JP7340614B2 - 洗浄方法 - Google Patents
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- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
- H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
- H01L21/321—After treatment
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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、また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従来行われている。
NHxR(3-x) (a)
式中、Rは、水素原子および炭素原子からなる炭素数1~3のアルキル基を表し、xは0~3の整数を表す。
〔2〕 成分Aが、アミノアルコールを含む、〔1〕に記載の洗浄方法。
〔3〕 アミノアルコールの共役酸の第1酸解離定数が7.0以上である、〔2〕に記載の洗浄液。
〔4〕 アミノアルコールが第1級アミノ基を有する、〔2〕または〔3〕に記載の洗浄方法。
〔5〕 アミノアルコールが、アミノ基のα位に第4級炭素原子を有する、〔2〕~〔4〕のいずれかに記載の洗浄方法。
〔6〕 アミノアルコールが2-アミノ-2-メチル-1-プロパノールである、〔2〕~〔5〕のいずれかに記載の洗浄方法。
〔7〕 洗浄液が、成分Aに含まれる2種以上の化合物を含む、〔1〕~〔6〕のいずれかに記載の洗浄方法。
〔8〕 洗浄液が、キレート剤を更に含む、〔1〕~〔7〕のいずれかに記載の洗浄方法。
〔9〕 洗浄液が、還元剤を更に含む、〔1〕~〔8〕のいずれかに記載の洗浄方法。
〔10〕 洗浄液が、2種以上の還元剤を更に含む、〔1〕~〔9〕のいずれかに記載の洗浄方法。
〔11〕 洗浄液が、第4級アンモニウム化合物を更に含む、〔1〕~〔10〕のいずれかに記載の洗浄方法。
〔12〕 第4級アンモニウム化合物が、非対称構造を有する、〔11〕に記載の洗浄方法。
〔13〕 洗浄液が、2種以上の第4級アンモニウム化合物を更に含む、〔1〕~〔12〕のいずれかに記載の洗浄方法。
〔14〕 洗浄液が、界面活性剤を更に含む、〔1〕~〔13〕のいずれかに記載の洗浄方法。
〔15〕 洗浄液が、2種以上の界面活性剤を更に含む、〔1〕~〔14〕のいずれかに記載の洗浄方法。
〔16〕 半導体基板が、コバルト、チタン、タンタル、ルテニウム、およびタングステンからなる群より選択される少なくとも1種の金属を含む金属含有物を有する、〔1〕~〔15〕のいずれかに記載の洗浄方法。
〔17〕 半導体基板に適用する洗浄液の供給量が、500~2000mL/分である、〔1〕~〔16〕のいずれかに記載の洗浄方法。
〔18〕 洗浄工程が、ブラシスクラブ洗浄である、〔1〕~〔17〕のいずれかに記載の洗浄方法。
〔19〕 洗浄工程における洗浄時間が、10~120秒間である、〔1〕~〔18〕のいずれかに記載の洗浄方法。
〔20〕 洗浄工程の後、半導体基板を水ですすぐリンス工程を更に有する、〔1〕~〔19〕のいずれかに記載の洗浄方法。
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およ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)」を意味し、「ppt」は「parts-per-trillion(10-12)」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、および同位体が含まれていてもよい。また、異性体および同位体は、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。
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、成分Aと、成分Bと、を含む。また、成分Aの含有量に対する成分Bの含有量の質量比が0.01以下である。更に、洗浄液は、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。
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、分子内に第3級アミノ基(>N-)を有する第3級アミン、およびそれらの塩からなる群より選択される少なくとも1種のアミン化合物である。ただし、成分Aは、後述する成分Bを含まない。
成分Aは、洗浄液の洗浄性能を確保しつつ、基板上の金属膜(好ましくは、Cu、Wおよび/またはCoを含む金属膜)の腐食を抑制する機能を有する。
また、第1級アミン、第2級アミン、または第3級アミンの塩としては、例えば、Cl、S、Nおよび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との塩が挙げられ、塩酸塩、硫酸塩、または硝酸塩が好ましい。
成分Aは、洗浄性能により優れる点で、アミノアルコールを含むことが好ましい。アミノアルコールは、アミン化合物のうち、分子内に少なくとも1つのヒドロキシアルキル基を更に有する化合物である。
なかでも、AMP、N-MAMP、MEA、DEA、TrisまたはDEGAが好ましく、AMP、MEA、DEA、またはDEGAがより好ましい。
環状構造を有するアミン化合物の環状構造は、特に制限されず、例えば、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環(含窒素ヘテロ環)が挙げられる。
環状構造を有するアミン化合物としては、例えば、アゾール化合物、ピリジン化合物、ピラジン化合物、ピリミジン化合物、ピペラジン化合物、および環状アミジン化合物が挙げられる。
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、およびテトラゾール化合物が挙げられる。
アゾール化合物としては、トリアゾール化合物、またはテトラゾール化合物が好ましく、1,2,4-トリアゾ-ル、5-アミノテトラゾール、または1H-テトラゾールがより好ましい。
ピリジン化合物としては、例えば、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、および4-カルボキシピリジンが挙げられる。
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、および2-アミノ-5-メチルピラジンが挙げられ、ピラジンが好ましい。
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、および4,6-ジメチルピリミジンが挙げられ、2-アミノピリミジンが好ましい。
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、および炭素数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または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、およびクレアチニンが挙げられ、DBU、またはDBNが好ましい。
アミノアルコールおよび環状構造を有する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、ジエチルアミン、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、および4-(2-アミノエチル)モルホリン(AEM)が挙げられる。
アミノアルコールおよび環状構造を有するアミン化合物以外のポリアミン化合物としては、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、および1,4-ブタンジアミン等のアルキレンジアミン、並びに、ジエチレントリアミン(DETA)、トリエチレントリアミン(TETA)、およ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。
このような成分Aとしては、2つ以上の第1級~第3級アミノ基を有するポリアミン化合物、1つ以上の第1級~第3級アミノ基と1つ以上のヒドロキシ基を有するアミノアルコール、および、環状構造を有するアミン化合物のうち2つ以上の親水性基を有する化合物が挙げられる。
成分Aが有する親水性基の総数の上限は特に制限されないが、5以下が好ましく、4以下がより好ましい。
また、Wを含む金属膜に対する腐食防止性能により優れる点では、MEA、AMP、N-MAMP、DEA、DEGA、Tris、PDA、DETA、TETA、AEP、BHEP、BAPP、またはBAPEDAがより好ましく、DEGA、Tris、PDA、DETA、TETA、AEP、BHEP、BAPP、またはBAPEDAが更に好ましい。
成分A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、0.5~12質量%がより好ましい。
洗浄液は、下記式(a)で表される化合物である成分Bを含む。
NHxR(3-x) (a)
式中、Rは水素原子および炭素原子からなる炭素数1~3のアルキル基を表し、xは0~3の整数を表す。
xは、Cuを含む金属膜に対する腐食防止性能および洗浄性能により優れる点からは、0~2の整数が好ましく、Wを含む金属膜に対する腐食防止性能により優れる点からは、3が好ましい。
なかでも、Cuを含む金属膜に対する腐食防止性能および洗浄性能により優れる点からは、炭素数1~3のアルキル基を有する成分Bが好ましく、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、トリメチルアミン、またはトリエチルアミンがより好ましく、エチルアミン、プロピルアミン、ジエチルアミンまたはトリエチルアミンが更に好ましい。
また、Wを含む金属膜に対する腐食防止性能により優れる点からは、アンモニアが好ましい。
成分Aの含有量に対する成分Bの含有量の質量比は、WまたはCoを含む金属膜に対する腐食防止性能および洗浄性能により優れる点で、0.005以下が好ましい。下限値は特に制限されないが、洗浄性能により優れる点で、0.00001以上が好ましく、0.0001以上がより好ましく、0.0005以上が更に好ましい。
成分Bの含有量は、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はなく、蒸留水、脱イオン水、および純水(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。
洗浄液中、水の含有量は特に制限されず、例えば、洗浄液の全質量に対して1~99質量%である。
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、キレート剤を含むことが好ましい。
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、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。なお、キレート剤は、上述した成分Aおよび成分Bをいずれも含まない。
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、カルボキシ基、およびホスホン酸基から選ばれる少なくとも1種の配位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基を有するカルボン酸系キレート剤、および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が挙げられる。
無機系キレート剤としては、縮合リン酸およびその塩が挙げられる。
キレート剤としては、有機系キレート剤が好ましく、カルボキシ基、およびホスホン酸基から選ばれる少なくとも1種の配位基を有する有機系キレート剤がより好ましい。
また、キレート剤が有機系キレート剤である場合、その炭素数は、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。
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、およ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、ジエチレントリアミン五酢酸(DTPA)、エチレンジアミン四酢酸(EDTA)、トランス-1,2-ジアミノシクロヘキサン四酢酸、またはイミノジ酢酸(IDA)が好ましい。
金属膜(特にCu含有膜またはCo含有膜)に対する腐食防止性能に優れる点からは、アミノ酸系キレート剤としては、硫黄原子を含有する含硫アミノ酸が好ましい。含硫アミノ酸としては、例えば、シスチン、システイン、エチオニン、およびメチオニンが挙げられる。なかでも、シスチンまたはシステインが好ましい。
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(1)、式(2)および式(3)で表される化合物が挙げられる。
式(1)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、また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。
R2で表されるアルキレン基としては、炭素数1~6の直鎖状または分岐鎖状のアルキレン基が好ましく、炭素数1~4の直鎖状また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。
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、およ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。
また、金属膜(特にCu含有膜またはCo含有膜)に対する欠陥抑制性能に優れる点からは、含硫アミノ酸が好ましく、シスチンまたはシステインがより好ましい。
洗浄液におけるキレート剤の含有量(2種以上のキレート剤を含む場合は合計含有量)は、特に制限されないが、希釈によるpH変動の抑制性能により優れる点で、洗浄液の全質量に対して、0.001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。キレート剤の含有量の上限は特に制限されないが、洗浄液の全質量に対して25質量%以下が好ましく、腐食防止性能により優れる点で、18質量%以下がより好ましく、CuまたはCoを含む金属膜に対する腐食防止性能に更に優れる点で、10質量%以下が更に好ましい。
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、およ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、上述した成分A、成分B、およびキレート剤を含まない。
洗浄液が界面活性剤を含む場合、金属膜の腐食防止性能、および研磨微粒子の除去性がより優れる点で、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、カルボキシ基を有するカルボン酸系界面活性剤、およ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)、およ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。リン酸エステルおよびポリオキシアルキレンエーテルリン酸は、モノエステルおよびジエステルの両者を含むことが多いが、モノエステルまた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、および有機アミン塩が挙げられる。
リン酸エステルおよ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、または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、およびポリビニルホスホン酸、並びに、特開2012-057108号公報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、およ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、または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、およ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、または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)、およ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。
硫酸エステルおよ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、または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、ミリスチル硫酸、およびポリオキシエチレンラウリルエーテル硫酸が挙げられる。
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(例えば、ポリオキシエチレンステアリルエーテル等)、ポリオキシアルキレンアルケニルエーテル(例えば、ポリオキシエチレンオレイルエーテル等)、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル(例えば、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル等)、ポリオキシアルキレングリコール(例えば、ポリオキシプロピレンポリオキシエチレングリコール等)、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)(例えば、ポリオキシエチレンモノステアレート、およびポリオキシエチレンモノオレート等のポリオキシエチレンモノアルキレート)、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)(例えば、ポリオキシエチレンジステアレート、およびポリオキシエチレンジオレート等のポリオキシエチレンジアルキレート)、ビスポリオキシアルキレンアルキルアミド(例えば、ビスポリオキシエチレンステアリルアミド等)、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、およ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。
なかでも、ポリオキシエチレンモノアルキレート、またはポリオキシエチレンジアルキレートが好ましく、ポリオキシエチレンジアルキレートがより好ましい。
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およびアルキル-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。
アニオン性界面活性剤としては、リン酸エステル系界面活性剤、スルホン酸系界面活性剤、ホスホン酸系界面活性剤、およびカルボン酸系界面活性剤からなる群より選択される少なくとも1種が好ましく、リン酸エステル系界面活性剤、またはスルホン酸系界面活性剤がより好ましく、リン酸エステル系界面活性剤が更に好ましい。
洗浄液が界面活性剤を含む場合、その含有量(2種以上含む場合は合計含有量)は、洗浄液の全質量に対して、0.01~10.0質量%が好ましく、0.05~5.0質量%がより好ましく、0.1~3.0質量%が更に好ましい。
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、還元剤を含んでいてもよい。
還元剤は、酸化作用を有し、洗浄液に含まれるOH-イオンまた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。
洗浄液は、腐食防止性能に優れる点で、還元剤を含むことが好ましい。
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、およ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、およ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また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またはヒドロキシルアミン誘導体の無機酸塩または有機酸塩であってもよい。ヒドロキシルアミンまたはヒドロキシルアミン誘導体の塩としては、Cl、S、Nおよび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との塩が好ましく、塩酸塩、硫酸塩、または硝酸塩がより好ましい。
式(5)におけるR6およびR7としては、炭素数1~6のアルキル基が好ましく、エチル基または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、アスコルビン酸誘導体、およ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、およ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)、およ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)、およびアリール基(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基、およびスルホ基は、カチオンと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、およびアリール基は、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、および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、またはチオグリコール酸がより好ましく、1-チオグリセロールまた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(2種以上の還元剤を含む場合は合計含有量)は特に制限されないが、洗浄液の全質量に対して、0.01~20質量%が好ましく、0.1~15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。
洗浄液は、第4級アンモニウム化合物を含んでいてもよい。
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、および第4級アンモニウムの炭酸塩が挙げられる。
洗浄液は、CuまたはCoを含む金属膜の腐食防止性能がより優れる点から、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- (6)
式中、R8は、置換基としてヒドロキシ基また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また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、またはベンジル基が好ましく、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、または2-ヒドロキシエチル基がより好ましく、メチル基、エチル基、または2-ヒドロキシエチル基が更に好ましい。
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。
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、DMDEAH、TEMAH、コリン、およびビス(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、TMEAHが好ましい。
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。
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、防食剤、重合体、フッ素化合物、および有機溶剤が挙げられる。
洗浄液は、洗浄液のpHを調整および維持するために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およ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、成分B、ヒドロキシルアミン化合物、および第4級アンモニウム化合物とは異なる化合物である。
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、およ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、およ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、成分B、ヒドロキシルアミン化合物、および/または第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、リン酸、またはリン酸塩が好ましく、リン酸がより好ましい。
また、洗浄液に含まれるキレート剤、および/またはアニオン性界面活性剤が、洗浄液のpHを上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、他の成分の種類および量、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、0.03~15質量%が好ましく、0.1~13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、グルコースおよ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、およびグリセリン等のポリオール、ポリアクリル酸、ポリマレイン酸、およびこれらの共重合体等のポリカルボン酸、ポリビニルピロリドン、シアヌル酸、バルビツール酸およびその誘導体、グルクロン酸、スクアリン酸、α-ケト酸、アデノシンおよびその誘導体、プリン化合物およびその誘導体、フェナントロリン、レゾルシノール、ヒドロキノン、ニコチンアミドおよびその誘導体、フラボノ-ルおよびその誘導体、アントシアニンおよびその誘導体、並びにこれらの組み合わせが挙げられる。
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、およびケトン等の親水性有機溶剤が好ましい。有機溶剤は、単独でも2種類以上組み合わせて用いてもよい。
重合体、フッ素化合物、およ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>
洗浄液は、アルカリ性を示す。即ち、洗浄液のpHは、25℃において、7.0超である。
洗浄液のpHは、洗浄性能により優れる点で、25℃において、8.0以上が好ましく、9.0超がより好ましく、10.0超が更に好ましい。洗浄液のpHの上限は特に制限されないが、25℃において、14.0以下が好ましく、13.0以下がより好ましい。
洗浄液のpHは、上記のpH調整剤、並びに、上記の成分A、成分B、ヒドロキシルアミン化合物、第4級アンモニウム化合物、キレート剤、およびアニオン性界面活性剤防食剤等のpH調整剤の機能を有する成分を使用することにより、調整すればよい。
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、洗浄をより効率的に行うために加熱可能な範囲が広がる点で、60℃以上の引火点を有することが好ましく、引火点を有さないことがより好ましい。
本明細書において、引火点とは、JIS K 2265-2:2007に準拠して測定した引火点を意味し、「引火点を有さない」とは、-30~300℃の範囲内において上記の測定方法で測定したときに試料の引火が観測されないことを意味する。
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および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、原材料また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から金属成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、およ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、およ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および成分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、および/また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、成分A、成分B、並びに、キレート剤、界面活性剤、還元剤、および/または第4級アンモニウム化合物等の任意成分を順次添加した後、撹拌を行うことにより、調製する方法が挙げられる。また、水およ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、およ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、また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)、およ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およびポリプロピレン(PP)等のポリオレフィン樹脂(高密度また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およびPFAを含む)、およ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(キットまた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、および使用できる。
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)、または防錆およ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、およびポリエチレン-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、または、ステンレス、ハステロイ、インコネル、およびモネル等、防錆およ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頁および16頁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、クロムおよ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、クロムおよ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、およびニッケル-クロム合金が挙げられる。
金属材料におけるクロムおよ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およ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、容器の開封および洗浄、洗浄液の充填を含めた取り扱い、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、ISO(国際標準化機構)14644-1のクリーンルーム基準を満たすことが好ましい。なかでも、ISOクラス1、ISOクラス2、ISOクラス3、およびISOクラス4のいずれかを満たすことがより好ましく、ISOクラス1またはISOクラス2を満たすことが更に好ましく、ISOクラス1を満たすことが特に好ましい。
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。
また、洗浄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以上がより好ましい。希釈洗浄液のpHの上限は、25℃において、12.5以下が好ましく、11.5以下がより好ましく、10.5以下が更に好ましい。
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、イオン交換樹脂またはRO膜を用いたイオン成分低減処理、およ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。
希釈洗浄液における成分Bの含有量は、希釈洗浄液の全質量に対して、0.0000001~0.001質量%が好ましく、0.000001~0.0005質量%がより好ましい。
希釈洗浄液がキレート剤を含む場合、キレート剤の含有量は、希釈洗浄液の全質量に対して、0.00001~0.25質量%が好ましく、0.0001~0.18質量%がより好ましく、0.0005~0.1質量%が更に好ましい。
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、0.0001~0.1質量%が好ましく、0.0005~0.05質量%がより好ましく、0.001~0.03質量%が更に好ましい。
希釈洗浄液が還元剤を含む場合、還元剤の含有量は、希釈洗浄液の全質量に対して、0.0001~0.2質量%が好ましく、0.001~0.15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、第4級アンモニウム化合物の含有量は、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。
濃縮工程における洗浄液の濃縮方法は、洗浄液の性能を妨げない限り特に制限されず、蒸留等の公知の方法で行うことができる。
濃縮工程における洗浄液の濃縮率は、各成分の種類および含有量に応じて適宜調整すればよいが、濃縮前の洗浄液に対する濃縮液の比率が、質量比で1/5~1/500倍であることが好ましく、1/10~1/300倍であることがより好ましい。
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。後述するように、半導体基板の洗浄に適用する洗浄液の温度は、30℃以上である。
上記の洗浄方法では、例えば、CMP処理が施された半導体基板を上記の洗浄液を用いて洗浄することにより、半導体基板上の金属含有物が除去される。即ち、上記の洗浄方法の洗浄対象物としては、例えば、金属含有物を有する半導体基板が挙げられる。
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、および、溝内のいずれも含む。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、および、酸窒化物は、金属を含む、複合酸化物、複合窒化物、および、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)、およびアンチモン(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)、およびガリウム(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、およ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、およ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、およ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)、およ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、およびシリコンカーバイド(SiC)膜等)が挙げられる。
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)、およびタングステン(W)から選ばれる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)、および銅-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)、およびタングステン(W)から選ばれる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)、およびコバルト-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)、およびタングステン-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、シランおよ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、およ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、鍍金およびCVD法等の方法により、銅含有配線膜、コバルト含有膜、およ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、および絶縁膜を有する基板の表面を、研磨微粒子(砥粒)を含む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処理で使用した砥粒(例えば、シリカおよびアルミナ等)、研磨された金属配線膜、およ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。
半導体基板の洗浄方法は、CMP処理が施された半導体基板の表面に、温度が30℃以上である上記洗浄液を接触させることにより、半導体基板を洗浄する工程を含むものであれば、特に制限されない。
洗浄液の温度の上限は特に制限されないが、腐食防止性能により優れる点から、80℃未満が好ましく、70℃未満がより好ましく、60℃以下が更に好ましい。理論によって拘束されるものではないが、洗浄液の温度が上記の上限値を超えないことにより、成分Aにより形成される腐食防止膜が維持され、腐食防止性能がより向上するものと推測される。
なお、半導体基板に適用する洗浄液の温度とは、半導体基板に接触するときの洗浄液の温度を意図する。
また、半導体基板に適用する洗浄液の温度調製方法は特に制限されず、例えば、洗浄時の洗浄液の温度が目的の温度となるようにヒーター等の公知の加熱装置を用いて洗浄前の洗浄液を加熱する方法が挙げられる。
ブラシスクラブ洗浄は、半導体基板を2つのブラシで挟んで洗浄する方法である。2つのブラシの回転数はそれぞれ同一でもよいし、異なっていてもよい。ブラシスクラブ洗浄において、半導体基板を回転させてもよい。ブラシ回転数は、10~500rpm(revolutions per minute、回転/分)が好ましく、30~300rpmがより好ましい。半導体基板の回転数は、10~300rpmが好ましく、30~200rpmがより好ましい。
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または噴霧させる方法、および超音波またはメガソニックにて洗浄液を撹拌する方法が挙げられる。
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、およびそれらの任意の組み合わせが挙げられる。
また、実施例およ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、保管および分析測定は、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。
〔成分A〕
成分A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
・ 2-(メチルアミノ)-2-メチル-1-プロパノール(N-MAMP):富士フイルム和光純薬(株)製
・ モノエタノールアミン(MEA):富士フイルム和光純薬(株)製
・ ジエタノールアミン(DEA):富士フイルム和光純薬(株)製
・ トリスヒドロキシメチルアミノメタン(Tris):富士フイルム和光純薬(株)製
・ ジエチレングリコールアミン(DEGA):富士フイルム和光純薬(株)製
・ エチレンジアミン(EDA):富士フイルム和光純薬(株)製
・ 1,3-プロパンジアミン(PDA):富士フイルム和光純薬(株)製
・ ジエチレントリアミン(DETA):富士フイルム和光純薬(株)製
・ トリエチレントリアミン(TETA):富士フイルム和光純薬(株)製
・ N-(2-アミノエチル)ピペラジン(AEP):富士フイルム和光純薬(株)製
・ 1,4-ビス(2-ヒドロキシエチル)ピペラジン(BHEP):富士フイルム和光純薬(株)製
・ 1,4-ビス(3-アミノプロピル)ピペラジン(BAPP):富士フイルム和光純薬(株)製
・ ビス(アミノプロピル)エチレンジアミン(BAPEDA):富士フイルム和光純薬(株)製
・ トリエタノールアミン(TEA):富士フイルム和光純薬(株)製
成分Bとして、以下の化合物を洗浄液の製造に使用した。
・ エチルアミン:富士フイルム和光純薬(株)製
・ トリエチルアミン:富士フイルム和光純薬(株)製
・ プロピルアミン:富士フイルム和光純薬(株)製
・ アンモニア水(NH3):富士フイルム和光純薬(株)製
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。
・ 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
・ N,N,N’,N’-エチレンジアミンテトラキス(メチレンホスホン酸)(EDTPO):サーモフォス社製「Dequest 2066」
・ グリシン:富士フイルム和光純薬(株)製
・ クエン酸:扶桑化学工業(株)製
・ イミノジ酢酸(IDA):富士フイルム和光純薬(株)製
・ システイン:富士フイルム和光純薬(株)製
・ 1-ヒドロキシエチリデン-1,1-ジホスホン酸(HEDP):サーモフォス社製「Dequest 2000」
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。
・ セチルリン酸エステル(AP16):アニオン性界面活性剤、富士フイルム和光純薬(株)製
・ ステアリルリン酸エステル(AP18):アニオン性界面活性剤、富士フイルム和光純薬(株)製
・ ラウリルリン酸エステル(AP12):アニオン性界面活性剤、日光ケミカルズ(株)製「ホステンHLP」
・ ジエチルヒドロキシルアミン(DEHA):富士フイルム和光純薬(株)製
・ 没食子酸:富士フイルム和光純薬(株)製
・ テトラエチルアンモニウムヒドロキシド(TEAH):富士フイルム和光純薬(株)製
・ テトラプロピルアンモニウムヒドロキシド(TPAH):富士フイルム和光純薬(株)製
・ テトラブチルアンモニウムヒドロキシド(TBAH):富士フイルム和光純薬(株)製
・ トリメチルエチルアンモニウムヒドロキシド(TMEAH):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、成分AとしてのAMP、成分Bとしてのエチルアミン、キレート剤としてのDTPA、および界面活性剤としてのAP16を、表1に記載の含有量となる量にそれぞれ添加した。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。
表1および表2中、「比率1」欄の数値は、成分Aの含有量(複数使用した場合は合計含有量)に対する成分Bの含有量の質量比を示す。
表1および表2中、「比率2」欄の数値は、キレート剤の含有量(複数使用した場合は合計含有量)に対する成分Aの含有量(複数使用した場合は合計含有量)の質量比を示す。
表1および表2中、「洗浄液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。
各実施例および各比較例の洗浄液2mLを分取し、超純水により、表1および表2の「希釈率」欄に記載の希釈率(体積比)で希釈して、希釈洗浄液のサンプルを調製した。
表面に銅、コバルト、またはタングステン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の温度を、表1および表2の「洗浄液温度」欄に示す温度に調整した。得られた40℃のサンプル中にウエハを浸漬し、攪拌回転数250rpmにて、15秒間の浸漬処理を行った。各金属膜について、浸漬処理前後の膜厚を計算し、その計算結果から単位時間当たりの腐食速度を算出した。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および表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。
「A」:腐食速度が0.5Å/分以下
「B」:腐食速度が0.5Å/分超え1.0Å/分以下
「C」:腐食速度が1.0Å/分超え3.0Å/分以下
「D」:腐食速度が3.0Å/分超え
上述した腐食防止性能の評価と同様に、各実施例および各比較例の洗浄液を用いて希釈洗浄液のサンプルを調製した。得られた希釈洗浄液を用いて、化学機械研磨を施した金属膜を洗浄した際の欠陥抑制性能を評価した。
表面に銅、コバルト、またはタングステンからなる金属膜を有するウエハ(直径8インチ)を、FREX200(研磨装置、荏原製作所社製)を用いて研磨した。研磨液として、Cu含有膜を有するウエハおよびCo含有膜を有するウエハに対してはCSL5220C(商品名、富士フイルムプラナーソルーションズ社製)を、W含有膜を有するウエハに対してはW2000(商品名、キャボット社製)をそれぞれ使用した。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、表1および表2の「洗浄液温度」欄に示す温度に調整した各希釈洗浄液のサンプルを用いて、研磨されたウエハに対してブラシスクラブ洗浄を30秒間行った。このとき、洗浄液の供給量は1200mL/分であり、洗浄対象物であるウエハの温度は、38℃であった。
次いで、洗浄されたウエハに対して、乾燥処理した。
「A」:欠陥数が50個/ウエハ以下
「B」:欠陥数が50個/ウエハ超え200個/ウエハ以下
「C」:欠陥数が200個/ウエハ超え500個/ウエハ以下
「D」:欠陥数が500個/ウエハ超え
成分Aが、MEA、AMP、N-MAMP、DEA、DEGA、EDA、PDA、DETA、TETA、AEP、BHEP、BAPP、またはBAPEDAである場合、Cuまたは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、MEA、PDA、DETA、TETA、AEP、BHEP、BAPP、またはBAPEDAである場合、CuまたはCoを含む金属膜に対する腐食防止性能に更に優れることが確認された(実施例7、26、28および32~39の比較)。
また、成分Aが、MEA、AMP、N-MAMP、DEA、DEGA、Tris、PDA、DETA、TETA、AEP、BHEP、BAPP、またはBAPEDAである場合、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、DEGA、Tris、PDA、DETA、TETA、AEP、BHEP、BAPP、またはBAPEDAである場合、Wを含む金属膜に対する腐食防止性能に更に優れることが確認された(実施例7、26、28および32~39の比較)。
また、成分Bが、アンモニア(NH3)である場合、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8および43の比較)。
また、成分Aの含有量に対する成分Bの含有量の質量比が0.0005以上である場合、洗浄性能により優れることが確認された(実施例1および2の比較)。
キレート剤の含有量に対する成分Aの含有量の質量比が0.4超である場合、腐食防止性能により優れることが確認され、0.6以上である場合、CuまたはCoを含む金属膜に対する腐食防止性能に更に優れることが確認された(実施例40~42の比較)。
洗浄液が2種以上の第4級アンモニウム化合物を含む場合、Cuを含む金属膜に対する腐食防止性能に優れることが確認された(実施例30および31の比較)。
洗浄に用いる希釈洗浄液のサンプルの温度および洗浄時間を、表3の「洗浄液温度」欄および「洗浄時間」欄に示すものとすること以外は、上述した腐食防止性能の評価方法、および洗浄性能の評価方法に従って、実施例29の洗浄液を用いて、腐食防止性能および洗浄性能を評価した。
実施例101~108では、実施例29の洗浄液と同じ組成を有する洗浄液を使用した。それらの結果を表3に示す。
洗浄液の温度が80℃未満である場合、金属膜に対する腐食防止性能がより優れ、洗浄液の温度が70℃未満である場合、金属膜に対する腐食防止性能が更に優れることが確認された(実施例102~104の比較)。
洗浄時間が180秒間未満である場合、金属膜に対する洗浄性能がより優れることが確認された(実施例107および108の比較)。
Claims (20)
- 洗浄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、
前記洗浄液は、
アルカリ性を示し、且つ、
第1級アミン、第2級アミン、第3級アミン、およびそれらの塩からなる群より選択される少なくとも1種である成分A(ただし、下記式(a)で表される化合物は除く)と、
下記式(a)で表される化合物である成分Bと、を含み、
前記成分Aの含有量に対する前記成分Bの含有量の質量比が0.01以下であり、
前記半導体基板に適用する前記洗浄液の温度が30℃以上である、
洗浄方法。
NHxR(3-x) (a)
式中、Rは、水素原子および炭素原子からなる炭素数1~3のアルキル基を表し、xは0~3の整数を表す。 - 前記成分Aが、アミノアルコールを含む、請求項1に記載の洗浄方法。
- 前記アミノアルコールの共役酸の第1酸解離定数が7.0以上である、請求項2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2に記載の洗浄方法。
- 前記アミノアルコールが、アミノ基のα位に第4級炭素原子を有する、請求項2~4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2-アミノ-2-メチル-1-プロパノールである、請求項2~5のいずれか1項に記載の洗浄方法。
- 前記洗浄液が、前記成分Aに含まれる2種以上の化合物を含む、請求項1~6のいずれか1項に記載の洗浄方法。
- 前記洗浄液が、キレート剤を更に含む、請求項1~7のいずれか1項に記載の洗浄方法。
- 前記洗浄液が、還元剤を更に含む、請求項1~8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1~9のいずれか1項に記載の洗浄方法。
- 前記洗浄液が、第4級アンモニウム化合物を更に含む、請求項1~10のいずれか1項に記載の洗浄方法。
- 前記第4級アンモニウム化合物が、非対称構造を有する、請求項11に記載の洗浄方法。
- 前記洗浄液が、2種以上の第4級アンモニウム化合物を更に含む、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、界面活性剤を更に含む、請求項1~13のいずれか1項に記載の洗浄方法。
- 前記洗浄液が、2種以上の界面活性剤を更に含む、請求項1~14のいずれか1項に記載の洗浄方法。
- 前記半導体基板が、コバルト、チタン、タンタル、ルテニウム、およびタングステンからなる群より選択される少なくとも1種の金属を含む金属含有物を有する、請求項1~15のいずれか1項に記載の洗浄方法。
- 前記半導体基板に適用する前記洗浄液の供給量が、500~2000mL/分である、請求項1~16のいずれか1項に記載の洗浄方法。
- 前記洗浄工程が、ブラシスクラブ洗浄である、請求項1~17のいずれか1項に記載の洗浄方法。
- 前記洗浄工程における洗浄時間が、10~120秒間である、請求項1~18のいずれか1項に記載の洗浄方法。
- 前記洗浄工程の後、前記半導体基板を水ですすぐリンス工程を更に有する、請求項1~19のいずれか1項に記載の洗浄方法。
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