合物と、後述する式(1)で表される特定化合物を含有する。
薬液がこのような構成をとることで上記課題が解決される機序は必ずしも明確ではないが、本発明者はその機序について以下のとおり推測する。
すなわち、本発明の薬液中は、ヒドロキシルアミン化合物と特定化合物とを同時に含有する。そのため、還元剤として作用し得るヒドロキシルアミン化合物の存在下で、二重結合とアミド基を含有する特定化合物が第1金属含有物の表面と相互作用できることが、所望の効果を実現していると推測される。
また、本発明の薬液は、第1金属含有物に対する溶解性に優れ、更に、第1金属含有物の溶解に用いた後の金属含有物の表面の平滑性(ラフネス)も改善も優れる。
以下、本発明の薬液に関して、第1金属含有物の溶解量のバラツキが小さくなること、第1金属含有物に対する溶解性に優れること、及び/又は、第1金属含有物の溶解に用いた後の金属含有物表面の平滑性(ラフネス)を改善できることを、本発明の効果が優れるとも言う。
薬液は、水を含有する。
水は特に制限されず、例えば、蒸留水、イオン交換水、及び、純水が挙げられる。
薬液は、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特に制限はされないが、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としては、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。
ヒドロキシルアミン化合物は1種のみを用いても、2種以上を用いてもよい。ヒドロキシルアミン化合物を2種以上用いる場合は、その合計量が上記範囲内であることが好ましい。
薬液は、式(1)で表される特定化合物を含有する。
特定化合物は第1金属含有物の表面と相互作用を生じると推測され、薬液が特定化合物を含有することにより、所望の効果が得られる。
ただし、R1~R3のうち、少なくとも1個は、-CO-NH-を含有する特定置換基を表す。
言い換えると、R1~R3のうちの、1~3個が特定置換基であり、それ以外は、水素原子又は特定置換基以外の置換基(非特定置換基)である。
中でも、-CO-NH-の-CO-が、式(1)中に明示される二重結合側に存在しているのが好ましい。
また、特定置換基中に存在する-CO-NH-の数に制限はなく、1~5個が好ましく、1個がより好ましい。
-LT-CO-NH-RT
式(T)中、LTは、単結合又は2価の連結基を表す。
上記2価の連結基としては、例えば、エーテル基(-O-)、カルボニル基(-CO-)、エステル基(-COO-)、チオエーテル基(-S-)、-SO2-、-NRN-(RNは、水素原子、又は、アルキル基を表す)、及び、2価の炭化水素基(アルキレン基、アルケニレン基(例:-CH=CH-)、又は、アルキニレン基(例:-C≡C-等)、及びアリーレン基)、-SiRSX 2-(RSNは、水素原子、又は、置換基を表す)並びに、これらからなる群から選択される1以上の基を組み合わせた基が挙げられる。これらの基は可能な場合、置換基を有してもよいし、有していなくてもよい。
中でも上記2価の連結基は、炭素数1~10の2価の炭化水素基が好ましく、アルキレン基がより好ましく、メチレン基が更に好ましい。
式(T)中、RTは、水素原子又は置換基を表し、水素原子又は水酸基が好ましく、水酸基がより好ましい。つまり、特定置換基は、-CO-NH-OHを含有する基であるのが好ましい。
本発明の効果がより優れる点で、式(1)中、R1~R3のうち、1~2個が非特定置換基であるのが好ましく、2個が非特定置換基であるのがより好ましい。
非特定置換基は、-CO-NH-を含有しない置換基である。
非特定置換基は、本発明の効果がより優れる点で、式(2)で表される基であるのが好ましい。
-L2-COOH (2)
式(2)中、L2は、単結合又は2価の連結基を表す。
式(2)中のL2における2価の連結基の例として、式(T)中のLTにおける2価の連結基の例が同様に挙げられ、好ましい形態も同様である。ただし、L2における2価の連結基は、-CO-NH-を含有しない。
R1とR2とが互いに結合して形成する置換基を有してもよい芳香環は、単環でも多環でもよく、単環が好ましい。上記芳香環は、ヘテロ原子(酸素原子、硫黄原子、及び/又は、窒素原子等)を有していても有していなくてもよく、有していないのが好ましい。上記芳香環の環員原子の数は、5~12が好ましく、6がより好ましい。上記芳香環は、可能な場合、R3以外の置換基を有していても有していなくてもよく、有していないのが好ましい。
また、R1とR2とが、互いに結合して、置換基を有してもよい芳香環を形成する場合、R3は上述の特定置換基を表す。
特定化合物は1種のみを用いても、2種以上を用いてもよい。特定化合物を2種以上用いる場合は、その合計量が上記範囲内である。
なお、本明細書において、特定化合物にシス体とトランス体(例えば、式(1)中に明示されるC=C二重結合に基づいて区別されるシス体とトランス体)がある場合、上記シス体か上記トランス体かのみの違いしかないこれらの特定化合物は、全体として1種の特定化合物として扱う。
例えば、化合物Aは、C=C二重結合に結合する「-CO-NH-OH」と「-COOH」とが、互いにシス位に配置されている形態(シス体)と、互いにトランス位に配置されている形態(トランス体)との、一方のみを含有してもよいし、両方を含有してもよい。薬液が、特定化合物として、シス体の化合物Aとトランス体の化合物Aとのみを含有する場合でも、薬液が含有する特定化合物の種類は1種のみと計上する。
薬液が特定化合物を2種以上含有する場合、2番目に含有量が多い特定化合物の含有量に対する、最も含有量が多い特定化合物の含有量の質量比(最も含有量が多い特定化合物の含有量/2番目に含有量が多い特定化合物の含有量)は、500以下が好ましく、50以下がより好ましい。
なお、上記「最も含有量が多い特定化合物の含有量」と、上記「2番目に含有量が多い特定化合物の含有量」とが十分に近しい場合、上記質量比は1でもよい。つまり、上記「最も含有量が多い特定化合物の含有量」と、上記「2番目に含有量が多い特定化合物の含有量」とは、実質的に同じ量であってもよい。
2種以上の特定化合物を含む場合、少なくとも1種は化合物Aであるのも好ましい。
この場合、化合物A以外で最も含有量が多い特定化合物の含有量に対する、化合物Aの含有量の質量比は、0.001~500が好ましく、0.01~50がより好ましい。
薬液は、キレート剤を含有していてもよい。薬液がキレート剤を含有する場合、薬液の第1金属含有物に対するエッチング性がより向上する。
上記酸基は特に制限されないが、カルボン酸基、スルホン酸基、及び、ホスホン酸基からなる群より選ばれる少なくとも1種の官能基が好ましい。
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。
ヒドロキシル基を含有する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、クエン酸が挙げられ、クエン酸が好ましい。
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。
第1金属含有物が、ルテニウム含有物(ルテニウム単体、ルテニウム合金、ルテニウム酸化物、又は、ルテニウム窒化物等)である場合、キレート剤の含有量が、薬液の全質量に対して、10~20質量%であるのも好ましい。
第1金属含有物が、モリブデン含有物(モリブデン単体、モリブデン合金、モリブデン酸化物、又は、モリブデン窒化物等)である場合、キレート剤の含有量が、薬液の全質量に対して、0.5~15質量%であるのも好ましい。
第1金属含有物が、アルミ含有物(アルミ単体、アルミ合金、アルミ酸化物、又は、アルミ窒化物等)である場合、キレート剤の含有量が、薬液の全質量に対して、0.2質量%超20質量%以下(より好ましくは5~15質量%)であるのも好ましい。
第1金属含有物が、銅含有物(銅単体、銅合金、銅酸化物、又は、銅窒化物等)である場合、キレート剤の含有量が、薬液の全質量に対して、0.2質量%超1質量%以下であるのも好ましい。
キレート剤は1種のみを用いても、2種以上を用いてもよい。キレート剤を2種以上用いる場合は、その合計量が上記範囲内であることが好ましい。
第1金属含有物が、モリブデン含有物である場合、上記質量比は、1.5×101~5.0×102であるのも好ましい。
第1金属含有物が、ルテニウム含有物である場合、上記質量比は、1.0×102~1.0×103であるのも好ましい。
第1金属含有物が、アルミ含有物である場合、上記質量比は、7.0×100~5.0×103(より好ましくは1.0×102~1.0×103)であるのも好ましい。
第1金属含有物が、銅含有物である場合、上記質量比は、7.0×100~5.0×101であるのも好ましい。
薬液は、金属成分を含有していてもよい。
金属成分としては、金属粒子及び金属イオンが挙げられ、例えば、金属成分の含有量という場合、金属粒子及び金属イオンの合計含有量を示す。
薬液は、金属粒子及び金属イオンのいずれか一方が含有してもよく、両方を含有してもよい。薬液は、金属粒子及び金属イオンの両方を含有するのが好ましい。
金属成分は、金属原子を1種含有してもよいし、2種以上含有してもよい。
金属粒子は、単体でも合金でもよく、金属が有機物と会合した形態で存在していてもよい。
金属成分は、薬液に含まれる各成分(原料)に不可避的に含まれている金属成分でもよいし、薬液の製造、貯蔵、及び/又は、移送時に不可避的に含まれる金属成分でもよいし、意図的に添加してもよい。
ここで、SP-ICP-MS法とは、通常のICP-MS法(誘導結合プラズマ質量分析法)と同様の装置を使用し、データ分析のみが異なる。SP-ICP-MS法のデータ分析は、市販のソフトウェアにより実施できる。
ICP-MS法では、測定対象とされた金属成分の含有量が、その存在形態に関わらず、測定される。従って、測定対象とされた金属粒子と金属イオンとの合計質量が、金属成分の含有量として定量される。
SP-ICP-MS法の装置としては、例えば、アジレントテクノロジー社製、Agilent 8800 トリプル四重極ICP-MS(inductively coupled plasma mass spectrometry、半導体分析用、オプション#200)が挙げられ、実施例に記載した方法により測定できる。上記以外の他の装置としては、PerkinElmer社製 NexION350Sのほか、アジレントテクノロジー社製、Agilent 8900も使用できる。
薬液は、ヒドロキシルアミン化合物とは異なる還元剤を含有していてもよい。ただし、キレート剤は、ヒドロキシルアミン化合物とは異なる還元剤には含有されない。
ヒドロキシルアミン化合物とは異なる還元剤は特に制限されないが、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。
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のなかでも、式(4)で表される化合物、及び、硫黄原子を含有する化合物からなる群より選ばれる1種が好ましい。
また、上記R4a~R4e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-CH2-が、例えば-O-、-S-、-CO-、-SO2-及び-NRa-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Ra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。
ヒドロキシル基を2個以上有する式(4)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、tert-ブチルカテコール、及び、4,4’-ジヒドロキシフェニル-2,2-プロパンが挙げられる。また、ヒドロキシル基を3個以上有する式(4)で表される化合物としては、例えば、没食子酸が挙げられる。
薬液は、上述した成分以外のpH調整剤を含有していてもよい。pH調整剤としては、酸化合物及び塩基化合物が挙げられる。
酸化合物としては、例えば、硫酸、塩酸、酢酸、硝酸、フッ酸、過塩素酸、次亜塩素酸、及び、過ヨウ素酸が挙げられる。
塩基化合物としては、例えば、アンモニア水、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が挙げられる。
なお、ヒドロキシルアミン化合物とは異なるアミン化合物としては、環状化合物(環状構造を有する化合物)が挙げられる。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。
なお、ヒドロキシルアミン化合物とは異なるアミン化合物中に、四級水酸化アンモニウム塩は包含されない。
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。
環状構造を有する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、及び、1,5-ジアザビシクロ[4,3,0]-5-ノネンが挙げられる。
なかでも、上記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。
薬液がヒドロキシルアミン化合物とは異なるアミン化合物を含有する場合、ヒドロキシルアミン化合物とは異なるアミン化合物の含有量は、薬液の全質量に対して、0.1~50質量%が好ましく、0.5~30質量%がより好ましい。
水溶性アミンのpkaは、室温で、7.5~13.0であることが好ましい。なお、本明細書において、水溶性アミンとは、室温で1Lの水中に50g以上溶解し得るアミンを意図する。また、水溶性アミンとして、アンモニア水は含めない。
pKaが7.5~13である水溶性アミンとしては、例えば、ジグリコールアミン(DGA)(pKa=9.80)、メチルアミン(pKa=10.6)、エチルアミン(pKa=10.6)、プロピルアミン(pKa=10.6)、ブチルアミン(pKa=10.6)、ペンチルアミン(pKa=10.0)、エタノールアミン(pKa=9.3)、プロパノールアミン(pKa=9.3)、ブタノールアミン(pKa=9.3)、メトキシエチルアミン(pKa=10.0)、メトキシプロピルアミン(pKa=10.0)、ジメチルアミン(pKa=10.8)、ジエチルアミン(pKa=10.9)、ジプロピルアミン(pKa=10.8)、トリメチルアミン(pKa=9.80)、及び、トリエチルアミン(pKa=10.72)が挙げられる。
また、水溶性アミンとして、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を使用してもよい。
なお、本明細書における水溶性アミンのpkaは、水中における酸解離定数である。水中における酸解離定数は、スペクトロメーターと電位差測定の組み合わせにより測定できる。
薬液は、防食剤を含有していてもよい。防食剤は、被処理物のオーバーエッチングを解消する機能を有する。なお、ここでいう防食剤には、上述したヒドロキシルアミンとは異なる還元剤、及び、キレート剤は含有されない。
防食剤は特に制限されないが、例えば、1,2,4-トリアゾール(TAZ)、5-アミノテトラゾール(ATA)、5-アミノ-1,3,4-チアジアゾール-2-チオール、3-アミノ-1H-1,2,4トリアゾール、3,5-ジアミノ-1,2,4-トリアゾール、3-アミノ-5-メルカプト-1,2,4-トリアゾール、1-アミノ-1,2,4-トリアゾール、1-アミノ-1,2,3-トリアゾール、1-アミノ-5-メチル-1,2,3-トリアゾール、3-メルカプト-1,2,4-トリアゾール、3-イソプロピル-1,2,4-トリアゾール、1H-テトラゾール-5-酢酸、2-メルカプトベンゾチアゾール(2-MBT)、1-フェニル-2-テトラゾリン-5-チオン、2-メルカプトベンゾイミダゾール(2-MBI)、4-メチル-2-フェニルイミダゾール、2-メルカプトチアゾリン、2,4-ジアミノ-6-メチル-1,3,5-トリアジン、チアゾール、イミダゾール、ベンゾイミダゾール、トリアジン、メチルテトラゾール、ビスムチオールI、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン、1,5-ペンタメチレンテトラゾール、1-フェニル-5-メルカプトテトラゾール、ジアミノメチルトリアジン、イミダゾリンチオン、4-メチル-4H-1,2,4-トリアゾール-3-チオール、5-アミノ-1,3,4-チアジアゾール-2-チオール、ベンゾチアゾール、2,3,5-トリメチルピラジン、2-エチル-3,5-ジメチルピラジン、キノキサリン、アセチルピロール、ピリダジン、及び、ピラジンが挙げられる。
また、防食剤としては、上記で挙げたもの以外としてベンゾトリアゾール類も好ましい。ベンゾトリアゾール類としては、ベンゾトリアゾール(BTA)、1-ヒドロキシベンゾトリアゾール、5-フェニルチオール-ベンゾトリアゾール、5-クロロベンゾトリアゾール、4-クロロベンゾトリアゾール、5-ブロモベンゾトリアゾール、4-ブロモベンゾトリアゾール、5-フルオロベンゾトリアゾール、4-フルオロベンゾトリアゾール、ナフトトリアゾール、トリルトリアゾール、5-フェニル-ベンゾトリアゾール、5-ニトロベンゾトリアゾール、4-ニトロベンゾトリアゾール、3-アミノ-5-メルカプト-1,2,4-トリアゾール、2-(5-アミノ-ペンチル)-ベンゾトリアゾール、1-アミノ-ベンゾトリアゾール、5-メチル-1H-ベンゾトリアゾール、ベンゾトリアゾール-5-カルボン酸、4-メチルベンゾトリアゾール、4-エチルベンゾトリアゾール、5-エチルベンゾトリアゾール、4-プロピルベンゾトリアゾール、5-プロピルベンゾトリアゾール、4-イソプロピルベンゾトリアゾール、5-イソプロピルベンゾトリアゾール、4-n-ブチルベンゾトリアゾール、5-n-ブチルベンゾトリアゾール、4-イソブチルベンゾトリアゾール、5-イソブチルベンゾトリアゾール、4-ペンチルベンゾトリアゾール、5-ペンチルベンゾトリアゾール、4-ヘキシルベンゾトリアゾール、5‐ヘキシルベンゾトリアゾール、5-メトキシベンゾトリアゾール、5-ヒドロキシベンゾトリアゾール、ジヒドロキシプロピルベンゾトリアゾール、1-[N,N-ビス(2-エチルヘキシル)アミノメチル]-ベンゾトリアゾール、5-t-ブチルベンゾトリアゾール、5-(1’,1’-ジメチルプロピル)-ベンゾトリアゾール、5-(1’,1’,3’-トリメチルブチル)ベンゾトリアゾール、5-n-オクチルベンゾトリアゾール、及び、5-(1’,1’,3’,3’-テトラメチルブチル)ベンゾトリアゾールが挙げられる。
また、置換基としては、特に制限されないが、例えば、ヒドロキシル基、カルボキシル基、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、炭素数1~3のアルキル基がより好ましい)が挙げられる。
式(6)で表される化合物としては、例えば、1H-1,2,3-トリアゾール、ベンゾトリアゾール、及び、カルボキシベンゾトリアゾール5-メチル-1H-ベンゾトリアゾールが挙げられる。
上記薬液の製造方法は特に制限されず、公知の製造方法が使用できる。例えば、水、ヒドロキシルアミン化合物、及び、所定量の特定化合物を混合する方法が挙げられる。なお、上記成分を混合する際に、必要に応じて、他の任意成分を合わせて混合してもよい。
また、薬液を製造する際には、必要に応じて、フィルターを用いて薬液をろ過して精製してもよい。
また、薬液が使用される被処理物は、少なくとも1種の第1金属含有物を含有すればよく、その他にも金属含有物(金属を含有する材料)を含有するのも好ましい。
上記金属含有物は、金属を含有する材料であり、上記「少なくとも1種の第1金属含有物」以外の第1金属含有物であってもよいし、第1金属含有物とは異なる材料であって金属を含有する材料である第2金属含有物を含有であってもよいし、これらの両方であってもよい。
例えば、薬液は、第1金属含有物を少なくとも2種含有するか、又は、第1金属含有物と、第2金属含有物とを含有する被処理物に使用されるのが好ましい。また、薬液は、第1金属含有物を少なくとも2種含有し、かつ、第2金属含有物を含有する被処理物に対して使用されてもよい。
なお、被処理物中に、第1金属含有物が2種より多く存在する場合、そのうちの2種からなる組み合わせのうちの少なくとも1個(好ましくは全部)の組み合わせが、上記絶対値の範囲を満たすのが好ましい。
また、例えば、薬液は、被処理物が、第1金属含有物と第2金属含有物とを含有する場合において、第1金属含有物の薬液中における腐食電位と、第2金属含有物の薬液中における腐食電位との差の絶対値を0.5V以下(より好ましくは0.3V以下)とする薬液が好ましい。
なお、被処理物中に、第1金属含有物、及び/又は、第2金属含有物が2種以上存在する場合、そのうちの1種の第1金属含有物と1種の第2金属含有物とからなる組み合わせのうちの少なくとも1個(好ましくは全部)の組み合わせが、上記絶対値の範囲を満たすのが好ましい。
第1金属含有物、及び、第2金属含有物の詳細は後述する。
まず、測定対象となる、第1金属含有物が表面に配置されたシリコンウエハ、及び、上記第1金属含有物とは異なる第1金属含有物又は第2金属含有物が表面に配置されたシリコンウエハを用意し、電極として使用する。次に、用意した電極を所定の薬液中に浸漬して、ポテンショスタットガルバノスタット(プリンストンアプライドリサーチ VersaSTAT 4)を用いて得られるターフェルプロットより腐食電位を測定し、2つの電極より得られる腐食電位の差の絶対値を求める。なお、腐食電位は、ターフェルプロットの曲線の変曲点の電位に該当する。
なお、測定条件は以下の通りである。
電流範囲:±0.2 V(vs オープンサーキットポテンシャル)
走査レート:1.0 mV/s(0.5mV毎)
対電極:Pt
参照電極:Ag/AgCl
測定温度:25℃
薬液は、容器に収容されて使用時まで保管してもよい。
このような容器と、容器に収容された薬液とをあわせて薬液収容体という。保管された薬液収容体からは、薬液が取り出され使用される。また、薬液は、薬液収容体として運搬してもよい。
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から形成されることが好ましい。また、容器の内壁は、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も好ましい。
内壁がフッ素系樹脂である容器としては、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。
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、金属材料全質量に対して、90質量%以下が好ましい。
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%)が挙げられる。
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)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%)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、又は、コバルトを含有していてもよい。
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。
薬液は、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、輸送又は保管されてもよい。
また、薬液は、濃縮液として準備してもよい。薬液を濃縮液とする場合には、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、濃縮液は、5~2000倍に希釈して用いられる。
本発明の被処理物の処理方法(以下、単に「本処理方法」ともいう。)において、上記薬液は、第1金属含有物を含有する被処理物に対して接触させて使用し、第1金属含有物を溶解(エッチング)するのが好ましい。
薬液は、いわゆるエッチング処理液として有効に機能する。
被処理物は、第1金属含有物とともに第2金属含有物(第1金属含有物とは異なる材料であって金属を含有する材料)を含有していてもよい。この場合、薬液は、第1金属含有物のみをエッチングする用途に使用されてもよいし、第1金属含有物と第2金属含有物との両方をエッチングする用途に使用されてもよい。
図1では被処理物が1つの第1金属含有物部を有する態様について記載したが、この態様には限定されず、例えば、図2に示すように、基板12と、基板12上に配置された複数の穴部を有する絶縁膜14と、絶縁膜14の各穴部の内壁に沿って層状に配置された第2金属含有物部16と、各穴部内に充填された第1金属含有物部18とを有する被処理物20であってもよい。つまり、被処理物は、複数個所にわたって第1金属含有物を有し、かつ、複数個所にわたって第2金属含有物を有する態様であってもよい。
半導体基板を構成する材料としては、例えば、ケイ素、ケイ素ゲルマニウム、及び、GaAs等の第III-V族化合物、又は、それらの任意の組合せが挙げられる。
基板の大きさ、厚さ、形状、及び、層構造等は、特に制限はなく、所望に応じ適宜選択できる。
図1及び図2において絶縁膜は穴部を有するが、この態様に制限されず、溝部を有する絶縁膜であってもよい。
中でも、第1金属含有物が含有する金属原子は、コバルト、ルテニウム、モリブデン、アルミニウム、及び、銅からなる群から選択される1種以上の金属であるのが好ましい。
第1金属含有物は、上記金属の1種の、単体、酸化物、若しくは、窒化物であるのが好ましい。
また、第1金属含有物は、上記金属の2種以上の、合金、複合酸化物、又は、複合窒化物であるのも好ましい。
中でも、第1金属含有物は、コバルト原子を含有するコバルト含有物(例えば、コバルト単体、コバルト合金、コバルト酸化物、又は、コバルト窒化物)が好ましい。
第2金属含有物は、上記金属の1種の、単体、酸化物、若しくは、窒化物であるのが好ましい。
また、第2金属含有物は、上記金属の2種の、合金、複合酸化物、又は、複合窒化物であるのも好ましい。
中でも、第2金属含有物は、チタン原子を含有するチタン含有物(例えば、チタン単体、チタン酸化物、又は、チタン窒化物)が好ましい。
第1金属含有物及び第2金属含有物が膜状である場合、その厚みは特に制限されず、用途に応じて適宜選択すればよく、例えば、50nm以下が好ましく、20nm以下がより好ましく、10nm以下が更に好ましい。
第1金属含有物及び第2金属含有物は、基板の片側の主面上にのみに配置されていてもよいし、両側の主面上に配置されていてもよい。また、第1金属含有物及び第2金属含有物は、基板の主面全面に配置されていてもよいし、基板の主面の一部に配置されていてもよい。
被処理物が2種以上の金属含有物を含有する場合、その組み合わせとしては、例えば、第1金属含有物としてコバルト含有物を含有し、第2金属含有物としてチタン含有物、又は、タンタル含有物(例えば、タンタル単体、タンタル酸化物、又は、タンタル窒化物)を含有する態様が挙げられる。
基板は、曝露された集積回路構造、例えば金属配線及び誘電材料等の相互接続機構を含有していてもよい。相互接続機構に使用する金属及び合金としては、例えば、アルミニウム、銅アルミニウム合金、銅、チタン、タンタル、コバルト、ケイ素、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。基板は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、及び/又は、炭素ドープ酸化ケイ素の層を含有していてもよい。
本発明の被処理物の処理方法としては、少なくとも第1金属含有物を含有する被処理物と、上記薬液とを接触させて、第1金属含有物を溶解させる工程Aを有する方法が挙げられる。
このような被処理物の処理方法を、本発明の被処理物の処理方法の第1態様ともいう。
被処理物と薬液とを接触させる方法は特に制限されず、例えば、タンクに入れた薬液中に被処理物を浸漬する方法、被処理物上に薬液を噴霧する方法、被処理物上に薬液を流す方法、及び、それらの任意の組み合わせが挙げられる。中でも、被処理物を薬液に浸漬する方法が好ましい。
機械式撹拌方法としては、例えば、被処理物上で薬液を循環させる方法、被処理物上で薬液を流過又は噴霧させる方法、及び、超音波又はメガソニックにて薬液を撹拌する方法が挙げられる。
処理時間(薬液と被処理物との接触時間)は特に制限されないが、0.25~10分間が好ましく、0.5~2分間がより好ましい。
処理の際の薬液の温度は特に制限されないが、20~75℃が好ましく、20~60℃がより好ましい。
被処理物が、第1金属含有物に加えて、第2金属含有物を含有する場合、本処理によって、第2金属含有物は、第1金属含有物とともに溶解されてもよいし、溶解されなくてもよい。第2金属含有物が溶解される場合、第2金属含有物は、意図的に溶解されてもよいし、不可避的に溶解されてもよい。
第2金属含有物を、意図的には溶解しない場合、第2金属含有物が不可避的に溶解される量は少ないことが好ましい。第2金属含有物を意図的には溶解しない場合において、第2金属含有物が不可避的に溶解される量が少ないことを、薬液が、その第2金属含有物に対して部材耐性が優れるともいう。
例えば、本発明の薬液は、タンタル窒化物への部材耐性が優れる。
また、本発明の被処理物の処理方法の他の態様としては、第1金属含有物及び第2金属含有物を含有する被処理物と、上記薬液とを接触させて、第1金属含有物を溶解させる工程Aと、
上記工程Aの前又は後に、上記被処理物と、アンモニア及び過酸化水素水の混合水溶液、フッ酸及び過酸化水素水の混合水溶液、硫酸及び過酸化水素水の混合水溶液、並びに、塩酸及び過酸化水素水の混合水溶液からなる群から選択される溶液(以下、単に「特定溶液」ともいう。)とを接触させて、第2金属含有物を溶解させる工程Bと、を有する態様が挙げられる。
このような被処理物の処理方法を、本発明の被処理物の処理方法の第2態様ともいう。
なお、第2態様は、第1態様の一形態ともいえる。
なお、工程Aにおいても、第2金属含有物が、意図的又は不可避的に溶解されてもよいし、工程Bおいても、第1金属含有物が、意図的又は不可避的に溶解されてもよい。
工程Aの手順は上述した通りである。
このような調整の手順が、工程Bは、工程Aが施される前又は後の被処理物と特定溶液とを接触させて、第2金属含有物を溶解させる工程Bに該当する。
APMの組成は、例えば、「アンモニア水:過酸化水素水:水=1:1:1」~「アンモニア水:過酸化水素水:水=1:3:45」の範囲内(質量比)が好ましい。
FPMの組成は、例えば、「フッ酸:過酸化水素水:水=1:1:1」~「フッ酸:過酸化水素水:水=1:1:200」の範囲内(質量比)が好ましい。
SPMの組成は、例えば、「硫酸:過酸化水素水:水=3:1:0」~「硫酸:過酸化水素水:水=1:1:10」の範囲内(質量比)が好ましい。
HPMの組成は、例えば、「塩酸:過酸化水素水:水=1:1:1」~「塩酸:過酸化水素水:水=1:1:30」の範囲内(質量比)が好ましい。
なお、これらの好ましい組成比の記載は、アンモニア水は28質量%アンモニア水、フッ酸は49質量%フッ酸、硫酸は98質量%硫酸、塩酸は37質量%塩酸、過酸化水素水は30質量%過酸化水素水である場合における組成比を意図する。
また、体積比は、室温における体積を基準とする。
好適範囲としての[「A:B:C=x:y:z」~「A:B:C=X:Y:Z」]という記載は、[「A:B=x:y」~「A:B=X:Y」]、[「B:C=y:z」~「B:C=Y:Z」]、及び、[「A:C=x:z」~「A:C=X:Z」]の範囲のうちの少なくとも1個(好ましくは2個、より好ましくは全部)を満たすのが好ましいことを示す。
工程Aが施される前又は後の被処理物と特定溶液との接触時間は、例えば、0.25~10分間が好ましく、0.5~5分間がより好ましい。
交互に行う場合は、工程A及び工程Bはそれぞれ1~20回実施されることが好ましい。
本発明の被処理物の処理方法の他の態様としては、薬液を用いてドライエッチング後の基板に対して薬液を適用し、第1金属含有物を溶解すると共に、基板上のドライエッチング残渣物を除去する態様が挙げられる。
より具体的には、第1金属含有物、及び、表面上にドライエッチング残渣物、(更に、所望に応じて第2金属含有物)を含有する被処理物に接触させて、第1金属含有物を溶解させると共に、被処理物の表面上のドライエッチング残渣物を除去する方法である。
このような被処理物の処理方法を、本発明の被処理物の処理方法の第3態様ともいう。なお、第3態様は、上述の第1態様における、被処理物の構成、及び、処理の目的を、特に限定した一形態ともいえる。
本発明の薬液はこのような被処理物の洗浄用途(残渣物除去用途)にも好適に使用できる。
図3に、上記第3態様における被処理物の一例を示す模式図を示す。
図3に示す被処理物30は、基板32上に、金属含有膜34、エッチング停止層36、層間絶縁膜38、メタルハードマスク40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含有膜34が露出するホール42が形成されている。つまり、図3に示す被処理物は、基板32と、金属含有膜34と、エッチング停止層36と、層間絶縁膜38と、メタルハードマスク40とをこの順で備え、メタルハードマスク40の開口部の位置において、その表面から金属含有膜34の表面まで貫通するホール42を備える積層物である。ホール42の内壁44は、エッチング停止層36、層間絶縁膜38及びメタルハードマスク40からなる断面壁44aと、露出された金属含有膜34からなる底壁44bとで構成され、ドライエッチング残渣物46が付着している。
なお、被処理物におけるメタルハードマスクは、被処理物が更に加工された後でバリアメタルとなってもよい。言い換えると、後の工程でバリアメタルとなる層を、ドライエッチング工程ではメタルハードマスクとして利用してもよい。つまり、バリアメタルをメタルハードマスクとして使用してもよい。
ここで、例えば、上記金属含有膜34及び上記メタルハードマスク40の少なくとも一方が第1金属含有物であるのが好ましい。中でも、上記金属含有膜34が第1金属含有物であり上記メタルハードマスク40が第2金属含有物であるか、又は、上記金属含有膜34が第2金属含有物であり上記メタルハードマスク40が第1金属含有物であるのが好ましい。
中でも、上記金属含有膜34が第1金属含有物であり上記メタルハードマスク40が第2金属含有物であるのが好ましい。
層間絶縁膜は公知の材料が使用できる。
ドライエッチング残渣物は、第1金属含有物を含有してもよい。
薬液と被処理物との接触方法は、第1態様で上述した通りである。
薬液と被処理物とを接触させることで、通常、被処理物上のドライエッチング残渣物が除去されると共に、第1金属含有物(好ましくは金属含有膜34)が溶解する。この際、第1金属含有物の溶解量に制限はない。第1金属含有物の溶解は、ホール42の底壁44bにおける金属含有膜34(第1金属含有物)の一部又は全部を除去するための意図的な溶解であってもよいよいし、薬液が第1金属含有物と接触したことで生じる不可避的な溶解であってもよい。
例えば、上述の第1態様、第2態様、又は、第3態様における被処理物の処理方法は、上記各態様の説明中で記載した手順の後に、更に、リンス工程を含有してもよい。
FPM、SPM、APM、及び、HPMとして好ましい条件は、例えば、上述の特定溶液として使用される、FPM、SPM、APM、及び、HPMとしての好ましい条件と同様である。
なお、フッ酸、硝酸、過塩素酸、及び、塩酸は、それぞれ、HF、HNO3、HClO4、及び、HClが、水に溶解した水溶液を意図する。
オゾン水、二酸化炭素水、及び、水素水は、それぞれ、O3、CO2、及び、H2を水に溶解させた水溶液を意図する。
リンス工程の目的を損なわない範囲で、これらのリンス液を混合して使用してもよい。
また、リンス液には有機溶剤が含まれていてもよい。
接触させる方法としては、タンクに入れたリンス液中に基板を浸漬する方法、基板上にリンス液を噴霧する方法、基板上にリンス液を流す方法、又はそれらの任意の組み合わせた方法で実施される。
処理の際のリンス液の温度は特に制限されないが、例えば、一般に、16~60℃が好ましく、18~40℃がより好ましい。リンス液として、SPMを用いる場合、その温度は90~250℃が好ましい。
乾燥時間は、用いる特定の方法に応じて変わるが、通例は30秒~数分程度である。
その他の工程としては、例えば、金属配線、ゲート構造、ソース構造、ドレイン構造、絶縁層、強磁性層及び/又は非磁性層等の各構造の形成工程(層形成、エッチング、化学機械研磨、変成等)、レジストの形成工程、露光工程及び除去工程、熱処理工程、洗浄工程、並びに、検査工程等が挙げられる。
本処理方法において、バックエンドプロセス(BEOL:Back end of the line)中で行っても、フロントエンドプロセス(FEOL:Front end of the line)中で行ってもよい。
なお、薬液の適用対象は、例えば、NAND、DRAM(Dynamic Random Access Memory)、SRAM(Static Random Access Memory)、ReRAM(Resistive Random Access Memory)、FRAM(登録商標)(Ferroelectric Random Access Memory)、MRAM(Magnetoresistive Random Access Memory)、又は、PRAM(Phase change Random Access Memory)等であってもよいし、ロジック回路又はプロセッサ等であってもよい。
下記表に記載の化合物(ヒドロキシルアミン化合物、キレート剤、特定化合物、pH調整剤、水等)を所定の配合で混合して、各試験に適用する薬液をそれぞれ調製した。
なお、pH調整剤を使用する場合、pH調整剤の添加量は、薬液が表に示した通りのpHになるように調整した。
表中に示した各成分の残部は水である。言い換えると、ヒドロキシルアミン化合物、キレート剤、特定化合物、及び、pH調整剤以外の成分は水である。
各原料はいずれも半導体グレードの高純度原料を使用し、必要に応じて、更に精製処理を実施した。
ただし、特定化合物は、合成品であり、精製処理を実施した上で、薬液に添加した。また、シス体とトランス体とが存在し得る特定化合物については、シス体とトランス体とが混在した状態で合成され、その状態で薬液に添加した。
薬液の調製に使用した特定化合物を以下に示す。
<溶解性評価>
図1に示す構造を有する被処理物Aを準備した。具体的には、本評価で使用される被処理物Aは、基板上に配置された絶縁膜中の穴部の側面に層状に配置されたチタン窒化物層(第2金属含有物に該当)と、穴部を充填する金属コバルト(第1金属含有物としてのコバルト含有物に該当)とを含む。
得られた被処理物AをSC-1(アンモニア28%:過酸化水素30%:水=1:2:30(質量比))に30℃で1分間浸漬した後、被処理物Aを表に記載の各薬液に室温にて30秒間浸漬する処理を1サイクルとして、金属コバルトが20nm溶解するまでにかかったサイクル数を求め、以下の基準に沿って評価した。サイクル数が少ないほど、薬液の溶解性が優れることを意味する。
「A」:サイクル数 1~5回
「B」:サイクル数 6~10回
「C」:サイクル数 11~15回
「D」:サイクル数 16~20回
「E」:サイクル数 21回以上
図2に示す構造を有する被処理物Bを準備した。具体的には、本評価で使用される被処理物Bは、基板上に配置された絶縁膜中の複数(100個以上)の穴部の側面に層状に配置されたチタン窒化物層(第2金属含有物に該当)と、穴部を充填する金属コバルト(第1金属含有物としてのコバルト含有物に該当)とを含む。
得られた被処理物BをSC-1(アンモニア28%:過酸化水素30%:水=1:2:30(質量比))に30℃で1分間浸漬した後、被処理物Bを表1に記載の各薬液に室温にて30秒間浸漬する処理を1サイクルとして、各薬液について上記(溶解性評価)にて被処理物Aの処理で求められた金属コバルトが20nm溶解するまでにかかったサイクルの数だけ被処理物Bを浸漬した。
得られた被処理物B中の金属コバルトが充填された穴部の断面を走査型顕微鏡(日立ハイテクノロジーズS-4800)にて50個観測し、各領域における金属コバルト部分の残存膜厚のばらつき(標準偏差)を算出し、以下の基準に沿って評価した。
「A」:1nm以下
「B」:1nm超3nm以下
「C」:3nm超5nm以下
「D」:5nm超10nm以下
「E」:10nm超
市販のシリコンウエハ(直径:12インチ)の一方の表面上に、CVD(Chemical Vapor Deposition)法により金属コバルト層を形成した基板をそれぞれ準備した。金属コバルト層の厚さは15nmとした。
得られた基板を、各薬液を満たした容器に入れ、薬液を撹拌して、金属コバルト層が消失するまでの時間の半分の時間、及び、30分間の、いずれか短い方の時間が経過した時点で除去処理を中断した。その後、処理後の、金属コバルト層の表面を走査型電子顕微鏡で観察して、被処理部の平滑性を下記基準で評価した。
B:金属コバルト層の表面が滑らかで、ラフネスがほぼ見られない(Aより低評価)。
C:金属コバルト層の表面にわずかに粗さがあるが、許容レベル(Bより低評価)。
D:金属コバルト層の表面に粗さがあるが、許容レベル(Cより低評価)。
E:金属コバルト層の表面が粗く、許容できないレベル。
金属コバルトが表面に配置されたシリコンウエハ又はチタン窒化物(TiN)が表面に配置されたシリコンウエハを測定用の電極として、各電極を表中の各薬液に浸漬して、ポテンショスタットガルバノスタット(プリンストンアプライドリサーチ VersaSTAT 4)を用いて得られるターフェルプロットより腐食電位を測定し、両者の差の絶対値を求めた。なお、腐食電位は、ターフェルプロットの曲線の変曲点の電位に該当する。
また、測定条件は以下の通りである。
電流範囲:±0.2 V(vs オープンサーキットポテンシャル)
走査レート:1.0 mV/s(0.5mV毎)
対電極:Pt
参照電極:Ag/AgCl
測定温度:25℃
一連の試験Xに使用した薬液の配合及び結果を表1に示す。
表1中、「ヒドロキシルアミン化合物」欄の「含有量(質量%)」、「特定化合物」欄の「含有量(質量%)」、及び、「キレート剤」欄の「含有量(質量%)」は、薬液の全質量に対する、それぞれの化合物の含有量(質量%)を意味する。
「比1」欄は特定化合物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を表す。
「比2」欄は特定化合物の含有量に対するキレート剤の含有量の質量比を表す。
「比3」欄は、2種以上の特定化合物を使用した場合における、2番目に含有量が多い特定化合物の含有量に対する、最も含有量が多い特定化合物の含有量の質量比を表す。ただし、実施例7の薬液においては、2番目に含有量が多い特定化合物の含有量と、最も含有量が多い特定化合物の含有量が実質的に同じ量であるため、比3は「1」である。
各マス中に記載の「E+数字」は、「×10数字」を表す。
また、特定化合物において、R1~R3のうち、1個が特定置換基であり、残りの2個が式(2)で表される基である場合、本発明の効果がより優れることが確認された。
(実施例1~5の結果等を参照)
(実施例16~18、24~26の結果等を参照)
(実施例3、11~16の結果等を参照)
(実施例19~23、26の結果等を参照)
(実施例3、20、28~35の結果等を参照)
(実施例21、24~26の結果等を参照)
(実施例6~10の結果等を参照)
コバルト(金属コバルト)を、ルテニウム(Ru)、モリブデン(Mo)、アルミ(Al)、又は、銅(Cu)に変更した以外は同様にして、上述の試験Xにおける、溶解性評価、バラツキ評価、平滑性(ラフネス)評価、及び、腐食電位差の測定を実施した。
なお、表2中における実施例の番号は、それぞれ、試験Xにおける表1中の対応する実施例で使用した薬液と同じ薬液を使用したことを示す。
例えば、試験Yにおける実施例3では、試験Xにおける実施例3で使用したのと同じ薬液を用いて試験した。
<残渣物除去性(洗浄性)の評価>
基板(Si)上に、金属コバルト層、SiN膜、SiO2膜、及び、所定の開口部を有するバリアメタル(TaN)をこの順で備える被処理物(処理前積層物)を形成した。得られた被処理物を使用し、バリアメタルをマスクとしてプラズマエッチング(ドライエッチング)を実施して、金属コバルト層が露出するまでSiN膜及びSiO2膜のエッチングを行い、ビアホールを形成し、試料1を製造した(図3参照)。この積層物の断面を走査型電子顕微鏡写真(SEM:Scanning Electron Microscope)で確認すると、ホール壁面にはプラズマエッチング残渣物(ドライエッチング残渣物)が認められた。
そして、下記の手順により、残渣物除去性を評価した。まず、60℃に調温した各薬液に、用意した上記試料1の切片(約2.0cm×2.0cm)を浸漬(処理)し、所定時間の経過後に試料1の切片を取り出し、直ちに超純水で水洗、N2乾燥を行った。
浸漬後の試料1の切片表面をSEMで観察し、プラズマエッチング残渣物の除去性(「残渣物除去性」)について、下記の判断基準にしたがって評価を行った。
「A」:5分以内にプラズマエッチング残渣物が完全に除去された。
「B」:5分超、8分以下でプラズマエッチング残渣物が完全に除去された。
「C」:8分時点でプラズマエッチング残渣物が完全に除去されていなかった。
浸漬後の試料1の切片表面をSEMで観察し、プラズマエッチング残渣物が完全に除去されるまで処理を行った前後における、バリアメタル(TaN)の膜厚の減少量を、下記基準に照らしてTaN部材耐性を評価した。膜厚の減少が少ないほど、薬液は、TaNに対する部材耐性が良好であると評価できる。なお、処理前におけるバリアメタル(TaN)の膜厚は3.0nmであった。
「A」:処理の前後でバリアメタルの膜厚の減少量が0.5nm以下だった。
「B」:処理の前後でバリアメタルの膜厚の減少量が0.5nm超だった。
また、浸漬後の試料1における100個のビアホールをSEMで観察したところ、プラズマエッチング残渣物が完全に除去されるまでの間に、上記ビアホール底部に露出していた金属コバルト層が溶解した溶解量のバラツキは、試験Xの結果に示したのと同様の傾向であった。
なお、表3中における実施例の番号は、それぞれ、試験Xにおける対応する実施例で使用した薬液と同じ薬液を使用したことを示す。
例えば、試験Zにおける実施例3では、試験Xにおける実施例3で使用したのと同じ薬液を用いて試験した。
また、薬液がキレート剤を含有する場合、残渣除去性がより優れることが確認された。
12 基板
14 絶縁膜
16 第2金属含有物部
18 第1金属含有物部
30 被処理物
32 基板
34 金属含有膜
36 エッチング停止層
38 層間絶縁膜
40 メタルハードマスク
42 ホール
46 ドライエッチング残渣物
44 内壁
44a 断面壁
44b 底壁
Claims (28)
- 水と、
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ヒドロキシルアミン化合物と、
式(1)で表される特定化合物を含有し、
コバルト、ルテニウム、モリブデン、アルミニウム、及び、銅からなる群から選択される金属を含有する第1金属含有物を含有する被処理物に接触させて、前記第1金属含有物を溶解するために使用される、薬液。
ただし、R1~R3のうち、1又は2個は、-CO-NH-を含有する特定置換基を表す。
R1とR2とは、互いに結合して、置換基を有してもよい単環の芳香環を形成してもよい。
R1とR2とが、互いに結合して、置換基を有してもよい単環の芳香環を形成する場合、R3は前記特定置換基を表す。
R 1 とR 2 とが、互いに結合して、置換基を有してもよい単環の芳香環を形成しない場合、R 1 ~R 3 のうち、1又は2個が式(2)で表される基を表す。
-L 2 -COOH (2)
式(2)中、L 2 は、単結合又は-CO-NH-を含有しない2価の連結基を表す。 - 前記薬液中、前記特定化合物の含有量が、前記薬液の全質量に対して、0.1質量ppm~10質量%である、請求項1に記載の薬液。
- 前記薬液中、前記特定化合物の含有量が、前記薬液の全質量に対して、0.01~1質量%である、請求項1又は2に記載の薬液。
- 前記薬液が、2種以上の前記特定化合物を含有し、
前記薬液中、2番目に含有量が多い前記特定化合物の含有量に対する、最も含有量が多い前記特定化合物の含有量の質量比が、500以下である、請求項1~3のいずれか1項に記載の薬液。 - 前記薬液が、2種以上の前記特定化合物を含有し、
前記薬液中、2番目に含有量が多い前記特定化合物の含有量に対する、最も含有量が多い前記特定化合物の含有量の質量比が、50以下である、請求項1~4のいずれか1項に記載の薬液。 - 前記特定置換基が、-CO-NH-OHを含有する基である、請求項1~5のいずれか1項に記載の薬液。
- R1~R3のうち、1個が前記特定置換基を表し、
残りの2個が前記式(2)で表される基を表す、請求項1~6のいずれか1項に記載の薬液。 - 前記薬液中、前記ヒドロキシルアミン化合物の含有量が、前記薬液の全質量に対して、0.1~18質量%である、請求項1~7のいずれか1項に記載の薬液。
- 前記薬液中、前記特定化合物の含有量に対する、前記ヒドロキシルアミン化合物の含有量の質量比が、2.0×10-4~1.5×105である、請求項1~8のいずれか1項に記載の薬液。
- 前記特定化合物以外の化合物であるキレート剤を含有する、請求項1~9のいずれか1項に記載の薬液。
- 前記薬液中、前記キレート剤の含有量が、前記薬液の全質量に対して、0.1~15質量%である、請求項10に記載の薬液。
- 前記薬液中、前記キレート剤の含有量が、前記薬液の全質量に対して、0.2質量%超1質量%以下である、請求項10又は11に記載の薬液。
- 前記薬液中、前記特定化合物の含有量に対する、前記キレート剤の含有量の質量比が、1.0×100~5.0×105である、請求項10~12のいずれか1項に記載の薬液。
- 前記薬液中、前記特定化合物の含有量に対する、前記キレート剤の含有量の質量比が、7.0×100~5.0×101である、請求項10~13のいずれか1項に記載の薬液。
- 前記キレート剤が、カルボン酸基、ホスホン酸基、及び、スルホン酸基からなる群から選択される官能基を有する、請求項10~14のいずれか1項に記載の薬液。
- 前記キレート剤が、クエン酸、ジエチレントリアミン五酢酸、エチレンジアミン四酢酸、トランス-1,2-ジアミノシクロヘキサン四酢酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、メタンスルホン酸、1-ヒドロキシエチリデン-1,1-ジホスホン酸、及び、ニトリロトリスメチレンホスホン酸からなる群から選択される、請求項10~15のいずれか1項に記載の薬液。
- 前記キレート剤が、クエン酸である、請求項10~16のいずれか1項に記載の薬液。
- 前記第1金属含有物が、コバルト、ルテニウム、モリブデン、アルミニウム、及び、銅からなる群から選択される、
1種の金属の、単体、酸化物、若しくは、窒化物であるか、又は、
2種以上の金属の、合金、複合酸化物、若しくは、複合窒化物である、請求項1~17のいずれか1項に記載の薬液。 - 前記第1金属含有物が、コバルト単体、コバルト合金、コバルト酸化物、又は、コバルト窒化物である、請求項1~18のいずれか1項に記載の薬液。
- 前記被処理物が、前記第1金属含有物を少なくとも2種含有するか、又は、
前記被処理物が、前記第1金属含有物と、前記第1金属含有物とは異なる材料である、金属を含有する第2金属含有物とを含有する、請求項1~19のいずれか1項に記載の薬液。 - 前記被処理物が、前記第1金属含有物を少なくとも2種含有し、前記2種の前記第1金属含有物の、前記薬液中における腐食電位の差の絶対値が0.3V以下であるか、又は、
前記被処理物が、前記第1金属含有物と前記第2金属含有物とを含有し、前記第1金属含有物の前記薬液中における腐食電位と、前記第2金属含有物の前記薬液中における腐食電位との差の絶対値が0.3V以下である、請求項20に記載の薬液。 - 前記第2金属含有物が、チタン、及び、タンタルからなる群から選択される、
1種の金属の、単体、酸化物、若しくは、窒化物であるか、又は、
2種の金属の、合金、複合酸化物、若しくは、複合窒化物である、請求項20又は21に記載の薬液。 - 前記第2金属含有物が、チタン単体、チタン酸化物、又は、チタン窒化物である、請求項20~22のいずれか1項に記載の薬液。
- コバルト、ルテニウム、モリブデン、アルミニウム、及び、銅からなる群から選択される金属を含有する第1金属含有物を含有する被処理物と、請求項1~23のいずれか1項に記載の薬液とを接触させて、前記第1金属含有物を溶解させる、被処理物の処理方法。
- 前記第1金属含有物、及び、前記第1金属含有物とは異なる材料である、金属を含有する第2金属含有物を含有する前記被処理物と、前記薬液とを接触させて、前記第1金属含有物を溶解させる工程Aと、
前記工程Aの前又は後に、前記被処理物と、アンモニア及び過酸化水素水の混合水溶液、フッ酸及び過酸化水素水の混合水溶液、硫酸及び過酸化水素水の混合水溶液、並びに、塩酸及び過酸化水素水の混合水溶液からなる群から選択される溶液とを接触させて、前記第2金属含有物を溶解させる工程Bと、を有する請求項24に記載の被処理物の処理方法。 - 前記工程Aと前記工程Bとを交互に繰り返し実施する、請求項25に記載の被処理物の処理方法。
- 前記薬液の温度が、20~75℃である、請求項24~26のいずれか1項に記載の被処理物の処理方法。
- 請求項1~23のいずれか1項に記載の薬液を、
コバルト、ルテニウム、モリブデン、アルミニウム、及び、銅からなる群から選択される金属を含有する第1金属含有物、及び、表面上にドライエッチング残渣物を含有する被処理物に接触させて、
前記第1金属含有物を溶解させると共に、前記被処理物の表面上の前記ドライエッチング残渣物を除去する、被処理物の処理方法。
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