JP7286807B2 - 洗浄方法、洗浄液 - Google Patents
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Description
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(例えば、メタルハードマスクに由来するチタン系金属等の金属成分、又はフォトレジスト膜に由来する有機成分)が残存することがある。
これらの残渣物は、配線間を短絡し、半導体の電気的な特性に影響を及ぼし得ることから、半導体基板の表面からこれらの残渣物を除去する洗浄工程が行われることが多い。
研磨粒子を含む研磨液を用いて化学機械研磨処理が施された半導体基板を、洗浄液を用いて洗浄する洗浄工程を含む、半導体基板の洗浄方法であって、上記半導体基板が、金属を含み、上記洗浄液の25℃におけるpHが7超であり、上記洗浄液は、キレート剤と、第1級アミン、第2級アミン及び第3級アミンからなる群より選択される少なくとも1種であり、且つ、共役酸の第1酸解離定数が8.0以上である成分Aと、防食剤と、を含み、下記条件1を満たす、洗浄方法。
条件1:後述する試験方法1で得られる接触角比率と後述する試験方法2で得られる特定凝集度との積が、15以下である。
〔2〕
試験方法2において測定された第2接触角が30°以下である、〔1〕に記載の洗浄方法。
〔3〕
試験方法2において測定された研磨粒子の平均2次粒子径が100nm以下である、〔1〕又は〔2〕に記載の洗浄方法。
〔4〕
試験方法2において算出された上記特定凝集度が、1~10である、〔1〕~〔3〕のいずれか1項に記載の洗浄方法。
〔5〕
上記洗浄液のpHが8.0~12.0である、〔1〕~〔4〕のいずれか1項に記載の洗浄方法。
〔6〕
上記成分Aが、アミノアルコールを含む、〔1〕~〔5〕のいずれか1項に記載の洗浄方法。
〔7〕
上記アミノアルコールが第1級アミノ基を有する、〔6〕に記載の洗浄方法。
〔8〕
上記防食剤の含有量に対する上記アミノアルコールの含有量の質量比が、1~100である、〔6〕又は〔7〕に記載の洗浄方法。
〔9〕
上記防食剤が、後述する式(1)で表される化合物B及び含窒素へテロ芳香族化合物からなる群より選択される少なくとも1種を含む、〔1〕~〔8〕のいずれか1項に記載の洗浄方法。
〔10〕
上記含窒素へテロ芳香族化合物が、ピラゾール環を有する化合物又はピリミジン環を有する化合物を含む、〔9〕に記載の洗浄方法。
〔11〕
上記キレート剤が、ホスホン酸系キレート剤及びアミノポリカルボン酸系キレート剤からなる群より選択される少なくとも1種を含む、〔1〕~〔10〕のいずれか1項に記載の洗浄方法。
〔12〕
上記防食剤の含有量に対する上記キレート剤の含有量の質量比が、0.01~20である、〔1〕~〔11〕のいずれか1項に記載の洗浄方法。
〔13〕
上記洗浄液が、2種以上の還元剤を更に含む、〔1〕~〔12〕のいずれか1項に記載の洗浄方法。
〔14〕
上記洗浄液が、非対称構造を有する第4級アンモニウム化合物を更に含む、〔1〕~〔13〕のいずれか1項に記載の洗浄方法。
〔15〕
上記洗浄液に含まれる水の含有量が、上記洗浄液の全質量に対して60~99質量%である、〔1〕~〔14〕のいずれか1項に記載の洗浄方法。
〔16〕
研磨粒子を含む研磨液を用いて化学機械研磨処理が施された半導体基板用の洗浄液であって、上記洗浄液の25℃におけるpHが7超であり、キレート剤と、第1級アミン、第2級アミン及び第3級アミンからなる群より選択される少なくとも1種であり、且つ、共役酸の第1酸解離定数が8.0以上である成分Aと、防食剤と、水と、を含み、水の含有量が、上記洗浄液の全質量に対して60~99質量%であり、下記条件1を満たす、洗浄方法。
条件1:後述する試験方法1で得られる接触角比率と後述する試験方法2で得られる特定凝集度との積が、15以下である。
〔17〕
研磨粒子を含む研磨液を用いて化学機械研磨処理が施された半導体基板用の洗浄液であって、上記洗浄液の25℃におけるpHが7超であり、キレート剤と、第1級アミン、第2級アミン及び第3級アミンからなる群より選択される少なくとも1種であり、且つ、共役酸の第1酸解離定数が8.0以上である成分Aと、防食剤と、水と、を含み、水の含有量が、上記洗浄液の全質量に対して60~99質量%であり、下記条件1を満たす、洗浄液。
条件1:後述する試験方法1で得られる接触角比率と後述する試験方法2で得られる特定凝集度との積が、15以下である。
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。
本明細書において、「ppm」は「parts-per-million(10-6)」を意味し、「ppb」は「parts-per-billion(10-9)」を意味する。
本明細書に記載の化合物において、特に限定が無い場合は、異性体(原子数が同じであるが構造が異なる化合物)、光学異性体及び同位体が含まれていてもよい。また、異性体及び同位体は、1種のみが含まれていてもよいし、複数種含まれていてもよい。
本明細書においてpsiとは、pound-force per square inch;重量ポンド毎平方インチを意図し、1psi=6894.76Paを意図する。
このような洗浄方法により本発明の効果が得られる詳細なメカニズムは不明であるが、CMP処理により、研磨液に含まれる研磨粒子が金属膜の研磨によって生じた金属(例えば、銅、タングステン及び/又はコバルト)と接触して、凝集度のより高い研磨粒子が形成されるところ、この凝集した研磨粒子が金属膜に付着し、洗浄工程における研磨粒子の除去性能に影響を及ぼすことがわかった。そこで、CMP処理が施された半導体基板の洗浄において、金属膜の表面の接触角を調整することにより、表面電位の点で凝集した研磨粒子を金属膜に付着し難くするとともに、研磨粒子の凝集を解いて研磨粒子の粒子径をより小さく、研磨粒子の親水性をより高くすることにより、洗浄液中での研磨粒子の分散性を向上し、研磨粒子を金属膜に付着し難くすることで、結果として、金属膜の表面における研磨粒子の除去性能が向上したものと、本発明者は推測している。
以下、本発明の洗浄方法について詳細に説明する。
本発明の洗浄方法に使用する洗浄液(以下、単に「洗浄液」とも記載する。)は、キレート剤と、成分Aと、防食剤と、を含む。また、洗浄液の25℃におけるpHが7超であり、アルカリ性を示す。
以下、洗浄液に含まれる各成分について、説明する。
洗浄液は、キレート剤を含む。
洗浄液に用いるキレート剤は、半導体基板の洗浄工程において、研磨粒子等の残渣物に含まれる金属とキレート化する機能を有する化合物である。なかでも、1分子中に金属イオンと配位結合する官能基(配位基)を2つ以上有する化合物が好ましい。
洗浄液に用いるキレート剤は、配位基として酸基を有することが好ましく、カルボキシル基又はホスホン酸基を有することがより好ましい。
有機系キレート剤は、有機化合物からなるキレート剤であり、例えば、配位基としてカルボキシル基を有するカルボン酸系キレート剤、配位基としてホスホン酸基を有するホスホン酸系キレート剤及び配位基としてアミノ基のみを有するポリアミン系キレート剤が挙げられる。
無機系キレート剤としては、リン酸系キレート剤が挙げられる。
また、キレート剤の炭素数は、15以下が好ましく、12以下がより好ましく、8以下が更に好ましい。下限は特に制限されないが、2以上が好ましい。
カルボン酸系キレート剤は、分子内に配位基としてカルボキシル基を有するキレート剤であり、例えば、アミノポリカルボン酸系キレート剤、アミノ酸系キレート剤、ヒドロキシカルボン酸系キレート剤及び脂肪族カルボン酸系キレート剤が挙げられる。
なかでも、DTPA、EDTA、CyDTA又はIDAが好ましく、DTPAがより好ましい。
なかでも、グリシン、ヒスチジン、システイン、アルギニン、メチオニン、サルコシン又はアラニンが好ましく、グリシンがより好ましい。
ホスホン酸系キレート剤は、分子内に少なくとも1つのホスホン酸基を有するキレート剤である。ホスホン酸系キレート剤としては、例えば、下記式(P1)、式(P2)及び式(P3)で表される化合物が挙げられる。
式(P1)におけるR1としては、炭素数1~6のアルキル基が好ましく、メチル基、エチル基、n-プロピル基、又はイソプロピル基がより好ましい。
なお、本明細書に記載するアルキル基の具体例において、n-はnormal-体を表す。
式(P1)におけるXとしては、ヒドロキシ基が好ましい。
R2で表されるアルキレン基としては、炭素数1~6の直鎖状又は分岐鎖状のアルキレン基が好ましく、炭素数1~4の直鎖状又は分岐鎖状のアルキレン基がより好ましく、エチレン基が更に好ましい。
式(P2)及び(P4)においてR3で表されるアルキレン基としては、炭素数1~10の直鎖状もしくは分岐鎖状のアルキレン基が挙げられ、炭素数1~4の直鎖状又は分岐鎖状のアルキレン基が好ましく、メチレン基又はエチレン基がより好ましい。
式(P2)及び(P4)におけるQとしては、-R3-PO3H2が好ましい。
式(P2)におけるYとしては、-R3-PO3H2又は式(P4)で表される基が好ましく、式(P4)で表される基がより好ましい。
式(P3)におけるnとしては、1又は2が好ましい。
Z1~Z5で表されるホスホン酸基を有するアルキル基におけるホスホン酸基の数としては、1つ又は2つが好ましく、1つがより好ましい。
Z1~Z5で表されるホスホン酸基を有するアルキル基としては、例えば、炭素数1~4の直鎖状又は分岐鎖状であって、ホスホン酸基を1つ又は2つ有するアルキル基が挙げられ、(モノ)ホスホノメチル基、又は(モノ)ホスホノエチル基が好ましく、(モノ)ホスホノメチル基がより好ましい。
式(P3)におけるZ1~Z5としては、Z1~Z4及びn個のZ5のすべてが、上記のホスホン酸基を有するアルキル基であることが好ましい。
また、ホスホン酸系キレート剤の炭素数は、15以下が好ましく、12以下がより好ましく、8以下が更に好ましい。下限は特に制限されず、3以上が好ましい。
ホスホン酸系キレート剤としては、上記の式(P1)、式(P2)及び式(P3)で表されるホスホン酸系キレート剤のそれぞれにおいて好適な具体例として挙げた化合物が好ましく、HEDPO、NTPO、EDTPO、又はDEPPOがより好ましく、HEDPOが更に好ましい。
また、市販のホスホン酸系キレート剤には、ホスホン酸系キレート剤以外に、蒸留水、脱イオン水及び超純水等の水を含むものもあるが、このような水を含んでいるホスホン酸系キレート剤を使用しても何ら差し支えない。
ポリアミン系キレート剤は、分子内に配位基としてアミノ基のみを有するキレート剤である。
ポリアミン系キレート剤としては、例えば、エチレンジアミン(EDA)、1,3-プロパンジアミン(PDA)、1,2-プロパンジアミン、1,3-ブタンジアミン及び1,4-ブタンジアミン等の低級アルキレンジアミン、並びに、ジエチレントリアミン(DETA)、トリエチレンテトラミン(TETA)、ビス(アミノプロピル)エチレンジアミン(BAPEDA)及びテトラエチレンペンタミン等のポリアルキルポリアミンが挙げられる。
なかでも、低級アルキレンジアミンが好ましく、1,4-ブタンジアミンがより好ましい。
ビグアニド化合物が有するビグアニド基の数は特に制限されず、複数のビグアニド基を有していてもよい。
ビグアニド化合物としては、特表2017-504190号公報の段落[0034]~[0055]に記載の化合物が挙げられ、この内容は本明細書に組み込まれる。
ビグアニド基を有する化合物の塩としては、塩酸塩、酢酸塩又はグルコン酸塩が好ましい。
無機系キレート剤であるリン酸系キレート剤としては、例えば、縮合リン酸及びその塩が挙げられ、より具体的には、ピロリン酸及びその塩、メタリン酸及びその塩、トリポリリン酸及びその塩、並びにヘキサメタリン酸及びその塩が挙げられる。
洗浄液におけるキレート剤の含有量は、特に制限されないが、研磨粒子の除去性能により優れる点で、洗浄液の全質量に対して、0.05質量%以上が好ましく、0.1質量%以上がより好ましく、0.2質量%以上が更に好ましい。上限値は特に制限されないが、金属基板の腐食防止性能に優れる点で、洗浄液の全質量に対して、10質量%以下が好ましく、5質量%以下がより好ましく、3質量%以下が更に好ましい。
また、キレート剤の含有量は、洗浄液中の溶剤を除いた成分の合計質量に対して、0.5質量%以上が好ましく、1.0質量%以上がより好ましく、2.0質量%以上が更に好ましい。上限値は特に制限されないが、洗浄液中の溶剤を除いた成分の合計質量に対して、50質量%以下が好ましく、20質量%以下がより好ましく、10質量%以下が更に好ましい。
なお、本明細書において、「洗浄液中の溶剤を除いた成分の合計質量」とは、溶剤以外の洗浄液に含まれる全ての成分の含有量の合計を意味する。また、単なる「溶剤」との表記は、水及び有機溶剤の両者を含む。
洗浄液に含まれる成分Aは、分子内に第1級アミノ基(-NH2)を有する第1級アミン、分子内に第2級アミノ基(>NH)を有する第2級アミン及び分子内に第3級アミノ基(>N-)を有する第3級アミンからなる群より選択される少なくとも1種であり、且つ、共役酸の第1酸解離定数(以下「pKa1」とも記載する)が8.0以上である、アミン化合物である。
なお、本明細書においては、上記のキレート剤又は後述する腐食防止剤に含まれる化合物は、成分Aに含まれない。
第1級~第3級アミンの塩としては、例えば、Cl、S、N及びPからなる群より選択される少なくとも1種の非金属が水素と結合してなる無機酸の塩が挙げられ、塩酸塩、硫酸塩、又は硝酸塩が好ましい。
成分AのpKa1は、9.0以上が好ましく、9.5以上がより好ましい。上限は特に制限されないが、12.0以下が好ましい。
なお、本明細書において共役酸の第1酸解離定数(pKa1)は、SC-Database(http://acadsoft.co.uk/scdbase/SCDB_software/scdb_download.htm)を使用して計算された値である。
アミノアルコールは、第1級~第3級アミンのうち、分子内に少なくとも1つのヒドロキシルアルキル基を更に有する化合物である。アミノアルコールは、第1級~第3級アミノ基のいずれを有していてもよいが、第1級アミノ基を有することが好ましい。
なかでも、AMP、N-MAMP、MEA、DEA又はTrisが好ましく、AMP又はMEAがより好ましい。
脂環式アミン化合物は、環を構成する原子の少なくとも1つが窒素原子である非芳香性の複素環を有する化合物であれば、特に制限されない。
脂環式アミン化合物としては、例えば、ピペラジン化合物及び環状アミジン化合物が挙げられる。
ピペラジン化合物は、ピペラジン環上に置換基を有してもよい。そのような置換基としては、例えば、ヒドロキシ基、ヒドロキシ基を有していてもよい炭素数1~4のアルキル基及び炭素数6~10のアリール基が挙げられる。
環状アミジン化合物が有する上記のヘテロ環の環員数は、特に制限されないが、5又は6個が好ましく、6個がより好ましい。
環状アミジン化合物としては、例えば、ジアザビシクロウンデセン(1,8-ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデカ-7-エン:DBU)、ジアザビシクロノネン(1,5-ジアザビシクロ[4.3.0]ノナ-5-エン:DBN)、3,4,6,7,8,9,10,11-オクタヒドロ-2H-ピリミド[1.2-a]アゾシン、3,4,6,7,8,9-ヘキサヒドロ-2H-ピリド[1.2-a]ピリミジン、2,5,6,7-テトラヒドロ-3H-ピロロ[1.2-a]イミダゾール、3-エチル-2,3,4,6,7,8,9,10-オクタヒドロピリミド[1.2-a]アゼピン及びクレアチニンが挙げられる。
アミノアルコール及び脂環式アミン化合物以外のモノアミン化合物としては、例えば、ベンジルアミン、n-ブチルアミン、3-メトキシプロピルアミン、tert-ブチルアミン、n-ヘキシルアミン、シクロヘキシルアミン、n-オクチルアミン、2-エチルヘキシルアミン及び4-(2-アミノエチル)モルホリン(AEM)が挙げられる。
洗浄液における成分Aの含有量は、特に制限されないが、研磨粒子の除去性能により優れる点で、洗浄液の全質量に対して、0.5質量%以上が好ましく、1質量%以上がより好ましく、2質量%以上が更に好ましい。上限値は特に制限されないが、金属基板の腐食防止性に優れる点で、洗浄液の全質量に対して、20質量%以下が好ましく、10質量%以下がより好ましく、5質量%以下が更に好ましい。
また、成分Aの含有量は、洗浄液中の溶剤を除いた成分の合計質量に対して、10質量%以上が好ましく、40質量%以上がより好ましく、60質量%以上が更に好ましい。上限値は特に制限されないが、洗浄液中の溶剤を除いた成分の合計質量に対して、99質量%以下が好ましく、98質量%以下がより好ましく、95質量%以下が更に好ましい。
洗浄液は、防食剤を含む。
洗浄液に用いる防食剤としては、半導体基板の洗浄工程において、CMPで研磨された半導体基板の研磨面(特に、銅、タングステン又はコバルトを含む金属膜の研磨面)の腐食を防止する機能を有する化合物であれば、特に制限されない。
防食剤としては、例えば、後述する式(1)で表される化合物B、含窒素へテロ芳香族化合物、還元剤及び第4級アンモニウム化合物が挙げられる。
化合物Bは、下記式(1)で表される化合物である。
X3~X6は、それぞれ独立に水素原子又は置換基を表し、X3~X6の少なくとも1つが親水性基を表す。
また、X3~X6のうち隣り合う2つが互いに結合して、置換基を有してもよい環を形成してもよい。
置換基としては、例えば、炭素数1~6のアルキル基及び親水性基が挙げられる。炭素数1~6のアルキル基は、直鎖状、分岐鎖状及び環状のいずれであってもよい。
X3~X6のうち隣り合う2つが互いに結合して形成される環としては、例えば、芳香環(単環でも多環でもよい。好ましくは、ベンゼン環又はピリジン環)が挙げられる。上記環が有する置換基としては、炭素数1~6のアルキル基及び親水性基が挙げられ、カルボキシル基、アミノ基又はヒドロキシ基が好ましい。
なかでも、4-スルホフタル酸、5-スルホサリチル酸、2,5-ジヒドロキシ安息香酸、5-アミノサリチル酸、4-ヒドロキシイソフタル酸、5-ヒドロキシアントラニン酸、2,5-ジアミノ安息香酸、5-スルホアントラニン酸、アミドール、3-アミノ-4-ヒドロキシ安息香酸又は3-アミノ-4-ヒドロキシベンゼンスルホン酸が好ましく、4-スルホフタル酸、5-スルホサリチル酸、2,5-ジヒドロキシ安息香酸又は5-スルホアントラニン酸がより好ましい。
洗浄液が化合物Bを含む場合、本発明の効果がより優れる点で、化合物Bの含有量は、洗浄液の全質量に対して、0.001~10質量%が好ましく、0.01~5質量%がより好ましく、0.01~3質量%が更に好ましい。
また、洗浄液が化合物Bを含む場合、化合物Bの含有量は、洗浄液中の溶剤を除いた成分の合計質量に対して、0.01~50質量%が好ましく、0.1~30質量%がより好ましく、0.2~15質量%が更に好ましい。
含窒素へテロ芳香族化合物は、環を構成する原子の少なくとも1つが窒素原子であるヘテロ芳香環(含窒素ヘテロ芳香環)を有する化合物であれば、特に制限されない。
含窒素へテロ芳香族化合物としては、特に制限されないが、例えば、アゾール化合物、ピリジン化合物、ピラジン化合物及びピリミジン化合物が挙げられる。
また、アゾール化合物は、ヘテロ5員環上に置換基を有してもよい。そのような置換基としては、例えば、ヒドロキシ基、カルボキシル基、メルカプト基、アミノ基、アミノ基を有していてもよい炭素数1~4のアルキル基及び2-イミダゾリル基が挙げられる。
アゾール化合物としては、例えば、イミダゾール化合物、ピラゾール化合物、チアゾール化合物、トリアゾール化合物及びテトラゾール化合物が挙げられる。
イミダゾール化合物としては、例えば、イミダゾール、1-メチルイミダゾール、2-メチルイミダゾール、5-メチルイミダゾール、1,2-ジメチルイミダゾール、2-メルカプトイミダゾール、4,5-ジメチル-2-メルカプトイミダゾール、4-ヒドロキシイミダゾール、2,2’-ビイミダゾール、4-イミダゾールカルボン酸、ヒスタミン、ベンゾイミダゾール及び2-アミノベンゾイミダゾールが挙げられる。
ピラゾール化合物としては、例えば、ピラゾール、4-ピラゾールカルボン酸、1-メチルピラゾール、3-メチルピラゾール、3-アミノ-5-ヒドロキシピラゾール、3-アミノ-5-メチルピラゾール、3-アミノピラゾール及び4-アミノピラゾールが挙げられる。
チアゾール化合物としては、例えば、2,4-ジメチルチアゾール、ベンゾチアゾール及び2-メルカプトベンゾチアゾールが挙げられる。
トリアゾール化合物としては、例えば、1,2,4-トリアゾ-ル、3-メチル-1,2,4-トリアゾ-ル、3-アミノ-1,2,4-トリアゾール、1,2,3-トリアゾ-ル、1-メチル-1,2,3-トリアゾ-ル、ベンゾトリアゾール、1-ヒドロキシベンゾトリアゾール、1-ジヒドロキシプロピルベンゾトリアゾール、2,3-ジカルボキシプロピルベンゾトリアゾール、4-ヒドロキシベンゾトリアゾール、4-カルボキシベンゾトリアゾール及び5-メチルベンゾトリアゾールが挙げられる。
テトラゾール化合物としては、例えば、1H-テトラゾール(1,2,3,4-テトラゾ-ル)、5-メチル-1,2,3,4-テトラゾ-ル、5-アミノ-1,2,3,4-テトラゾ-ル、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及び1-(2-ジメチルアミノエチル)-5-メルカプトテトラゾールが挙げられる。
ピリジン化合物としては、具体的には、ピリジン、3-アミノピリジン、4-アミノピリジン、3-ヒドロキシピリジン、4-ヒドロキシピリジン、2-アセトアミドピリジン、2-シアノピリジン、2-カルボキシピリジン及び4-カルボキシピリジンが挙げられる。
ピリミジン化合物としては、例えば、ピリミジン、2-メチルピリミジン、2-アミノピリミジン、4,6-ジメチルピリミジン及びアデニンが挙げられ、2-アミノピリミジン又はアデニンが好ましい。
ピラジン化合物としては、例えば、ピラジン、2-メチルピラジン、2,5-ジメチルピラジン、2,3,5-トリメチルピラジン、2,3,5,6-テトラメチルピラジン、2-エチル-3-メチルピラジン及び2-アミノ-5-メチルピラジンが挙げられる。
洗浄液が含窒素へテロ芳香族化合物を含む場合、洗浄液における含窒素へテロ芳香族化合物の含有量は、特に制限されないが、洗浄液の全質量に対して、0.01~10質量%が好ましく、0.05~5質量%がより好ましい。
また、洗浄液が含窒素へテロ芳香族化合物を含む場合、その含有量は、洗浄液中の溶剤を除いた成分の合計質量に対して、0.1~30質量%が好ましく、0.5~10質量%がより好ましい。
還元剤は、酸化作用を有し、洗浄液に含まれるOH-イオン又は溶存酸素を酸化する機能を有する化合物であり、脱酸素剤とも称される。
洗浄液に用いる還元剤は特に制限されないが、例えば、ヒドロキシルアミン化合物、アスコルビン酸化合物、カテコール化合物及び還元性硫黄化合物が挙げられる。
洗浄液は、還元剤としてヒドロキシルアミン化合物を含んでいてもよい。
ヒドロキシルアミン化合物は、ヒドロキシルアミン(NH2OH)、ヒドロキシルアミン誘導体及びそれらの塩からなる群より選択される少なくとも1種を意味する。
また、ヒドロキシルアミン誘導体とは、ヒドロキシルアミン(NH2OH)に少なくとも1つの有機基が置換されてなる化合物を意味する。
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、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ってもよい。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としては、Cl、S、N及びPからなる群より選択される少なくとも1種の非金属が水素と結合してなる無機酸の塩が好ましく、塩酸塩、硫酸塩、又は硝酸塩がより好ましい。
式(2)におけるR6及びR7としては、炭素数1~6のアルキル基が好ましく、エチル基又はn-プロピル基がより好ましく、エチル基が更に好ましい。
ヒドロキシルアミン化合物は、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。また、ヒドロキシルアミン化合物は、市販のものを用いてもよいし、公知の方法によって適宜合成したものを用いてもよい。
洗浄液は、還元剤としてアスコルビン酸化合物を含んでいてもよい。
アスコルビン酸化合物は、アスコルビン酸(好ましくはL-アスコルビン酸)、アスコルビン酸誘導体及びそれらの塩からなる群より選択される少なくとも1種を意味する。
アスコルビン酸誘導体としては、例えば、アスコルビン酸リン酸エステル及びアスコルビン酸硫酸エステルが挙げられる。
洗浄液は、還元剤としてカテコール化合物を含んでいてもよい。
カテコール化合物は、ピロカテコール(ベンゼン-1,2-ジオール)及びカテコール誘導体からなる群より選択される少なくとも1種を意味する。
カテコール誘導体とは、ピロカテコールに少なくとも1つの置換基が置換されてなる化合物を意味する。カテコール誘導体が有する置換基としては、ヒドロキシ基、カルボキシル基、カルボン酸エステル基、スルホ基、スルホン酸エステル基、アルキル基(炭素数1~6が好ましく、炭素数1~4がより好ましい)及びアリール基(フェニル基が好ましい)が挙げられる。カテコール誘導体が置換基として有するカルボキシル基及びスルホ基は、カチオンの塩であってもよい。また、カテコール誘導体が置換基として有するアルキル基及びアリール基は、更に置換基を有していてもよい。
洗浄液は、還元剤として還元性硫黄化合物を含んでいてもよい。
還元性硫黄化合物は、硫黄原子を含有し、還元剤としての機能を有する化合物であれば特に制限されないが、例えば、メルカプトコハク酸、ジチオジグリセロール、ビス(2,3-ジヒドロキシプロピルチオ)エチレン、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、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、チオグリコール酸及び3-メルカプト-1-プロパノールが挙げられる。
なかでも、SH基を有する化合物(メルカプト化合物)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。
洗浄液が還元剤を含む場合、還元剤の含有量は特に制限されないが、洗浄液の全質量に対して、0.1~20質量%が好ましく、0.2~5質量%がより好ましい。
また、洗浄液が還元剤を含む場合、その含有量は、洗浄液中の溶剤を除いた成分の合計質量に対して、1.0~50質量%が好ましく、3.0~30質量%がより好ましい。
なお、これらの還元剤は、市販のものを用いてもよいし、公知の方法に従って合成したものを用いてもよい。
第4級アンモニウム化合物は、窒素原子に4つの炭化水素基(好ましくはアルキル基)が置換してなる第4級アンモニウムカチオンを有する化合物であれば、特に制限されない。第4級アンモニウム化合物としては、例えば、第4級アンモニウム水酸化物、第4級アンモニウムフッ化物、第4級アンモニウム臭化物、第4級アンモニウムヨウ化物、第4級アンモニウムの酢酸塩及び第4級アンモニウムの炭酸塩が挙げられる。
洗浄液は、金属膜(特にCoを含む金属膜)の表面における研磨粒子の除去性能により優れる点で、第4級アンモニウム化合物を含むことが好ましい。
(R8)4N+OH- (3)
式中、R8は、置換基としてヒドロキシ基又はフェニル基を有していてもよいアルキル基を表す。4つのR8は、互いに同一であっても異なっていてもよい。
R8で表されるヒドロキシ基又はフェニル基を有していてもよいアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、2-ヒドロキシエチル基、又はベンジル基が好ましく、メチル基、エチル基、又は2-ヒドロキシエチル基がより好ましい。
上記の具体例以外の第4級アンモニウム化合物としては、例えば、特開2018-107353号公報の段落[0021]に記載の化合物が援用でき、この内容は本明細書に組み込まれる。
また、金属膜(特にWを含む金属膜)の表面における研磨粒子の除去性能により優れる点で、洗浄液は、非対称構造を有する第4級アンモニウム化合物を含むことが好ましい。第4級アンモニウム化合物が「非対称構造を有する」とは、窒素原子に置換する4つの炭化水素基がいずれも同一ではないことを意味する。非対称構造を有する第4級アンモニウム化合物としては、例えば、TMEAH、DEDMAH、MTEAH、コリン及びビス(2-ヒドロキシエチル)ジメチルアンモニウムヒドロキシドが挙げられる。
洗浄液が第4級アンモニウム化合物を含む場合、その含有量は、洗浄液の全質量に対して、0.05~15質量%が好ましく、0.1~10質量%がより好ましい。
また、洗浄液が第4級アンモニウム化合物を含む場合、その含有量は、洗浄液中の溶剤を除いた成分の合計質量に対して、0.5~50質量%が好ましく、1.0~20質量%がより好ましい。
他の防食剤としては、例えば、フルクトース、グルコース及びリボース等の糖類、エチレングリコール、プロピレングリコール及びグリセリン等のポリオール化合物、ポリアクリル酸、ポリマレイン酸及びこれらの共重合体等のポリカルボン酸化合物、ポリビニルピロリドン、シアヌル酸、バルビツール酸及びその誘導体、グルクロン酸、スクアリン酸、α-ケト酸、アデノシン及びその誘導体、プリン化合物及びその誘導体、フェナントロリン、レゾルシノール、ヒドロキノン、ニコチンアミド及びその誘導体、フラボノ-ル及びその誘導体、アントシアニン及びその誘導体、並びにこれらの組み合わせ等が挙げられる。
このような剛直な骨格構造を挟んで対向する位置に2つ以上の配位座と少なくとも1つの親水性基とを有する防食剤を用いることにより、洗浄工程において金属膜の表面に防食剤が付着する際に金属膜とは反対側の表面側に親水性基を出現させ、CMP工程において凝集した研磨粒子の金属膜への再付着を抑制し、研磨粒子の除去性能を向上させることができる。
上記化合物における2つ以上の配位座と少なくとも1つの親水性の置換基との位置関係としては、剛直な骨格構造が5員環の芳香環である場合、少なくとも1つの配位座と少なくとも1つの親水性基とがそれぞれ5員環の1位及び3位に位置する態様が挙げられる。また、剛直な骨格構造が6員環の芳香環である場合、少なくとも1つの配位座と少なくとも1つの親水性基とが互いにパラ位又はメタ位に位置する態様が挙げられる。
上記化合物が配位座として有する配位基及び、配位座と剛直な骨格構造を挟んで対向する位置にある親水性基としては、特に制限されないが、酸基及びカチオン性基が挙げられ、カルボキシル基、フェノール性ヒドロキシ基、アミノ基又はスルホ基が好ましく、カルボキシル基、フェノール性ヒドロキシ基又はアミノ基がより好ましい。
配位座と剛直な骨格構造を挟んで対向する位置にある親水性基の個数は、1個が好ましい。上記親水性基の個数が2個以上であると、研磨粒子等の残存物に含まれる金属と作用して残存物とネットワーク構造を形成し、残存物の洗浄性能が低下するおそれがあるためである。
好ましい化合物B1としては、上記化合物Bの説明において好ましい化合物B1として挙げた化合物が挙げられる。
へテロ環を構成する窒素原子が2個以上であり、少なくとも1つの親水性基を更に有する含窒素ヘテロ芳香族化合物としては、1つの親水性基(より好ましくはアミノ基)をピラゾール環の3位又は4位に有するピラゾール化合物、1つの親水性基(より好ましくはアミノ基)をイミダゾール環の2位又は4位に有するイミダゾール化合物又は1つの親水性基(より好ましくはアミノ基)をピリミジン環の2位又は4位に有するピリミジン化合物が好ましく、2-アミノピリミジン、アデニン、2-アミノベンゾイミダゾール又は3-アミノ-5-メチルピラゾールがより好ましい。
ClogP値が-3.0~3.0の範囲に含まれる防食剤としては、例えば、トリメリット酸(1.00)、4-ヒドロキシフタル酸(0.67)、4-アミノフタル酸(-0.08)、4-スルホフタル酸(―0.09)、5-スルホサリチル酸(-0.69)、2,5-ジヒドロキシ安息香酸(1.56)、5-アミノサリチル酸(0.46)、4-ヒドロキシイソフタル酸(2.09)、5-ヒドロキシアントラニル酸(0.33)、2,5-ジアミノ安息香酸(-0.24)、5-スルホアントラニル酸(0.16)、1,3-フェニレンジアミン-4-スルホン酸(-0.85)、アミドール(-1.29)、3-アミノ-4-ヒドロキシ安息香酸(0.55)、3-アミノ-4-ヒドロキシベンゼンスルホン酸(-2.95)、ベンゾトリアゾール(BTA)(1.34)、2-アミノピリミジン(-0.89)、アデニン(-2.12)、ピラゾール(0.32)、3-アミノ-5-メチルピラゾール(0.17)、2-アミノベンゾイミダゾール(0.86)、L-アスコルビン酸(-2.41)、及び、ジエチルヒドロキシルアミン(DEHA)(-0.09)が挙げられる。上記化合物の名称に続く括弧内の数値は、各化合物のClogP値を表す。
洗浄液における防食剤の含有量は、特に制限されないが、金属基板の腐食防止性能により優れる点で、洗浄液の全質量に対して、0.005質量%以上が好ましく、0.01質量%以上がより好ましく、0.05質量%以上が更に好ましい。上限値は特に制限されないが、腐食防止性能により優れる点で、洗浄液の全質量に対して、20質量%以下が好ましく、10質量%以下がより好ましく、5質量%以下が更に好ましい。
また、防食剤の含有量は、洗浄液中の溶剤を除いた成分の合計質量に対して、0.05質量%以上が好ましく、0.1質量%以上がより好ましく、0.5質量%以上が更に好ましい。上限値は特に制限されないが、洗浄液中の溶剤を除いた成分の合計質量に対して、50質量%以下が好ましく、30質量%以下がより好ましく、20質量%以下が更に好ましい。
洗浄液は、溶剤として水を含むことが好ましい。
洗浄液に使用される水の種類は、半導体基板に悪影響を及ぼさないものであれば特に制限されず、蒸留水、脱イオン水及び純水(超純水)が使用できる。不純物をほとんど含まず、半導体基板の製造工程における半導体基板への影響がより少ない点で、純水が好ましい。
洗浄液における水の含有量は、キレート剤、成分A、防食剤及び後述する任意成分の残部であればよい。水の含有量は、例えば、洗浄液の全質量に対して、1質量%以上が好ましく、30質量%以上がより好ましく、60質量%以上が更に好ましく、85質量%以上が特に好ましい。上限は特に制限されないが、洗浄液の全質量に対して、99質量%以下が好ましく、95質量%以下がより好ましい。
洗浄液は、上述した成分以外に、他の任意成分を含んでいてもよい。以下、任意成分について説明する。
洗浄液は、界面活性剤を含んでいてもよい。
界面活性剤としては、1分子中に親水基と疎水基(親油基)とを有する化合物であれば特に制限されず、例えば、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤及び両性界面活性剤が挙げられる。なお、本明細書において、界面活性剤は、上述したキレート剤、成分A及び防食剤を含まない。
洗浄液が界面活性剤を含む場合、本発明の効果により優れる点で、好ましい。
洗浄液に使用できるアニオン性界面活性剤としては、例えば、それぞれが親水基(酸基)として、リン酸エステル基を有するリン酸エステル系界面活性剤、ホスホン酸基を有するホスホン酸系界面活性剤、スルホ基を有するスルホン酸系界面活性剤、カルボキシル基を有するカルボン酸系界面活性剤及び硫酸エステル基を有する硫酸エステル系界面活性剤が挙げられる。
リン酸エステル系界面活性剤としては、例えば、リン酸エステル(アルキルエーテルリン酸エステル)及びポリオキシアルキレンエーテルリン酸エステル、並びにこれらの塩が挙げられる。リン酸エステル及びポリオキシアルキレンエーテルリン酸は、モノエステル及びジエステルの両者を含むことが多いが、モノエステル又はジエステルを単独で使用できる。
リン酸エステル系界面活性剤の塩としては、例えば、ナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩及び有機アミン塩が挙げられる。
リン酸エステル及びポリオキシアルキレンエーテルリン酸エステルが有する1価のアルキル基としては、特に制限されないが、炭素数2~24のアルキル基が好ましく、炭素数6~18のアルキル基がより好ましく、炭素数12~18のアルキル基が更に好ましい。
ポリオキシアルキレンエーテルリン酸エステルが有する2価のアルキレン基としては、特に制限されないが、炭素数2~6のアルキレン基が好ましく、エチレン基、又は1,2-プロパンジイル基がより好ましい。また、ポリオキシアルキレンエーテルリン酸エステルにおけるオキシアルキレン基の繰返し数は、1~12が好ましく、1~6がより好ましい。
ホスホン酸系界面活性剤としては、例えば、アルキルホスホン酸、ポリビニルホスホン酸及び特開2012-057108号公報等に記載のアミノメチルホスホン酸が挙げられる。
スルホン酸系界面活性剤としては、例えば、アルキルスルホン酸、アルキルベンゼンスルホン酸、アルキルナフタレンスルホン酸、アルキルジフェニルエーテルジスルホン酸、アルキルメチルタウリン、スルホコハク酸ジエステル、ポリオキシアルキレンアルキルエーテルスルホン酸及びこれらの塩が挙げられる。
また、ポリオキシアルキレンアルキルエーテルスルホン酸が有する2価のアルキレン基としては、特に制限されないが、エチレン基、又は1,2-プロパンジイル基が好ましい。また、ポリオキシアルキレンアルキルエーテルスルホン酸におけるオキシアルキレン基の繰返し数は、1~12が好ましく、1~6がより好ましい。
カルボン酸系界面活性剤としては、例えば、アルキルカルボン酸、アルキルベンゼンカルボン酸及びポリオキシアルキレンアルキルエーテルカルボン酸、並びにこれらの塩が挙げられる。
上記のカルボン酸系界面活性剤が有する1価のアルキル基としては、特に制限されないが、炭素数7~25のアルキル基が好ましく、炭素数11~17のアルキル基がより好ましい。
また、ポリオキシアルキレンアルキルエーテルカルボン酸が有する2価のアルキレン基としては、特に制限されないが、エチレン基、又は1,2-プロパンジイル基が好ましい。また、ポリオキシアルキレンアルキルエーテルカルボン酸におけるオキシアルキレン基の繰返し数は、1~12が好ましく、1~6がより好ましい。
硫酸エステル系界面活性剤としては、例えば、硫酸エステル(アルキルエーテル硫酸エステル)及びポリオキシアルキレンエーテル硫酸エステル、並びにこれらの塩が挙げられる。
硫酸エステル及びポリオキシアルキレンエーテル硫酸エステルが有する1価のアルキル基としては、特に制限されないが、炭素数2~24のアルキル基が好ましく、炭素数6~18のアルキル基がより好ましい。
ポリオキシアルキレンエーテル硫酸エステルが有する2価のアルキレン基としては、特に制限されないが、エチレン基、又は1,2-プロパンジイル基が好ましい。また、ポリオキシアルキレンエーテル硫酸エステルにおけるオキシアルキレン基の繰返し数は、1~12が好ましく、1~6がより好ましい。
硫酸エステル系界面活性剤の具体例としては、ラウリル硫酸エステル、ミリスチル硫酸エステル及びポリオキシエチレンラウリルエーテル硫酸エステルが挙げられる。
カチオン性界面活性剤としては、例えば、変性脂肪族ポリアミン(例えば、ポリエチレンポリアミン等)が挙げられる。
ノニオン性界面活性剤としては、例えば、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル、ポリオキシアルキレンアルケニルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシアルキレングリコール、ポリオキシアルキレンモノアルキレート(モノアルキル脂肪酸エステルポリオキシアルキレン)、ポリオキシアルキレンジアルキレート(ジアルキル脂肪酸エステルポリオキシアルキレン)、ビスポリオキシアルキレンアルキルアミド、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、ポリオキシエチレンアルキルアミン、グリセリン脂肪酸エステル、オキシエチレンオキシプロピレンブロックコポリマー、アセチレングリコール系界面活性剤及びアセチレン系ポリオキシエチレンオキシドが挙げられる。
両性界面活性剤としては、例えば、カルボキシベタイン(例えば、アルキル-N,N-ジメチルアミノ酢酸ベタイン及びアルキル-N,N-ジヒドロキシエチルアミノ酢酸ベタイン等)、スルホベタイン(例えば、アルキル-N,N-ジメチルスルホエチレンアンモニウムベタイン等)、イミダゾリニウムベタイン(例えば、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ソリニウムベタイン等)、並びにアルキルアミンオキシド(例えば、N,N-ジメチルアルキルアミンオキシド等)が挙げられる。
洗浄液が界面活性剤を含む場合、界面活性剤の含有量は、洗浄液の全質量に対して、0.05~10.0質量%が好ましく、0.2~5.0質量%がより好ましい。
また、洗浄液が界面活性剤を含む場合、その含有量は、洗浄液中の溶剤を除いた成分の合計質量に対して、0.5~50質量%が好ましく、1.0~20質量%がより好ましい。
なお、これらの界面活性剤としては、市販のものを用いればよい。
洗浄液は、必要に応じて、上記成分以外の添加剤を含んでいてもよい。そのような添加剤としては、pH調整剤、重合体、フッ素化合物及び有機溶剤が挙げられる。
洗浄液は、洗浄液のpHを調整及び維持するためにpH調整剤を含有していてもよい。pH調整剤としては、上記成分以外の塩基性化合物及び酸性化合物が挙げられる。
塩基性有機化合物は、上記の成分A、ヒドロキシアミン化合物及び第4級アンモニウム化合物とは異なる化合物である。
塩基性無機化合物としては、例えば、アルカリ金属水酸化物及びアルカリ土類金属水酸化物が挙げられる。なお、塩基性無機化合物は、アンモニアを含まない。
アルカリ金属水酸化物としては、例えば、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム及び水酸化セシウムが挙げられる。アルカリ土類金属水酸化物としては、例えば、水酸化カルシウム、水酸化ストロンチウム及び水酸化バリウムが挙げられる。
また、洗浄液に含まれる成分A、ヒドロキシアミン化合物及び/又は第4級アンモニウム化合物が、洗浄液のpHを下げるための塩基性化合物としての役割を兼ねていてもよい。
これらの塩基性化合物は、市販のものを用いてもよいし、公知の方法によって適宜合成したものを用いてもよい。
無機酸としては、例えば、塩酸、硫酸、亜硫酸、硝酸、亜硝酸、リン酸、ホウ酸及び六フッ化リン酸が挙げられる。また、無機酸の塩を使用してもよく、例えば、無機酸のアンモニウム塩が挙げられ、より具体的には、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム、亜硫酸アンモニウム、硝酸アンモニウム、亜硝酸アンモニウム、リン酸アンモニウム、ホウ酸アンモニウム及び六フッ化リン酸アンモニウムが挙げられる。
無機酸としては、リン酸、又はリン酸塩が好ましく、リン酸がより好ましい。
また、洗浄液に含まれる酸性のキレート剤及び/又はアニオン性界面活性剤が、洗浄液のpHを下げるための酸性化合物としての役割を兼ねていてもよい。
酸性化合物は、市販のものを用いてもよいし、公知の方法によって適宜合成したものを用いてもよい。
洗浄液がpH調整剤を含む場合、その含有量は、他の成分の種類及び量、並びに目的とする洗浄液のpHに応じて選択されるが、洗浄液の全質量に対して、0.03~10質量%が好ましく、0.1~5質量%がより好ましい。
また、洗浄液がpH調整剤を含む場合、その含有量は、他の成分の種類及び量、並びに目的とする洗浄液のpHに応じて選択されるが、洗浄液中の溶剤を除いた成分の合計質量に対して、0.2~30質量%が好ましく、0.5~10質量%がより好ましい。
フッ素化合物としては、特開2005-150236号公報の段落[0013]~[0015]に記載の化合物が挙げられ、この内容は本明細書に組み込まれる。
有機溶剤としては、公知の有機溶剤をいずれも使用できるが、アルコール及びケトン等の親水性有機溶剤が好ましい。有機溶剤は、単独で用いてもよく、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
重合体、フッ素化合物及び有機溶剤の使用量は特に制限されず、本発明の効果を妨げない範囲で適宜設定すればよい。
<pH>
洗浄液のpHは、25℃において7.0超である。即ち、洗浄液はアルカリ性を示す。
洗浄液のpHは、金属膜の腐食防止性能(特にCu又はWを含む金属膜の腐食防止性能)により優れる点で、25℃において、8.0以上が好ましく、8.5以上がより好ましく、9.0以上が更に好ましい。洗浄液のpHの上限は特に制限されないが、金属膜の腐食防止性能(特にCo又はWを含む金属膜の腐食防止性能)により優れる点で、25℃において、12.0以下が好ましく、11.5以下がより好ましい。
なお、洗浄液のpHは、公知のpHメーターを用いて、JIS Z8802-1984に準拠した方法により測定できる。
洗浄液は、液中に不純物として含まれる金属(Fe、Co、Na、K、Cu、Mg、Mn、Li、Al、Cr、Ni、Zn、Sn及びAgの金属元素)の含有量(イオン濃度として測定される)がいずれも5質量ppm以下であることが好ましく、1質量ppm以下であることがより好ましい。最先端の半導体素子の製造においては、更に高純度の洗浄液が求められることが想定されることから、その金属含有量が1質量ppmよりも低い値、すなわち、質量ppbオーダー以下であることが更に好ましく、100質量ppb以下であることが特に好ましい。下限は特に制限されないが、0が好ましい。
他の金属含有量の低減方法としては、原材料又は製造された洗浄液を収容する容器として、後述する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、洗浄液の製造時に配管等の部材から金属成分が溶出しないように、配管内壁等の部材の接液部にフッ素系樹脂のライニングを施すことも挙げられる。
洗浄液は、粗大粒子を含んでいてもよいが、その含有量が低いことが好ましい。ここで、粗大粒子とは、粒子の形状を球体とみなした場合における直径(粒径)が0.4μm以上である粒子を意味する。
洗浄液における粗大粒子の含有量としては、粒径0.4μm以上の粒子の含有量が、洗浄液1mLあたり1000個以下であることが好ましく、500個以下であることがより好ましい。下限は特に制限されないが、0が挙げられる。また、上記の測定方法で測定された粒径0.4μm以上の粒子の含有量が検出限界以下であることが更に好ましい。
洗浄液に含まれる粗大粒子は、原料に不純物として含まれる塵、埃、有機固形物及び無機固形物等の粒子、並びに洗浄液の調製中に汚染物として持ち込まれる塵、埃、有機固形物及び無機固形物等の粒子であって、最終的に洗浄液中で溶解せずに粒子として存在するものが該当する。
洗浄液中に存在する粗大粒子の含有量は、レーザを光源とした光散乱式液中粒子測定方式における市販の測定装置を利用して液相で測定できる。
粗大粒子の除去方法としては、例えば、後述するフィルタリング等の精製処理が挙げられる。
洗浄液をキットとする方法としては、例えば、第1液として成分A及び成分Bを含む液組成物を調製し、第2液として他の成分を含む液組成物を調製する態様が挙げられる。
洗浄液は、公知の方法により製造できる。以下、洗浄液の製造方法について詳述する。
洗浄液の調液方法は特に制限されず、例えば、上述した各成分を混合することにより洗浄液を製造できる。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、精製した純水を入れた容器に、キレート剤、成分A、防食剤、並びに、界面活性剤及びpH調整剤等の任意成分を順次添加した後、撹拌等を行うことにより、調製する方法が挙げられる。また、水及び各成分を容器に添加する場合、一括して添加してもよいし、複数回にわたって分割して添加してもよい。
洗浄液を調製するための原料のいずれか1種以上に対して、事前に精製処理を行うことが好ましい。精製処理としては、特に制限されず、蒸留、イオン交換及びろ過等の公知の方法が挙げられる。
精製の程度としては、特に制限されないが、原料の純度が99質量%以上となるまで精製することが好ましく、原液の純度が99.9質量%以上となるまで精製することがより好ましい。
精製処理として、上述した精製方法を複数組み合わせて実施してもよい。例えば、原料に対して、RO膜に通液する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する2次精製を実施してもよい。
また、精製処理は、複数回実施してもよい。
フィルタリングに用いるフィルタとしては、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制限されない。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)からなるフィルタが挙げられる。これらの材料のなかでもポリエチレン、ポリプロピレン(高密度ポリプロピレンを含む)、フッ素樹脂(PTFE及びPFAを含む)及びポリアミド系樹脂(ナイロンを含む)からなる群より選ばれる材料が好ましく、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して原料のろ過を行うことで、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。
洗浄液(キット又は後述する希釈液の態様を含む)は、腐食性等の問題が生じない限り、任意の容器に充填して保管、運搬及び使用できる。
また、洗浄液を収容する容器としては、その収容部の内壁等の各液との接液部が、フッ素系樹脂(パーフルオロ樹脂)、又は防錆及び金属溶出防止処理が施された金属で形成された容器が好ましい。
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、もしくは、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。
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、国際公開第2004/016526号明細書の第3頁、並びに国際公開第99/046309号明細書の第9頁及び16頁等に記載の容器も使用できる。
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より選択される少なくとも1種を含み、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い。そのような金属材料としては、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、90質量%以下が好ましい。
洗浄液の製造、容器の開封及び洗浄、洗浄液の充填等を含めた取り扱い、処理分析、並びに測定は、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及び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。
上述した洗浄液は、水等の希釈剤を用いて希釈する希釈工程を経た後、半導体基板の洗浄に供されることが好ましい。
また、欠陥抑制性能により優れる点で、洗浄液は水で希釈されることが好ましい。
また、希釈洗浄液のpHは、25℃において、7.0超が好ましく、7.5以上がより好ましく、8.0以上が更に好ましい。希釈洗浄液のpHの上限は、25℃において、13.0以下が好ましく、12.5以下がより好ましく、12.0以下が更に好ましい。
希釈洗浄液における成分Aの含有量は、特に制限されないが、研磨粒子の除去性能により優れる点で、希釈洗浄液の全質量に対して、0.005質量%以上が好ましく、0.01質量%以上がより好ましく、0.02質量%以上が更に好ましい。上限値は特に制限されないが、金属基板の腐食防止性に優れる点で、希釈洗浄液の全質量に対して、0.2質量%以下が好ましく、0.1質量%以下がより好ましく、0.05質量%以下が更に好ましい。
希釈洗浄液が化合物Bを含む場合、本発明の効果がより優れる点で、化合物Bの含有量は、希釈洗浄液の全質量に対して、0.00001~0.1質量%が好ましく、0.0001~0.05質量%がより好ましく、0.0001~0.03質量%が更に好ましい。
希釈洗浄液が含窒素へテロ芳香族化合物を含む場合、希釈洗浄液における含窒素へテロ芳香族化合物の含有量は、特に制限されないが、希釈洗浄液の全質量に対して、0.0001~0.1質量%が好ましく、0.0005~0.05質量%がより好ましい。
希釈洗浄液が還元剤を含む場合、還元剤の含有量は特に制限されないが、希釈洗浄液の全質量に対して、0.001~0.2質量%が好ましく、0.002~0.05質量%がより好ましい。
希釈洗浄液が第4級アンモニウム化合物を含む場合、その含有量は、希釈洗浄液の全質量に対して、0.0005~0.15質量%が好ましく、0.001~0.1質量%がより好ましい。
希釈洗浄液が界面活性剤を含む場合、界面活性剤の含有量は、希釈洗浄液の全質量に対して、0.0005~0.1質量%が好ましく、0.002~0.05質量%がより好ましい。
希釈洗浄液がpH調整剤を含む場合、その含有量は、他の成分の種類及び量、並びに目的とする希釈洗浄液のpHに応じて選択されるが、希釈洗浄液の全質量に対して、0.0003~0.1質量%が好ましく、0.001~0.05質量%がより好ましい。
精製処理としては、特に制限されず、上述した洗浄液に対する精製処理として記載した、イオン交換樹脂又はRO膜等を用いたイオン成分低減処理及びフィルタリングを用いた異物除去が挙げられ、これらのうちいずれかの処理を行うことが好ましい。
本発明の洗浄方法は、化学機械研磨(CMP)処理が施された半導体基板を洗浄する洗浄工程を含む。上述した洗浄液は、CMP処理が施された半導体基板の洗浄に使用される。
本発明の洗浄方法の洗浄対象物は、金属を含む半導体基板である。なかでも、金属含有物を有する半導体基板が好ましい。
なお、本明細書における「半導体基板上」とは、例えば、半導体基板の表裏、側面及び溝内等のいずれも含む。また、半導体基板上の金属含有物とは、半導体基板の表面上に直接金属含有物がある場合のみならず、半導体基板上に他の層を介して金属含有物がある場合も含む。
また、金属含有物は、これらの化合物のうちの2種以上を含む混合物でもよい。
なお、上記酸化物、窒化物及び酸窒化物は、金属を含む、複合酸化物、複合窒化物及び複合酸窒化物でもよい。
金属含有物中の金属原子の含有量は、金属含有物の全質量に対して、10質量%以上が好ましく、30質量%以上がより好ましく、50質量%以上が更に好ましい。上限は、金属含有物が金属そのものであってもよいことから、100質量%である。
シリコンウエハとしては、シリコンウエハに5価の原子(例えば、リン(P)、ヒ素(As)及びアンチモン(Sb)等)をドープしたn型シリコンウエハ、並びにシリコンウエハに3価の原子(例えば、ホウ素(B)及びガリウム(Ga)等)をドープしたp型シリコンウエハであってもよい。シリコンウエハのシリコンとしては、例えば、アモルファスシリコン、単結晶シリコン、多結晶シリコン及びポリシリコンのいずれであってもよい。
なかでも、洗浄液は、シリコンウエハ、シリコンカーバイドウエハ及びシリコンを含む樹脂系ウエハ(ガラスエポキシウエハ)等のシリコン系材料からなるウエハに有用である。
絶縁膜の具体例としては、シリコン酸化膜(例えば、二酸化ケイ素(SiO2)膜及びオルトケイ酸テトラエチル(Si(OC2H5)4)膜(TEOS膜)等)、シリコン窒化膜(例えば、窒化シリコン(Si3N4)及び窒化炭化シリコン(SiNC)等)、並びに、低誘電率(Low-k)膜(例えば、炭素ドープ酸化ケイ素(SiOC)膜並びにシリコンカーバイド(SiC)膜等)が挙げられる。
半導体基板は、銅及びコバルトからなる群より選択される少なくとも1種を含む金属膜を有することが好ましい。また、半導体基板は、タングステンを含む金属膜を有することも好ましい。
銅合金配線膜の具体例としては、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、タンタル(Ta)及びタングステン(W)から選択される1種以上の金属と銅とからなる合金製の配線膜が挙げられる。より具体的には、銅-アルミニウム合金配線膜(CuAl合金配線膜)、銅-チタン合金配線膜(CuTi合金配線膜)、銅-クロム合金配線膜(CuCr合金配線膜)、銅-マンガン合金配線膜(CuMn合金配線膜)、銅-タンタル合金配線膜(CuTa合金配線膜)及び銅-タングステン合金配線膜(CuW合金配線膜)が挙げられる。
コバルト合金金属膜の具体例としては、チタン(Ti)、クロム(Cr)、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、モリブデン(Mo)、パラジウム(Pd)、タンタル(Ta)及びタングステン(W)から選択される1種以上の金属とコバルトとからなる合金製の金属膜が挙げられる。より具体的には、コバルト-チタン合金金属膜(CoTi合金金属膜)、コバルト-クロム合金金属膜(CoCr合金金属膜)、コバルト-鉄合金金属膜(CoFe合金金属膜)、コバルト-ニッケル合金金属膜(CoNi合金金属膜)、コバルト-モリブデン合金金属膜(CoMo合金金属膜)、コバルト-パラジウム合金金属膜(CoPd合金金属膜)、コバルト-タンタル合金金属膜(CoTa合金金属膜)及びコバルト-タングステン合金金属膜(CoW合金金属膜)が挙げられる。
洗浄液は、コバルト含有膜を有する基板に有用である。コバルト含有膜のうち、コバルト金属膜は配線膜として使用されることが多く、コバルト合金金属膜はバリアメタルとして使用されることが多い。
タングステン合金金属膜の具体例としては、例えば、タングステン-チタン合金金属膜(WTi合金金属膜)及びタングステン-コバルト合金金属膜(WCo合金金属膜)が挙げられる。
タングステン含有膜は、バリアメタルとして使用されることが多い。
絶縁膜の形成方法としては、例えば、半導体基板を構成するウエハに対して、酸素ガス存在下で熱処理を行うことによりシリコン酸化膜を形成し、次いで、シラン及びアンモニアのガスを流入して、化学気相蒸着(CVD:Chemical Vapor Deposition)法によりシリコン窒化膜を形成する方法が挙げられる。
銅含有配線膜、コバルト含有膜及びタングステン含有膜の形成方法としては、例えば、上記の絶縁膜を有するウエハ上に、レジスト等の公知の方法で回路を形成し、次いで、めっき及びCVD法等の方法により、銅含有配線膜、コバルト含有膜及びタングステン含有膜を形成する方法が挙げられる。
CMP処理は、例えば、金属配線膜、バリアメタル及び絶縁膜を有する基板の表面を、研磨粒子(砥粒)を含む研磨液(研磨スラリー)を用いる化学作用と機械的研磨の複合作用で平坦化する処理である。CMP処理が施された半導体基板の表面には、CMP処理で使用した研磨粒子(例えば、シリカ及びアルミナ等)、研磨された金属配線膜及びバリアメタルに由来する金属不純物(金属残渣)等の不純物が残存することがある。
これらの不純物は、例えば、配線間を短絡させ、半導体基板の電気的特性を劣化させるおそれがあるため、CMP処理が施された半導体基板は、これらの不純物を表面から除去するための洗浄処理に供される。
CMP処理が施された半導体基板の具体例としては、精密工学会誌 Vol.84、No.3、2018に記載のCMP処理が施された基板が挙げられるが、これに制限されるものではない。
研磨粒子としては、例えば、シリカ、アルミナ、ジルコニア、セリア、チタニア、ゲルマニア及び炭化珪素等の無機物砥粒;ポリスチレン、ポリアクリル及びポリ塩化ビニル等の有機物砥粒が挙げられる。
シリカ粒子としては特に制限されず、例えば、沈降シリカ、ヒュームドシリカ及びコロイダルシリカが挙げられ、コロイダルシリカが好ましい。コロイダルシリカは、市販品を用いてもよく、例えば、PL1、PL3、PL7、PL10H、PL1D、PL07D、PL2D及びPL3D(いずれも製品名、扶桑化学工業社製)等が挙げられる。
また、研磨液はスラリーであることが好ましい。
平均1次粒子径は、日本電子(株)社製の透過型電子顕微鏡TEM2010(加圧電圧200kV)を用いて撮影された画像から任意に選択した1次粒子1000個の粒子径(円相当径)を測定し、それらを算術平均して求める。なお、円相当径とは、観察時の粒子の投影面積と同じ投影面積をもつ真円を想定したときの当該円の直径である。
ただし、研磨粒子として市販品を用いる場合には、研磨粒子の平均1次粒子径としてカタログ値を優先的に採用する。
本明細書において、平均2次粒子径は、凝集した状態である2次粒子の平均粒子径(円相当径)に相当し、上述した平均1次粒子径と同様の方法により求めることができる。
ただし、研磨粒子として市販品を用いる場合には、研磨粒子の平均2次粒子径としてカタログ値を優先的に採用する。
研磨粒子の含有量の上限値は、研磨液の全質量に対して、15.0質量%以下が好ましく、10.0質量%以下がより好ましい。下限値は、研磨液の全質量に対して、0.01質量%以上が好ましく、0.05質量%以上がより好ましい。
なお、CMP処理に用いる研磨液としては、国際公開第2018/159530号明細書等に記載の研磨液が援用でき、これらの内容は本明細書に組み込まれる。
本発明の洗浄方法は、「試験方法1で得られる接触角比率と試験方法2で得られる特定凝集度との積(パラメータD.F)が15以下である」との条件1を満たす。
洗浄方法が条件1を満たすか否かを確認するために、下記試験方法1により、対象基板の金属膜表面に対して洗浄液を行う前後での接触角の変化を測定し、下記試験方法2により、研磨液に含まれる研磨粒子に対して金属イオンによる凝集と洗浄液による分離とを行う前後での研磨粒子の粒子径の変化を測定する。
試験方法1では、まず、半導体基板に含まれる金属からなる金属膜を表面に有する対象基板に対して、酸を用いて金属膜の前処理を行う。その後、前処理した金属膜の水に対する静的接触角を液滴法により測定し、第1接触角(°)を得る。また、半導体基板に含まれる金属からなる金属膜を表面に有する対象基板に対して、酸を用いて金属膜の前処理を別途行い、前処理した金属膜を洗浄液に1分間接触させる処理を行う。続いて、窒素ガスを吹き付けることにより前記金属膜の表面を乾燥させる乾燥処理を行う。乾燥処理により金属膜の表面を乾燥した後3分間以内に、金属膜の水に対する静的接触角を液滴法により測定し、第2接触角(°)を得る。第1接触角に対する第2接触角の比率を算出し、接触角比率を求める。
上記金属膜としては、上記洗浄対象物の説明において半導体基板が有する金属膜として記載した、銅のみからなる金属膜、コバルトのみからなる金属膜及びタングステンのみからなる金属膜が挙げられる。
前処理に用いる酸は特に制限されないが、例えば、クエン酸及び塩酸が挙げられる。
次いで、前処理した金属膜に対する水の接触角を測定し、第1接触角(°)を得る。接触角の測定方法については後述する。第1接触角の測定値のばらつきが抑制されるため、対象基板の金属膜の前処理から30秒間以内に第1接触角を測定することが好ましい。
洗浄方法は特に制限されないが、第2接触角の測定値のばらつきが抑制されるため、対象基板の洗浄液への浸漬による洗浄が好ましく、対象基板を洗浄液に30秒間以上浸漬することがより好ましい。また、第2接触角の測定値のばらつきが抑制されるため、洗浄液の液温は20~30℃が好ましく、室温(23℃)がより好ましい。
上記洗浄処理後、乾燥処理を行う前に、金属膜の表面をすすぐリンス処理を行ってもよい。リンス処理に用いるリンス液としては、水が好ましい。
第2接触角の測定値のばらつきが抑制されるため、洗浄液による処理又はリンス液による処理の後3分間以内(より好ましくは1分間以内)に、金属膜を乾燥させることが好ましい。なお、本明細書では、金属膜の表面に洗浄液又はリンス液が目視で確認されない状態にあるとき、金属膜が乾燥した状態にあるものとする。
乾燥処理における窒素ガスの吹き付けは、半導体基板の乾燥方法として公知の方法に準じて行えばよい。乾燥処理としては、例えば、公知のブロワー(乾燥装置?)を用いて、対象基板の金属膜に対して窒素ガスの気流を当てることにより、金属膜の表面から洗浄液及び/又はリンス液を除去する態様が挙げられる。
窒素ガスを吹き付ける際の窒素ガスの流量は特に制限されないが、0.5~2L/分が好ましい。乾燥処理は、20~30℃の環境下で行うことが好ましく、室温(23℃)環境下で行うことがより好ましい。また、乾燥処理は、大気圧下で行ってもよいし、減圧下で行ったもよい。
具体的には、前処理により露出した金属面の表面上に水を滴下し、金属面と水のなす角で水を含む側の角を測定して、接触角とする。
このような液滴法による接触角の求め方は、例えば、「ぬれ性と制御」(株式会社技術情報協会2001年1月31日発行)に記載されている。
金属面上の液滴の接触角の測定は、公知の測定装置を使用して行えばよい。接触角の測定装置としては、全自動接触角計「DMo-901」(協和界面科学株式会社製)が挙げられる。
接触角の下限値は特に制限されず、5°以上であればよい。
また、試験方法1によって測定される接触角比率は、条件1を満たす限り特に制限されないが、研磨粒子の除去性能により優れる点で、3.0以下が好ましく、2.0以下がより好ましい。銅からなる金属膜を用いる場合、試験方法1によって測定される接触角比率は、1.7以下が更に好ましい。タングステンからなる金属膜を用いる場合、試験方法1によって測定される接触角比率は、1.8以下が更に好ましい。コバルトからなる金属膜を用いる場合、試験方法1によって測定される接触角比率は、1.5以下が更に好ましい。
接触角比率の下限値は特に制限されず、0.15以上であればよい。
試験方法2は、半導体基板のCMP処理に用いる研磨液に、金属膜を形成する金属のイオンを添加して研磨粒子を凝集させた後、凝集した研磨粒子を洗浄液に添加して凝集を解離させる一連の処理を行い、処理後の研磨粒子の凝集度を「特定凝集度」として算出することを特徴とする。
また、試験方法2では、試験方法1で使用する金属と同じ種類の金属を使用するとともに、試験方法1で使用する洗浄液と同じ組成の洗浄液を使用する。
研磨粒子の平均2次粒子径の測定方法は、上述した研磨液に含まれる研磨粒子の平均2次粒子径の測定方法に従い、公知の測定装置を使用して行えばよい。研磨粒子の平均2次粒子径の測定装置としては、透過型電子顕微鏡「TEM2010」(日本電子(株)社製)が挙げられる。また、研磨粒子の平均2次粒子径は、公知の粒度分布計(例えば「FPAR-1000」、大塚電子株式会社製)を使用して測定してもよい。
特定凝集度の下限値は特に制限されず、1以上であればよい。
処理後の研磨粒子の平均2次粒子径の下限値は特に制限されず、20nm以上であればよい。
洗浄方法が条件1を満たす場合、CMP処理により生じる研磨粒子の半導体基板が有する金属膜の表面への付着が抑制され、金属膜の表面に残存する研磨粒子の除去性能が向上する。この理由としては、条件1を満たす洗浄方法の場合、金属膜の表面が条件1を満たす程度に親水性であることにより、表面電位の点で凝集した研磨粒子が金属膜に付着し難くなったこと、並びに、CMP処理により生じた凝集した研磨粒子について、洗浄液によって条件1を満たす程度にその凝集が解かれて、研磨粒子の粒子径がより小さくなるとともに、洗浄液に含まれる成分により研磨粒子の親水性が高くなり、洗浄液中での研磨粒子の分散性が向上し、研磨粒子が金属膜に付着し難くなったことが、それぞれ推測される。
例えば、試験方法1において銅からなる金属膜を表面に有する対象基板を使用する場合、試験方法2において使用する金属塩は塩化銅(II)であり、金属イオンはCu2+イオンである。同様に、試験方法1においてコバルトからなる金属膜を表面に有する対象基板を使用する場合、試験方法2において使用する金属塩は塩化コバルト(II)であり、金属イオンはCo2+イオンである。試験方法1においてタングステンからなる金属膜を表面に有する対象基板を使用する場合、試験方法2において使用する金属塩はタングステン酸アンモニウム(II)であり、金属イオンはWO4 2-イオンである。
パラメータD.Fの下限値は特に制限されず、0.3以上であればよい。
半導体基板の洗浄方法は、上記の洗浄液を用いて、CMP処理が施された半導体基板を洗浄する洗浄工程を含むものであれば特に制限されない。半導体基板の洗浄方法は、上記の希釈工程で得られる希釈洗浄液をCMP処理が施された半導体基板に適用して洗浄する工程を含むことが、好ましい。
上記洗浄工程は、1回のみ実施してもよく、2回以上実施してもよい。2回以上洗浄する場合には同じ方法を繰り返してもよいし、異なる方法を組み合わせてもよい。
機械的撹拌方法としては、例えば、半導体基板上で洗浄液を循環させる方法、半導体基板上で洗浄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洗浄液を撹拌する方法等が挙げられる。
リンス工程は、半導体基板の洗浄工程の後に連続して行われ、リンス溶剤(リンス液)を用いて5秒間~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。
リンス溶剤を半導体基板に接触させる方法としては、上述した洗浄液を半導体基板に接触させる方法を同様に適用できる。
乾燥方法としては、特に制限されず、例えば、スピン乾燥法、半導体基板上に乾性ガスを流過させる方法、ホットプレートも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)乾燥法及びそれらの任意の組み合わせが挙げられる。
洗浄対象物である半導体基板の表面に対して、CMP処理の後であって、上記の洗浄工程の前に、バフ研磨処理を施してもよい。
バフ研磨処理は、研磨パッドを用いて半導体基板の表面における不純物を低減する処理である。具体的には、CMP処理が施された半導体基板の表面と研磨パッドとを接触させて、その接触部分にバフ研磨用組成物を供給しながら半導体基板と研磨パッドとを相対摺動させる。その結果、半導体基板の表面の不純物が、研磨パッドによる摩擦力及びバフ研磨用組成物による化学的作用によって除去される。
また、バフ研磨処理の一実施形態としては、バフ研磨用組成物として、上記の洗浄液を用いて半導体基板にバフ研磨処理を施すことが好ましい。
バフ研磨処理において使用する研磨装置及び研磨条件については、半導体基板の種類及び除去対象物に応じて、公知の装置及び条件から適宜選択できる。バフ研磨処理としては、例えば、国際公開2017/169539号の段落[0085]~[0088]に記載の処理が挙げられ、この内容は本明細書に組み込まれる。
また、実施例及び比較例の洗浄液の製造にあたって、容器の取り扱い、洗浄液の調液、充填、保管及び分析測定は、全てISOクラス2以下を満たすレベルのクリーンルームで行った。測定精度向上のため、洗浄液の金属含有量の測定において、通常の測定で検出限界以下のものの測定を行う際には、洗浄液を体積換算で100分の1に濃縮して測定を行い、濃縮前の溶液の濃度に換算して含有量の算出を行った。
洗浄液を製造するために、以下の化合物を使用した。なお、実施例で使用した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。
キレート剤として、以下の化合物を洗浄液の製造に使用した。
・ 1-ヒドロキシエチリデン-1,1-ジホスホン酸(HEDPO):サーモフォス社製「Dequest 2000」
・ ジエチレントリアミン五酢酸(DTPA):富士フイルム和光純薬(株)製
・ グリシン:富士フイルム和光純薬(株)製
・ 1,4-ジアミノブタン:富士フイルム和光純薬(株)製
・ クロルヘキシジングルコン酸塩(CHG):富士フイルム和光純薬(株)製
・ グルコン酸:富士フイルム和光純薬(株)製
・ クエン酸:扶桑化学工業(株)製
成分A又は成分Aに含まれないアミン化合物として、以下の化合物を洗浄液の製造に使用した。
・ 2-アミノ-2-メチル-1-プロパノール(AMP):富士フイルム和光純薬(株)製(pKa1:9.7、成分Aに該当する。)
・ モノエタノールアミン(MEA):富士フイルム和光純薬(株)製(pKa1:9.5、成分Aに該当する。)
・ トリエタノールアミン(TEA):富士フイルム和光純薬(株)製(pKa1:7.8)
防食剤として、以下の化合物を洗浄液の製造に使用した。以下に示す防食剤は、いずれも富士フイルム和光純薬(株)製の市販品を使用した。
<化合物(B)>
・ トリメリット酸(ClogP値:1.00)
・ 4-ヒドロキシフタル酸(ClogP値:0.67)
・ 4-アミノフタル酸(ClogP値:-0.08)
・ 4-スルホフタル酸(ClogP値:―0.09)
・ 5-スルホサリチル酸(ClogP値:-0.69)
・ 2,5-ジヒドロキシ安息香酸(ClogP値:1.56)
・ 5-アミノサリチル酸(ClogP値:0.46)
・ 4-ヒドロキシイソフタル酸(ClogP値:2.09)
・ 5-ヒドロキシアントラニル酸(ClogP値:0.33)
・ 2,5-ジアミノ安息香酸(ClogP値:-0.24)
・ 5-スルホアントラニル酸(ClogP値:0.16)
・ 1,3-フェニレンジアミン-4-スルホン酸(ClogP値:-0.85)
・ アミドール(ClogP値:-1.29)
・ 3-アミノ-4-ヒドロキシ安息香酸(ClogP値:0.55)
・ 3-アミノ-4-ヒドロキシベンゼンスルホン酸(ClogP値:-2.95)
・ ベンゾトリアゾール(BTA)(ClogP値:1.34)
・ 2-アミノピリミジン(ClogP値:-0.89)
・ アデニン(ClogP値:-2.12)
・ ピラゾール(ClogP値:0.32)
・ 3-アミノ-5-メチルピラゾール(ClogP値:0.17)
・ 2-アミノベンゾイミダゾール(ClogP値:0.86)
・ L-アスコルビン酸(ClogP値:-2.41)
・ ジエチルヒドロキシルアミン(DEHA)(ClogP値:-0.09)
界面活性剤として、以下の化合物を洗浄液の製造に使用した。
・ ラウリルリン酸エステル:日光ケミカルズ(株)製「ホステンHLP」
・ トリメチルデシルアンモニウム水酸化物(TMDH):富士フイルム和光純薬(株)製
次に、洗浄液の製造方法について、実施例1を例に説明する。
超純水に、HEDPO(1-ヒドロキシエチリデン-1,1-ジホスホン酸)、AMP(2-アミノ-2-メチル-1-プロパノール)、トリメリット酸及びホステンHLPを、表1に記載の含有量となる量でそれぞれ添加した後、調製される洗浄液のpHが10.5となるようにpH調整剤を添加した。得られた混合液を撹拌機を用いて十分に攪拌することにより、実施例1の洗浄液を得た。
なお、製造された各実施例及び各比較例の洗浄液は、いずれも、pH調整剤の含有量が洗浄液の全質量に対して3質量%以下であり、水の含有量が洗浄液の全質量に対して85~98質量%であった。
「比率1」欄の数値は、防食剤の含有量に対するキレート剤の含有量(キレート剤の含有量/防食剤の含有量)の質量比を示す。
「比率2」欄の数値は、防食剤の含有量に対するアミン化合物(成分A)の含有量(アミン化合物の含有量/防食剤の含有量)の質量比を示す。
「pH」欄の数値は、上記のpHメーターにより測定した洗浄液の25℃におけるpHを示す。
各実施例及び各比較例の洗浄液を用いて、パラメータD.Fを得た。より具体的には、下記試験1により得られる接触角比率と、下記試験2により得られる特定凝集度との積を算出し、パラメータD.Fとした。
各実施例及び各比較例の洗浄液1mLを分取し、超純水により体積比で100倍に希釈して、希釈洗浄液のサンプルを調製した。
表面に銅からなる金属膜を有する対象基板(直径8インチの基板を2cm□にカットしたクーポン基板)を用意した。各対象基板をクエン酸水溶液に浸漬して、金属膜の表面に形成された金属酸化物膜を除去する前処理を行った。
全自動接触角計「DMo-901」(協和界面科学株式会社製)を用いて、前処理した対象基板の金属膜表面の接触角(静的接触角、単位:°)を液滴法により測定し、第1接触角を得た。
乾燥処理終了から1分後に、全自動接触角計「DMo-901」(協和界面科学株式会社製)を用いて、洗浄された金属膜表面の接触角(静的接触角、単位:°)を液滴法により測定し、第2接触角を得た。
得られた第1接触角に対する第2接触角の比率を算出し、接触角比率を得た。
なお、上記の方法で測定された第1接触角は、銅からなる金属膜、タングステンからなる金属膜及びコバルトからなる金属膜のそれぞれについて、25°、20°及び30°であった。
各実施例及び各比較例の洗浄液1mLを分取し、超純水により体積比で100倍に希釈して、希釈洗浄液のサンプルを調製した。
研磨液として、コロイダルシリカ(「PL-3」、平均2次粒子径:75nm)を3質量%、クエン酸を0.5質量%、リンゴ酸を0.1質量%、BTAを0.02質量%、及び、1,2,4-トリアゾールを0.02質量%含み、KOHを用いてpHを10.5に調整してなるスラリーAを調製した。得られたスラリーAを容器に入れ、塩化銅を更に添加した。このときの塩化銅の添加量は、研磨液中におけるCu2+イオンの濃度が0.03mM(mmol/L)となる量であった。研磨液中で塩化銅が溶解したことを目視で確認し、30秒間静置した。
上記で調製した希釈洗浄液のサンプルを入れた別の容器に、上記研磨液を添加した。このときの研磨液の添加量は、サンプルの全質量に対して1質量%となる量であった。研磨液が添加された洗浄液を撹拌し、研磨粒子を洗浄液中に分散させた後、攪拌を停止し、洗浄液を30秒間静置した。その後、洗浄液中に分散された研磨粒子を取り出した。
塩化銅を添加する前の研磨液に含まれる研磨粒子の平均2次粒子径に対する、上記で測定された研磨粒子の平均2次粒子径の比率を算出し、特定凝集度を得た。
タングステンからなる金属膜の場合、研磨液としてW-2000(商品名、キャボット社製、研磨粒子の平均2次粒子径:75nm)を使用し、また、研磨液中へのタングステンイオンの添加は、タングステン酸アンモニウムを用いて行った。
また、コバルトからなる金属膜の場合、研磨液として、コロイダルシリカ(「PL1」、平均2次粒子径:10nm)を4質量%、シュウ酸を0.2質量%、ヒスチジンを0.5質量%、BTAを0.03質量%、及び、アルキルリン酸エステル(C18)を0.03質量%含み、KOHを用いてpHを9.5に調整してなるスラリーBを使用した。
表1及び表2に、各実施例及び各比較例の洗浄液について、上記試験1により得られた第2接触角(°)及び接触角比率、上記試験2において測定された、洗浄液から取り出した研磨粒子の平均2次粒子径(「粒子径」欄)、上記試験2により測定された特定凝集度、並びに、接触角比率及び特定化合度の積として算出されたパラメータD.Fを、それぞれ示す。
各実施例及び各比較例で製造された洗浄液につき、金属含有量を測定した。
金属含有量の測定は、Agilent 8800 トリプル四重極ICP-MS(半導体分析用、オプション#200)を用いて、以下の測定条件で行った。
サンプル導入系としては石英のトーチ、同軸型PFAネブライザ(自吸用)及び白金インターフェースコーンを使用した。クールプラズマ条件の測定パラメータは以下のとおりである。
・ RF(Radio Frequency)出力(W):600
・ キャリアガス流量(L/分):0.7
・ メークアップガス流量(L/分):1
・ サンプリング深さ(mm):18
金属含有量の測定結果を、表1及び表2の「金属含有量(ppb)」欄に示す(単位:質量ppb)。表1及び表2における「<10」は、洗浄液における金属含有量が洗浄液の全質量に対して10質量ppb未満であったことを表す。
上記の方法で製造した洗浄液を用いて化学機械研磨を施した金属膜を洗浄した際の、金属膜の表面からの研磨粒子の除去性能を評価した。
各実施例及び各比較例の洗浄液1mLを分取し、超純水により体積比で100倍に希釈して、希釈洗浄液のサンプルを調製した。
表面に銅、タングステン又はコバルトからなる金属膜を有するウエハ(直径8インチ)を、FREX300S-II(研磨装置、(株)荏原製作所製)を用いて研磨した。表面に銅からなる金属膜を有するウエハに対しては、研磨液として上記スラリーAを使用して研磨を行った。これにより、研磨液による洗浄性能評価のばらつきを抑えた。同様に、表面にコバルトからなる金属膜を有するウエハに対しては、研磨液として上記スラリーBを使用して研磨を行い、表面にタングステンからなる金属膜を有するウエハに対しては、W-2000(商品名、キャボット社製)を使用して研磨を行った。研磨圧力は2.0psiであり、研磨液の供給速度は0.28mL/(分・cm2)であった。研磨時間は60秒間であった。
その後、室温(23℃)に調整した各希釈洗浄液のサンプルを用いて、研磨されたウエハを1分間かけて洗浄し、次いで、乾燥処理した。
研磨粒子除去性能の評価結果を表1及び表2に示す。ウエハの研磨面において検出された研磨粒子の個数が少ないほど、研磨粒子除去性能に優れると評価できる。
「A」:残存する研磨粒子の個数がウエハあたり30個未満
「B」:残存する研磨粒子の個数がウエハあたり30個以上50個未満
「C」:残存する研磨粒子の個数がウエハあたり50個以上100個未満
「D」:残存する研磨粒子の個数がウエハあたり100個以上
各実施例及び各比較例の洗浄液0.02mLを分取し、超純水により体積比で100倍に希釈して、希釈洗浄液のサンプルを調製した。
表面に銅、タングステン又はコバルトからなる金属膜を有するウエハ(直径12インチ)をカットし、2cm□のウエハクーポンをそれぞれ準備した。各金属膜の厚さは200nmとした。上記の方法で製造した希釈洗浄液のサンプル(温度:23℃)中にウエハクーポンを浸漬し、攪拌回転数250rpmにて、3分間の浸漬処理を行った。各金属膜について、浸漬処理前後で、各希釈洗浄液中の銅、タングステン又はコバルトの含有量を測定した。得られた測定結果から単位時間当たりの腐食速度(単位:Å/分)を算出した。下記の評価基準により洗浄液の腐食防止性能を評価した。それらの結果を表1及び表2に示す。
なお、腐食速度が低いほど、洗浄液の腐食防止性能が優れる。
「B」:腐食速度が0.5Å/分以上、1.0Å/分未満
「C」:腐食速度が1.0Å/分以上、3.0Å/分未満
「D」:腐食速度が3.0Å/分以上
洗浄液が、防食剤として含窒素ヘテロ芳香族化合物を含む場合、Cu又はCoを含む金属膜に対する腐食防止性能により優れることが確認された(実施例25と実施例27~34及び36との比較)。
洗浄液が、キレート剤としてアジピン酸又はCHGを含む場合、Wを含む金属膜に対する腐食防止性能により優れることが確認された(実施例25と実施例26、28及び35との比較)。
Claims (17)
- 研磨粒子を含む研磨液を用いて化学機械研磨処理が施された半導体基板を、洗浄液を用いて洗浄する洗浄工程を含む、半導体基板の洗浄方法であって、
前記半導体基板が、金属を含み、
前記洗浄液の25℃におけるpHが7超であり、
前記洗浄液は、
キレート剤と、
第1級アミン、第2級アミン及び第3級アミンからなる群より選択される少なくとも1種であり、且つ、共役酸の第1酸解離定数が8.0以上である成分Aと、
防食剤と、を含み、
下記条件1を満たす、洗浄方法。
条件1:下記試験方法1で得られる接触角比率と下記試験方法2で得られる特定凝集度との積が、15以下である。
試験方法1:前記半導体基板に含まれる前記金属からなる金属膜を表面に有する対象基板に対して、酸を用いて前記金属膜の前処理を行った後、前記前処理した金属膜の水に対する静的接触角を液滴法により測定し、第1接触角(°)を得る。また、前記対象基板に対して、酸を用いて前記金属膜の前処理を行った後、前記前処理した金属膜を前記洗浄液に1分間接触させる処理を行う。続いて、窒素ガスを吹き付けることにより前記金属膜の表面を乾燥させる乾燥処理を行う。前記乾燥処理により前記金属膜の表面を乾燥した後3分間以内に、前記金属膜の水に対する静的接触角を液滴法により測定し、第2接触角(°)を得る。前記第1接触角に対する前記第2接触角の比率を算出し、接触角比率を求める。
試験方法2:前記研磨液に、前記金属膜を構成する前記金属のイオンと塩化物イオンとの金属塩を、前記研磨液中での前記金属のイオンの濃度が0.03mMとなるように、添加する。前記金属塩を前記研磨液に溶解し、30秒間静置した後、前記研磨液を、前記洗浄液に、前記洗浄液の全質量に対する前記研磨液の添加量が1質量%となるように、添加する。前記洗浄液を攪拌して、前記研磨粒子を分散させた後、30秒間静置し、前記洗浄液から研磨粒子を取り出す。取り出した研磨粒子の平均2次粒子径を測定する。金属塩を添加する前の前記研磨液に含まれる研磨粒子の平均2次粒子径に対する、前記洗浄液から取り出した研磨粒子の平均2次粒子径の比率を算出し、特定凝集度を得る。 - 前記第2接触角が30°以下である、請求項1に記載の洗浄方法。
- 前記試験方法2において測定された前記研磨粒子の平均2次粒子径が100nm以下である、請求項1又は2に記載の洗浄方法。
- 前記試験方法2において算出された前記特定凝集度が、1~10である、請求項1~3のいずれか1項に記載の洗浄方法。
- 前記洗浄液のpHが8.0~12.0である、請求項1~4のいずれか1項に記載の洗浄方法。
- 前記成分Aが、アミノアルコールを含む、請求項1~5のいずれか1項に記載の洗浄方法。
- 前記アミノアルコールが第1級アミノ基を有する、請求項6に記載の洗浄方法。
- 前記防食剤の含有量に対する前記アミノアルコールの含有量の質量比が、1~100である、請求項6又は7に記載の洗浄方法。
- 前記含窒素へテロ芳香族化合物が、ピラゾール環を有する化合物又はピリミジン環を有する化合物を含む、請求項9に記載の洗浄方法。
- 前記キレート剤が、ホスホン酸系キレート剤及びアミノポリカルボン酸系キレート剤からなる群より選択される少なくとも1種を含む、請求項1~10のいずれか1項に記載の洗浄方法。
- 前記防食剤の含有量に対する前記キレート剤の含有量の質量比が、0.01~20である、請求項1~11のいずれか1項に記載の洗浄方法。
- 前記洗浄液が、2種以上の還元剤を更に含む、請求項1~12のいずれか1項に記載の洗浄方法。
- 前記洗浄液が、非対称構造を有する第4級アンモニウム化合物を更に含む、請求項1~13のいずれか1項に記載の洗浄方法。
- 前記洗浄液に含まれる水の含有量が、前記洗浄液の全質量に対して60~99質量%である、請求項1~14のいずれか1項に記載の洗浄方法。
- 研磨粒子を含む研磨液を用いて化学機械研磨処理が施された半導体基板用の洗浄液であって、
前記洗浄液の25℃におけるpHが7超であり、
キレート剤と、
第1級アミン、第2級アミン及び第3級アミンからなる群より選択される少なくとも1種であり、且つ、共役酸の第1酸解離定数が8.0以上である成分Aと、
防食剤と、
水と、を含み、
水の含有量が、前記洗浄液の全質量に対して60~99質量%であり、
下記条件1を満たす、洗浄液。
条件1:下記試験方法1で得られる接触角比率と下記試験方法2で得られる特定凝集度との積が、15以下である。
試験方法1:銅からなる金属膜を表面に有する対象基板に対して、酸を用いて前記金属膜の前処理を行った後、前記前処理した金属膜の水に対する静的接触角を液滴法により測定し、第1接触角(°)を得る。また、前記対象基板に対して、酸を用いて前記金属膜の前処理を行った後、前記前処理した金属膜を前記洗浄液に1分間接触させる処理を行う。続いて、窒素ガスを吹き付けることにより前記金属膜の表面を乾燥させる乾燥処理を行う。前記乾燥処理により前記金属膜の表面を乾燥した後3分間以内に、前記金属膜の水に対する静的接触角を液滴法により測定し、第2接触角(°)を得る。前記第1接触角に対する前記第2接触角の比率を算出し、接触角比率を求める。
試験方法2:前記研磨液に、塩化銅(II)を、前記研磨液中でのCu2+イオンの濃度が0.03mMとなるように添加する。塩化銅(II)を前記研磨液に溶解し、30秒間静置した後、前記研磨液を、前記洗浄液に、前記洗浄液の全質量に対する前記研磨液の添加量が1質量%となるように、添加する。前記洗浄液を攪拌して、前記研磨粒子を分散させた後、30秒間静置し、前記洗浄液から研磨粒子を取り出す。取り出した研磨粒子の平均2次粒子径を測定する。塩化銅(II)を添加する前の前記研磨液に含まれる研磨粒子の平均2次粒子径に対する、前記洗浄液から取り出した研磨粒子の平均2次粒子径の比率を算出し、特定凝集度を得る。 - 研磨粒子を含む研磨液を用いて化学機械研磨処理が施された半導体基板用の洗浄液であって、
前記洗浄液の25℃におけるpHが7超であり、
キレート剤と、
第1級アミン、第2級アミン及び第3級アミンからなる群より選択される少なくとも1種であり、且つ、共役酸の第1酸解離定数が8.0以上である成分Aと、
防食剤と、
水と、を含み、
水の含有量が、前記洗浄液の全質量に対して60~99質量%であり、
下記条件1を満たす、洗浄液。
条件1:下記試験方法1で得られる接触角比率と下記試験方法2で得られる特定凝集度との積が、15以下である。
試験方法1:コバルトからなる金属膜を表面に有する対象基板に対して、酸を用いて前記金属膜の前処理を行った後、前記前処理した金属膜の水に対する静的接触角を液滴法により測定し、第1接触角(°)を得る。また、前記対象基板に対して、酸を用いて前記金属膜の前処理を行った後、前記前処理した金属膜を前記洗浄液に1分間接触させる処理を行う。続いて、窒素ガスを吹き付けることにより前記金属膜の表面を乾燥させる乾燥処理を行う。前記乾燥処理により前記金属膜の表面を乾燥した後3分間以内に、前記金属膜の水に対する静的接触角を液滴法により測定し、第2接触角(°)を得る。前記第1接触角に対する前記第2接触角の比率を算出し、接触角比率を求める。
試験方法2:前記研磨液に、塩化コバルト(II)を、前記研磨液中でのCo2+イオンの濃度が0.03mMとなるように添加する。塩化コバルト(II)を前記研磨液に溶解し、30秒間静置した後、前記研磨液を、前記洗浄液に、前記洗浄液の全質量に対する前記研磨液の添加量が1質量%となるように、添加する。前記洗浄液を攪拌して、前記研磨粒子を分散させた後、30秒間静置し、前記洗浄液から研磨粒子を取り出す。取り出した研磨粒子の平均2次粒子径を測定する。塩化コバルト(II)を添加する前の前記研磨液に含まれる研磨粒子の平均2次粒子径に対する、前記洗浄液から取り出した研磨粒子の平均2次粒子径の比率を算出し、特定凝集度を得る。
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