JP7828342B2 - 処理液、半導体基板の洗浄方法、半導体素子の製造方法 - Google Patents
処理液、半導体基板の洗浄方法、半導体素子の製造方法Info
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Description
に関する。
CCD(Charge-Coupled Device)及びメモリ等の半導体素子は、フォトリソグラフィー技術を用いて、基板上に微細な電子回路パターンを形成して製造される。具体的には、基板上に、配線材料となる金属膜、エッチング停止層及び層間絶縁層を有する積層体上にレジスト膜を形成し、フォトリソグラフィー工程及びドライエッチング工程(例えば、プラズマエッチング処理等)を実施することにより、半導体素子が製造される。
硫黄含有化合物と、
溶媒と、を含む、処理液。
〔2〕 上記特定化合物が、後述する式(1)で表されるカチオン及び後述する式(2)で表されるカチオンのいずれかを有する、〔1〕に記載の処理液。
〔3〕 上記式(1)中、R11~R14が、それぞれ独立に、無置換のアルキル基を表す、〔2〕に記載の処理液。
〔4〕 上記特定化合物が、エチルトリメチルアンモニウム塩である、〔1〕~〔3〕のいずれか1つに記載の処理液。
〔5〕 上記特定化合物が、合計炭素数が8以上の第4級アンモニウムカチオンを含む第4級アンモニウム化合物、及び、合計炭素数が8以上の第4級ホスホニウムカチオンを含む上記第4級ホスホニウム化合物からなる群から選択される少なくとも1つを含む、〔1〕に記載の処理液。
〔6〕 上記硫黄含有化合物に対する上記特定化合物の質量比が、1.0超である、〔1〕~〔5〕のいずれか1つに記載の処理液。
〔7〕 上記硫黄含有化合物が、チオール化合物及びその塩、チオエーテル化合物、チオケトン化合物、チオ尿素化合物、ジスルフィド化合物、ポリスルフィド化合物、並びに、硫黄含有ヘテロ環化合物からなる群から選択される少なくとも1つを含む、〔1〕~〔6〕のいずれか1つに記載の処理液。
〔8〕 上記硫黄含有化合物が、チオール化合物及びその塩、並びに、チオ尿素化合物からなる群から選択される少なくとも1つを含む、〔1〕~〔7〕のいずれか1つに記載の処理液。
〔9〕 上記硫黄含有化合物が、システイン、システアミン、N-アセチルシステイン、チオグリセロール、メルカプトプロピオン酸、メルカプトコハク酸、メソ-2,3-ジメルカプトコハク酸、メルカプトトリアゾール、並びに、テトラメチルチオ尿素からなる群から選択される少なくとも1つを含む、〔1〕~〔8〕のいずれか1つに記載の処理液。
〔10〕 上記硫黄含有化合物が、システインを含む、〔1〕~〔9〕のいずれか1つに記載の処理液。
〔11〕 更に、グリコール化合物、モノアルキルエーテル化合物及びアルキレンオキシド化合物からなる群から選択される少なくとも1つの化合物Xを含む、〔1〕~〔10〕のいずれか1つに記載の処理液。
〔12〕 上記化合物Xが、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,3-ブタンジオール及び2-ブトキシエタノールからなる群から選択される少なくとも1つを含む、〔11〕に記載の処理液。
〔13〕 上記化合物Xに対する上記硫黄含有化合物の質量比が、0.1~10.0である、〔11〕又は〔12〕に記載の処理液。
〔14〕 更に、アミン化合物を含む、〔1〕~〔13〕のいずれか1つに記載の処理液。
〔15〕 上記アミン化合物が、モノエタノールアミン及びメチルジエタノールアミンからなる群から選択される少なくとも1つを含む、〔14〕に記載の処理液。
〔16〕 上記アミン化合物に対する上記硫黄含有化合物の質量比が、1.0~10.0である、〔14〕又は〔15〕に記載の処理液。
〔17〕 pHが、8.0~14.0である、〔1〕~〔16〕のいずれか1つに記載の処理液。
〔18〕 化学機械研磨処理が施された半導体基板を洗浄するために用いられる、〔1〕~〔17〕のいずれか1つに記載の処理液。
〔19〕 〔1〕~〔18〕のいずれか1つに記載の処理液を用いて、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。
〔20〕 〔19〕に記載の半導体基板の洗浄方法を用いる、半導体素子の製造方法。
本明細書における各表記の意味を以下に示す。
「~」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及び上限として含む範囲を意味する。
「psi」とは、pound-force per square inch(重量ポンド毎平方インチ)を意味し、1psi=6894.76Paを意味する。
本明細書に記載の化合物において、特段の断りがない限り、構造異性体、光学異性体及び同位体が含まれていてもよい。また、構造異性体、光学異性体及び同位体は、1種単独又は2種以上を含まれていてもよい。
表記される2価の基(例えば、-COO-等)の結合方向は、特段の断りがない限り、制限されない。例えば、「X-Y-Z」なる式で表される化合物中の、Yが-COO-である場合、上記化合物は「X-O-CO-Z」であってもよく、「X-CO-O-Z」であってもよい。
「(メタ)アクリル」は、アクリル及びメタクリルの両方を含み、「(メタ)アクリレート」は、アクリレート及びメタクリレートの両方を含む。
処理液は、合計炭素数が5以上の第4級アンモニウムカチオンを含む第4級アンモニウム化合物、及び、合計炭素数が5以上の第4級ホスホニウムカチオンを含む第4級ホスホニウム化合物からなる群から選択される少なくとも1つの特定化合物と、
硫黄含有化合物と、
溶媒と、を含む。
疎水性防食剤は、金属(例えば、銅等)に強く相互作用して吸着しやすく、従来の処理液では除去することが困難であることを知見した。一方で、特定化合物と硫黄含有化合物とを含む本発明の処理液は、これらの化合物が相互作用して、疎水性防食剤との親和性の向上により疎水性防食剤の除去性に優れ、銅溶解能も調整できることにより銅表面粗さ抑制性にも優れると推測している。
以下、疎水性防食剤の除去性及び銅表面粗さ抑制性の少なくとも一方の効果がより優れることを、本発明の効果がより優れるともいう。
以下、処理液に含まれる各成分について説明する。
処理液は、特定化合物を含む。
特定化合物は、合計炭素数が5以上の第4級アンモニウムカチオンを含む第4級アンモニウム化合物、及び、合計炭素数が5以上の第4級ホスホニウムカチオンを含む第4級ホスホニウム化合物からなる群から選択される少なくとも1つの化合物である。
なお、上記合計炭素数とは、第4級アンモニウム化合物に含まれる第4級アンモニウムカチオンの炭素原子の数の合計、又は、第4級ホスホニウム化合物に含まれる第4級ホスホニウムカチオンの炭素原子の数の合計を表す。
換言すると、上記第4級アンモニウム化合物は、カチオンとして合計炭素数が5以上の第4級アンモニウムカチオンを含む。上記第4級ホスホニウム化合物は、カチオンとして合計炭素数が5以上の第4級ホスホニウムカチオンを含む。特定化合物は、後述するように、上記カチオン以外に、アニオンを含んでいてもよい。上記アニオンは、特に制限されない。
特定化合物の好適態様の一つとしては、合計炭素数が8以上の第4級アンモニウムカチオンを含む第4級アンモニウム化合物及び合計炭素数が8以上の第4級ホスホニウムカチオンを含む第4級ホスホニウム化合物からなる群から選択される少なくとも1つを含むことが好ましい。
第4級アンモニウムカチオンの合計炭素数及び第4級ホスホニウムカチオンの合計炭素数の上限は、30以下が好ましく、20以下がより好ましく、10以下が更に好ましい。
上記第4級アンモニウム化合物及び上記第4級ホスホニウム化合物は、上記カチオンを2つ以上有していてもよく、アニオンを2つ以上有していてもよい。
上記アニオンは、1価のアニオン及び2価以上のアニオンのいずれであってもよい。
上記アニオンとしては、例えば、有機アニオン及び無機アニオンが挙げられる。具体的には、カルボン酸イオン、リン酸イオン、硫酸イオン、ホスホン酸イオン及び硝酸イオン等の酸アニオン;水酸化物イオン;塩化物イオン、フッ化物イオン及び臭化物イオン等のハロゲン化物イオン;が挙げられ、水酸化物イオンが好ましい。
上記置換基としては、例えば、フッ素原子、塩素原子及び臭素原子等のハロゲン原子、ヒドロキシ基、並びに、有機基が挙げられる。
上記置換基としては、置換基を有していてもよく-O-を有していてもよい炭化水素基が好ましい。
上記炭化水素基の炭素数は、1~30が好ましく、1~10がより好ましく、1~5が更に好ましい。
上記炭化水素基としては、例えば、置換基を有していてもよく-O-を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよく-O-を有していてもよいアルケニル基、置換基を有していてもよく-O-を有していてもよいアルキニル基、置換基を有していてもよく-O-を有していてもよいアリール基及びこれらを組み合わせた基が挙げられ、置換基を有していてもよく-O-を有していてもよいアルキル基が好ましい。
上記炭化水素基が有する置換基としては、例えば、フッ素原子、塩素原子及び臭素原子等のハロゲン原子;アルコキシ基;ヒドロキシ基;メトキシカルボニル基及びエトキシカルボニル基等のアルコキシカルボニル基;アセチル基、プロピオニル基及びベンゾイル基等のアシル基;シアノ基;ニトロ基;が挙げられ、ヒドロキシ基が好ましい。また、上記炭化水素基が有する置換基は、上記アンモニウムカチオン及び上記ホスホニウムカチオンであってもよい。
上記アルキル基、上記アルケニル基及び上記アルキニル基の炭素数は、1~30が好ましく、1~10がより好ましく、1~5が更に好ましく、1~3が特に好ましい。
上記アルキル基としては、無置換のアルキル基、ヒドロキシ基を有し-O-を有していてもよいアルキル基が好ましく、無置換のアルキル基又はヒドロキシ基を有するアルキル基がより好ましい。
無置換のアルキル基は、置換基(例えば、ヒドロキシ基等)及び-O-のいずれも有さないアルキル基(例えば、メチル基及びエチル基等)である。
上記アリール基の炭素数は、6~20が好ましく、6~10がより好ましく、6~8が更に好ましい。
上記アリール基としては、無置換のアリール基(置換基及び-O-を有さないアリール基)、ヒドロキシ基を有するアリール基が好ましく、無置換のアリール基がより好ましい。
無置換のアリール基は、置換基及び-O-のいずれも有さないアリール基(例えば、フェニル基及びナフチル基等)である。
上記アリール基としては、例えば、ベンジル基、フェニル基、ナフチル基、アントリル基、フェナントリル基、インデニル基、アセナフテニル基、フルオレニル基及びピレニル基が挙げられ、フェニル基が好ましい。
また、上記アンモニウムカチオンが窒素原子上又は上記ホスホニウムカチオンがリン原子上に有する4つの置換基のうち少なくとも2つが、同一の基を表すことが好ましく、上記4つの置換基のうち少なくとも3つは、同一の基を表すことがより好ましい。
X11としては、窒素原子が好ましい。
上記アルキル基は、直鎖状、分岐鎖状及び環状のいずれであってもよい。
上記アルキル基の炭素数は、1~20が好ましく、1~10がより好ましく、1~5が更に好ましく、1~3が特に好ましい。
上記置換基としては、例えば、ヒドロキシ基、カルボキシ基及びハロゲン原子(例えば、フッ素原子、塩素原子及び臭素原子等)が挙げられ、ヒドロキシ基が好ましい。
R11~R14としては、無置換のアルキル基(置換基及び-O-のいずれも有さないアルキル基)が好ましく、炭素数1~3の無置換のアルキル基がより好ましい。
ただし、R11~R14の全てが、同一の基を表す場合を除く。例えば、R11~R14がいずれもメチル基を表す場合は、これらの基は同一の基であるため、上記「R11~R14の全てが、同一の基を表す場合を除く」という要件を満たしていない。それに対して、R11~R13がいずれもメチル基で、R14がエチル基である場合、R11~R14の全てが同一の基ではないため、上記「R11~R14の全てが、同一の基を表す場合を除く」という要件を満たしている。なお、置換基の種類、及び、アルキル基の種類の少なくとも一方が異なっていれば、同一の基には該当しない。つまり、2つの基を比較した際に、置換基の種類、及び、アルキル基の種類の少なくとも一方が異なっていれば、両者は異なる基に該当するといえる。例えば、エチル基と、ヒドロキシエチル基とは、基全体としては構造が異なるため、両者は同一の基には該当しない。
上記「R11~R14の全てが、同一の基を表す場合を除く」とは、換言すると、R11~R14で表される4つの基が、少なくとも2種の基を表すことを意味する。例えば、上述した、R11~R13がいずれもメチル基で、R14がエチル基である場合、R11~R14で表される4つの基が、メチル基とエチル基という2種の基を表している。
R11~R14が取り得る態様としては、例えば、R11~R14で表される4つの基のうち、R11~R13で表される3つの基が同一の基であり、R14で表される1つの基が上記3つ基とは異なる基である態様が挙げられる。また、R11~R14で表される4つの基のうち、R11~R12で表される2つの基同士は同一の基であり、R13~R14で表される2つの基同士は同一の基であるが、R11~R12で表される基とR13~R14で表される基とが異なる基である態様が挙げられる。また、R11~R14で表される4つの基が全て異なる基であってもよい。
R11~R14の合計炭素数とは、R11~R14で表されるそれぞれの基に含まれる炭素原子の数の合計を意味する。
X21及びX22としては、窒素原子が好ましい。また、X21及びX22は、同一の基を表すことも好ましい。
L21としては、例えば、-COO-、-CONH-、-CO-、-O-、アルキレン基、アルケニレン基、アリーレン基及びこれらを組み合わせた基が挙げられる。
上記2価の連結基は、更に置換基を有していてもよい。上記置換基としては、例えば、ヒドロキシ基、カルボキシ基及びハロゲン原子(例えば、フッ素原子、塩素原子及び臭素原子等)が挙げられる。
上記アルキレン基は、直鎖状、分岐鎖状及び環状のいずれであってもよく、直鎖状又は分岐鎖状が好ましい。
上記アルキレン基の炭素数は、1~20が好ましく、1~15がより好ましく、1~10が更に好ましい。
上記アリーレン基は、単環及び多環のいずれであってもよく、単環が好ましい。
上記アリーレン基の炭素数は、6~20が好ましく、6~10がより好ましい。
R21~R26としては、例えば、R11~R14で表されるアルキル基が挙げられる。
R21~R26の全てが同一の基を表してもよく、R21~R26が異なる基を表してもよい。換言すると、R21~R26で表される6つの基が全て同じ基であってもよく、R21~R26で表される6つの基が少なくとも2種の基であってもよい。なかでも、R21~R26で表される6つの基が少なくとも2種の基であることが好ましい。
R21~R26及びL21の合計炭素数とは、R21~R26及びL21で表されるそれぞれの基に含まれる炭素原子の数の合計を意味する。
合計炭素数が5以上の第4級ホスホニウムカチオンを含む第4級ホスホニウム化合物としては、例えば、テトラブチルホスホニウムヒドロキシド、テトラフェニルホスホニウムブロミド、ヘプチルトリフェニルホスホニウムブロミド及びメチルトリフェニルホスホニウムヨージドが挙げられる。
上記特定化合物の例示化合物におけるアニオンは、上記以外のアニオンであってもよい。上記アニオンについては、上述したとおりである。例えば、デカメトニウムブロミドは、デカメトニウムヒドロキシド及びデカメトニウムヨージドのいずれであってもよい。
また、特定化合物としては、例えば、国際公開第2020/214692号に記載の化合物も挙げられ、これらの内容は本明細書に組み込まれる。
特定化合物としては、合計炭素数が5以上の第4級アンモニウムカチオンを含む第4級アンモニウム化合物が好ましく、エチルトリメチルアンモニウム塩がより好ましい。
特定化合物のClogPは、-4.60~20.0の場合が多く、-4.60~1.50が好ましく、-4.60~-2.50がより好ましく、-4.60~-3.00が更に好ましい。
ClogPとは、1-オクタノールと水への分配係数Pの常用対数logPを計算によって求めた値である。ClogPは、親水性指標となる。本明細書におけるClogPは、特段の断りのない限り、ChemDraw Professional(Version:16.0.1.4(77)、PerkinElmer社製)用いて計算される値である。
特定化合物の含有量は、処理液の全質量に対して、0.01~20.0質量%の場合が多く、0.1~10.0質量%が好ましく、1.0~10.0質量%がより好ましく、2.5~10.0質量%が更に好ましく、4.0~10.0質量%が特に好ましい。
特定化合物の含有量は、処理液中の溶媒を除いた成分の合計質量に対して、1.0~98.0質量%の場合が多く、5.0~95.0質量%が好ましく、50.0~95.0質量%がより好ましく、70.0~95.0質量%が更に好ましく、60.0~95.0質量%が特に好ましい。
処理液は、硫黄含有化合物を含む。
硫黄含有化合物は、分子内に、1以上の硫黄原子を有する化合物である。
また、硫黄含有化合物は、上述した化合物とは異なる化合物であることが好ましい。
また、硫黄含有化合物は、高分子化合物(重合体)であってもよい。
上記塩としては、チオール化合物におけるS-H+基中のH+(プロトン)が他のカチオンに置き換わった化合物が挙げられ、例えば、ナトリウム塩及びカリウム塩等のアルカリ金属塩、並びに、アンモニウム塩が挙げられる。
硫黄含有ヘテロ環化合物としては、例えば、2-アミノ-1,3,4-チアジアゾール、チアジン、ベンゾチアジン及びベンゾチアゾールが挙げられる。
その他硫黄含有化合物としては、例えば、スルホニル化合物(スルホニル基を有する化合物)が挙げられる。
スルホニル化合物としては、例えば、スルバクタム及びジアフェニルスルホンが挙げられる。
また、硫黄含有化合物は、ペニシリン、スルバクタム及びジアフェニルスルホンからなる群から選択される少なくとも1つを含むことも好ましい。上記化合物を含む場合、抗菌作用に優れる。
硫黄含有化合物のClogPは、-4.50~1.00が好ましく、-3.50~0.60がより好ましく、-2.50~-2.00が更に好ましい。
硫黄含有化合物の含有量は、処理液の全質量に対して、0.0001~20.0質量%が好ましく、0.01~5.0質量%がより好ましく、0.8~1.5質量%が更に好ましい。
硫黄含有化合物の含有量は、処理液中の溶媒を除いた成分の合計質量に対して、0.0001~20.0質量%が好ましく、0.01~5.0質量%がより好ましく、0.8~1.5質量%が更に好ましい。
処理液は、溶媒を含む。
溶媒としては、例えば、水及び有機溶媒が挙げられ、水が好ましい。
水としては、例えば、蒸留水、脱イオン水及び純水(超純水)が挙げられる。上記水としては、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から、純水(超純水)が好ましい。
水の含有量は、処理液に含まれ得る成分の残部であれば、特に制限されない。
水の含有量は、処理液の全質量に対して、1.0質量%以上が好ましく、30.0質量%以上がより好ましく、50.0質量%以上が更に好ましく、60.0質量%以上が特に好ましい。上限は、処理液の全質量に対して、99.99質量%以下が好ましく、99.9質量%以下がより好ましく、99.0質量%以下が更に好ましい。
有機溶媒としては、例えば、特開2021-052186号公報の段落[0043]~[0060]に記載の有機溶媒が挙げられ、これらの内容は本明細書に組み込まれる。
処理液は、化合物Xを含んでいてもよい。
処理液が化合物Xを含む場合、疎水性防食剤の除去性が向上する。
化合物Xは、グリコール化合物、モノアルキルエーテル化合物及びアルキレンオキシド化合物からなる群から選択される少なくとも1つの化合物である。
グリコール化合物は、分子内に、2つのヒドロキシ基を有する化合物である。
モノアルキルエーテル化合物は、分子内に、1つのヒドロキシ基と、1つ以上の-OR(Rは有機基を表す)とを有する化合物である。
アルキレンオキシド化合物は、分子内に、ヒドロキシ基を有さず、1つ以上のアルキレンオキシ基(好ましくは、エチレンオキシ基)を有する化合物である。
具体的には、ジエチレングリコールジブチルエーテル、ジエチレングリコールブチルメチルエーテル、ジエチレングリコールジプロピルエーテル、トリエチレングリコールジエチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル及びトリエチレングリコールジメチルエーテルが挙げられる。
化合物Xの含有量は、処理液の全質量に対して、0.0001~20.0質量%の場合が多く、0.01~5.0質量%が好ましく、0.5~5.0質量%がより好ましく、1.0~1.5質量%が更に好ましい。
化合物Xの含有量は、処理液中の溶媒を除いた成分の合計質量に対して、0.01~80.0質量%の場合が多く、0.1~50.0質量%が好ましく、5.0~50.0質量%がより好ましく、10.0~20.0質量%が更に好ましい。
処理液は、アミン化合物を含んでいてもよい。
上述した特定化合物及び硫黄含有化合物は、アミン化合物には含まれない。また、後述する防食剤とも異なることも好ましい。
アミン化合物は、アミノ基を有する化合物である。上記アミン化合物が有するアミノ基は、第1級のアミノ基(-NH2)、第2級のアミノ基(>NH)及び第3級のアミノ基(>N-)からなる群から選択される少なくとも1つである。なお、アミン化合物が複数の級数のアミノ基を有する場合、そのアミン化合物は、そのうち最も高級なアミノ基を有するアミン化合物に分類する。具体的には、第1級のアミノ基と、第2級のアミン基とを有するアミン化合物は、第2級のアミン基を有するアミン化合物とする。
アミン化合物としては、例えば、脂肪族アミン、アミノアルコール及びグアニジン化合物が挙げられる。上記アミン化合物は、鎖状(直鎖状又は分岐鎖状)及び環状のいずれであってもよい。
脂肪族アミンとしては、例えば、第1級脂肪族アミン(第1級のアミノ基を有する脂肪族アミン)、第2級脂肪族アミン(第2級のアミノ基を有する脂肪族アミン)及び第3級脂肪族アミン(第3級のアミノ基を有する脂肪族アミン)が挙げられる。
第1級の環状脂肪族アミンとしては、例えば、シクロヘキシルアミンが挙げられる。
第2級の環状脂肪族アミンとしては、例えば、ピペラジン、2-メチルピペラジン、2,5-ジメチルピペラジン及び2,6-ジメチルピペラジンが挙げられる。
第3級の環状脂肪族アミンとしては、例えば、環状アミジン化合物及びピペラジン化合物が挙げられる。
環状アミジン化合物は、環内にアミジン構造(>N-C=N-)を含むヘテロ環を有する化合物である。
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、5~6が好ましく、6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、DBU又はDBNが好ましい。
ピペラジン化合物は、シクロヘキサン環の対向する-CH-基が第3級のアミノ基(>N-)に置き換わったヘテロ6員環(ピペラジン環)を有する化合物である。
アミノアルコールは、1以上のアミノ基と、1以上のヒドロキシ基とを有する化合物である。
第1級のアミノアルコールとしては、例えば、モノエタノールアミン(MEA)、2-アミノ-2-メチル-1-プロパノール(AMP)、3-アミノ-1-プロパノール、1-アミノ-2-プロパノール、トリスヒドロキシメチルアミノメタン、ジエチレングリコールアミン(DEGA)及び2-(アミノエトキシ)エタノール(AEE)が挙げられる。
グアニジン化合物は、NR2-C(=NR)-NR2を有する化合物である。Rは、水素原子又は置換基を表す。
グアニジン化合物としては、例えば、グアニジン、テトラメチルグアニジン及びアルギニン、クロロヘキシジンが挙げられる。
アミン化合物の含有量は、処理液の全質量に対して、0.0001~20.0質量%の場合が多く、0.01~5.0質量%が好ましく、0.5~1.5質量%がより好ましく、1.0~1.5質量%が更に好ましい。
アミン化合物の含有量は、処理液中の溶媒を除いた成分の合計質量に対して、0.01~80.0質量%の場合が多く、0.1~50.0質量%が好ましく、5.0~20.0質量%がより好ましく、10.0~20.0質量%が更に好ましい。
処理液は、防食剤を含んでいてもよい。
防食剤としては、窒素含有複素環化合物が好ましく、プリン化合物又はアゾール化合物がより好ましく、プリン化合物が更に好ましい。
窒素含有複素環化合物は、環員原子として窒素原子を含む複素環を有する化合物である。
防食剤は、処理液に含まれ得る上記化合物とは異なる化合物であることが好ましい。
プリン化合物は、プリン及びプリン誘導体からなる群から選択される少なくとも1つの化合物である。処理液がプリン化合物を含む場合、防食性に優れ、残渣除去性にも優れる。
プリン化合物は、プリン、アデニン、グアニン、ヒポキサンチン、キサンチン、テオブロミン、カフェイン、尿酸、イソグアニン、アデノシン、エンプロフィリン、テオフィリン、キサントシン、7-メチルキサントシン、7-メチルキサンチン、テオフィリン、エリタデニン、3-メチルアデニン、3-メチルキサンチン、1,7-ジメチルキサンチン、1-メチルキサンチン及びパラキサンチンからなる群から選択される少なくとも1つを含むことが好ましく、アデニン、グアニン及びキサンチンからなる群から選択される少なくとも1つを含むことがより好ましく、キサンチンを含むことが更に好ましい。
アゾール化合物は、1つ以上の窒素原子を含み、芳香族性を有するヘテロ5員環を有する化合物である。
アゾール化合物が有するヘテロ5員環に含まれる窒素原子の数は、1~4が好ましく、1~3がより好ましい。
アゾール化合物は、ヘテロ5員環上に置換基を有していてもよい。
上記置換基としては、例えば、ヒドロキシ基、カルボキシ基、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。
防食剤の含有量は、処理液の全質量に対して、0.0001~10.0質量%が好ましく、0.001~5.0質量%がより好ましく、0.01~1.0質量%が更に好ましい。
防食剤の含有量は、処理液中の溶媒を除いた成分の合計質量に対して、0.01~80.0質量%が好ましく、0.1~50.0質量%がより好ましく、1.0~10.0質量%が更に好ましい。
処理液は、キレート剤を含んでいてもよい。
上述した特定化合物及び硫黄含有化合物は、キレート剤には含まれない。
処理液がキレート剤を含む場合、疎水性防食剤の除去性が向上する。
キレート剤としては、例えば、有機酸及びそれらの塩が挙げられる。上記塩としては、例えば、ナトリウム塩及びカリウム塩等のアルカリ金属塩、並びに、アンモニウム塩が挙げられる。
有機酸としては、例えば、カルボン酸系有機酸、ホスホン酸系有機酸及びそれらの塩が挙げられ、カルボン酸系有機酸が好ましく、ジカルボン酸がより好ましい。
有機酸が有する酸基としては、例えば、カルボキシ基、ホスホン酸基及びフェノール性ヒドロキシ基が挙げられる。
有機酸は、カルボキシ基及びホスホン酸基からなる群から選択される少なくとも1つを有することが好ましく、カルボキシ基を有することがより好ましい。
有機酸の炭素数は、1~15が好ましく、2~15がより好ましい。
カルボン酸系有機酸としては、例えば、脂肪族カルボン酸系有機酸、アミノポリカルボン酸系有機酸及びアミノ酸系有機酸が挙げられ、脂肪族カルボン酸系有機酸が好ましい。
脂肪族カルボン酸系有機酸は、カルボン酸基と脂肪族基と以外に、更にヒドロキシ基を有していてもよい。
キレート剤の含有量は、処理液の全質量に対して、0.0001~20.0質量%が好ましく、0.01~5.0質量%がより好ましく、1.0~1.5質量%が更に好ましい。
キレート剤の含有量は、処理液中の溶媒を除いた成分の合計質量に対して、0.01~80.0質量%が好ましく、0.1~50.0質量%がより好ましく、10.0~20.0質量%が更に好ましい。
処理液は、無機酸を含んでいてもよい。
上述した特定化合物及び硫黄含有化合物は、無機酸には含まれない。
処理液は、疎水性防食剤の除去性が優れる点で、キレート剤及び無機酸からなる群から選択される少なくとも1つを含むことが好ましい。
無機酸としては、例えば、塩酸、硝酸、亜硝酸、リン酸、ホウ酸、六フッ化リン酸、ハロゲン化アンモニウム及びそれらの塩が挙げられる。上記塩としては、例えば、ナトリウム塩及びカリウム塩等のアルカリ金属塩、並びに、アンモニウム塩が挙げられる。
無機酸は、1種単独又は2種以上で用いてもよい。
無機酸の含有量は、処理液の全質量に対して、0.0001~20.0質量%が好ましく、0.01~5.0質量%がより好ましく、1.0~1.5質量%が更に好ましい。
無機酸の含有量は、処理液中の溶媒を除いた成分の合計質量に対して、0.01~80.0質量%が好ましく、0.1~50.0質量%がより好ましく、10.0~20.0質量%が更に好ましい。
処理液は、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り、例えば、ノニオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤及び両性界面活性剤が挙げられる。
処理液が界面活性剤を含む場合、金属腐食防止性及び研磨微粒子の除去性がより優れる。
疎水基が芳香族炭化水素基を含む場合、芳香族炭化水素基の炭素数は、6以上が好ましく、10以上がより好ましい。上限は、20以下が好ましく、18以下がより好ましい。
疎水基が芳香族炭化水素基を含まず、脂肪族炭化水素基のみからなる場合、脂肪族炭化水素基の炭素数は、9以上が好ましく、13以上がより好ましく、16以上が更に好ましい。上限は、20以下が好ましく、18以下がより好ましい。
界面活性剤全体の炭素数は、16~100が好ましい。
界面活性剤の含有量は、処理液の全質量に対して、0.00001~1.0質量%が好ましく、0.0001~0.1質量%がより好ましく、0.001~0.01質量%が更に好ましい。
界面活性剤の含有量は、処理液中の溶媒を除いた成分の合計質量に対して、0.000001~50.0質量%が好ましく、0.00001~20.0質量%がより好ましく、0.0001~10.0質量%が更に好ましい。
処理液は、pH調整剤を含んでいてもよい。
pH調整剤としては、例えば、塩基性化合物及び酸性化合物が挙げられる。
また、上述した処理液に含まれ得る各成分の添加量を調整することで、処理液のpHを調整してもよい。
pH調整剤としては、例えば、国際公開第2019-151141号の段落[0053]及び[0054]、並びに、国際公開第2019-151001号の段落[0021]が挙げられ、これらの内容は本明細書に組み込まれる。
pH調整剤の含有量は、目的のpHになる量であれば特に制限されない。
pH調整剤の含有量は、処理液の全質量に対して、0.0001~5.0質量%が好ましく、0.01~2.0質量%がより好ましく、0.1~1.0質量%が更に好ましい。
pH調整剤の含有量は、処理液中の溶媒を除いた成分の合計質量に対して、0.001~30質量%が好ましく、0.01~10.0質量%がより好ましく、0.1~5.0質量%が更に好ましい。
処理液は、上記処理液に含まれ得る成分以外に、その他成分を含んでいてもよい。
その他成分としては、例えば、重合体、酸化剤、分子量500以上のポリヒドロキシ化合物、フッ素化合物及び抗菌剤が挙げられる。
その他成分は、重合体及び抗菌剤からなる群から選択される少なくとも1つを含むことが好ましい。
その他成分は、1種単独又は2種以上で用いてもよい。
「水溶性重合体」とは、2以上の構成単位が線状又は網目状に共有結合を介して連なった化合物であって、20℃の水100gに溶解する質量が0.1g以上である化合物を意味する。
単量体としては、例えば、カルボキシ基を有する単量体、ヒドロキシ基を有する単量体、ポリエチレンオキシド鎖を有する単量体、アミノ基を有する単量体及び複素環を有する単量体からなる群から選択される単量体が挙げられる。
水溶性重合体は、実質的に、上記群から選択される単量体に由来する構造単位のみからなる重合体であることも好ましい。「重合体が実質的に上記群から選択される単量体に由来する構造単位のみである」とは、上記群から選択される単量体に由来する構造単位の含有量が、重合体の全質量に対して、95~100質量%であり、99~100質量%であることが好ましい。
重合体が水溶性重合体である場合、水溶性重合体の重量平均分子量は、300以上が好ましく、2000以上がより好ましく、10000以上が更に好ましい。上限は、1500000以下が好ましく、1200000以下がより好ましく、1000000以下が更に好ましい。
重合体は、カルボキシ基を有する構成単位(例えば、(メタ)アクリル酸に由来する構成単位等)を有することが好ましい。カルボキシ基を有する構成単位の含有量は、重合体の全質量に対して、30~100質量%が好ましく、70~100質量%がより好ましく、85~100質量%が更に好ましい。
重合体の含有量は、処理液中の溶媒を除いた成分の合計質量に対して、0.000001~50質量%が好ましく、0.00001~20質量%がより好ましく、0.0001~10質量%が更に好ましい。 重合体の含有量が上記範囲内である場合、基板の表面に重合体が適度に吸着して処理液の金属腐食防止性能の向上に寄与し、かつ、処理液の粘度及び/又は洗浄性能のバランスも優れる。
酸化剤の含有量は、処理液の全質量に対して、0.0001~5.0質量%が好ましく、0.01~2.0質量%がより好ましく、0.1~1.0質量%が更に好ましい。
酸化剤の含有量は、処理液中の溶媒を除いた成分の合計質量に対して、0.001~30.0質量%が好ましく、0.01~10.0質量%がより好ましく、0.1~5.0質量%が更に好ましい。
上記ポリヒドロキシ化合物は、1分子中に、2以上(例えば、2~200等)のアルコール性ヒドロキシ基を有する有機化合物である。
上記ポリヒドロキシ化合物の分子量(分子量分布を有する場合は重量平均分子量)は、500以上であり、500~100000が好ましく、500~3000がより好ましい。
「シクロデキストリン」とは、複数のD-グルコースがグルコシド結合によって結合し、環状構造をとった環状オリゴ糖の1種を意味する。グルコースが5個以上(例えば、6~8個)結合した化合物である。
シクロデキストリンとしては、例えば、α-シクロデキストリン、β-シクロデキストリン及びγ-シクロデキストリンが挙げられ、γ-シクロデキストリンが好ましい。
硫黄含有化合物に対する特定化合物の質量比(特定化合物の質量/硫黄含有化合物の質量)は、0.1以上の場合が多く、1.0以上が好ましく、1.0超がより好ましく、2.5以上が更に好ましく、5.0以上が特に好ましく、10.0以上が最も好ましい。上限は、100.0以下の場合が多く、50.0以下が好ましく、20.0以下がより好ましい。
化合物Xに対する特定化合物の質量比(特定化合物の質量/化合物Xの質量)は、50.0以下が好ましく、10.0以下がより好ましく、5.0以下が更に好ましい。下限は、1.0以上が好ましい。
化合物Xに対する硫黄含有化合物の質量比(硫黄含有化合物の質量/化合物Xの質量)は、0.1~10.0が好ましく、1.0~2.0がより好ましく、1.0~1.5が更に好ましい。
アミン化合物に対する特定化合物の質量比(特定化合物の質量/アミン化合物の質量)は、50.0以下が好ましく、10.0以下がより好ましく、5.0以下が更に好ましい。下限は、1.0以上が好ましい。
アミン化合物に対する硫黄含有化合物の質量比(硫黄含有化合物の質量/アミン化合物の質量)は、1.0~10.0が好ましく、1.0~2.0がより好ましく、1.0~1.5が更に好ましい。
<pH>
処理液のpHは、8.0~14.0が好ましく、9.0~13.8がより好ましく、10.0~13.5が更に好ましい。
処理液が希釈して使用される場合、希釈された(例えば、質量比又は体積比で100倍希釈)処理液のpHは、8.0~14.0が好ましく、9.0~13.0がより好ましく、11.0~12.0が更に好ましい。
処理液の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。pHの測定温度は25℃とする。
pHの調整方法としては、例えば、処理液に含まれ得る各成分の種類及び含有量を調整する方法、並びに、後述するpH調整剤を添加する方法が挙げられる。
金属不純物(Fe、Co、Na、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)は、処理液の全質量に対して、いずれも5質量ppm以下が好ましく、1質量ppm以下がより好ましい。最先端の半導体素子の製造に適用する点から、上記金属不純物の含有量は、100質量ppb以下が更に好ましく、10質量ppb未満が特に好ましく、検出限界値以下が最も好ましい。下限は、処理液の全質量に対して、0質量ppb以上が好ましい。
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処理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、処理液の製造時に配管等から金属成分が溶出抑制のために、配管内壁にフッ素樹脂のライニングを施すことも挙げられる。
無機粒子及び有機粒子の合計含有量は、処理液の全質量に対して、1.0質量%以下が好ましく、0.1質量%以下がより好ましく、0.01質量%以下が更に好ましく、検出限界値以下が特に好ましい。下限は、処理液の全質量に対して、0質量%以上が好ましい。
処理液に含まれる無機粒子及び有機粒子は、原料に不純物として含まれる有機固形物及び無機固形物等の粒子、並びに、処理液の調製中に汚染物として持ち込まれる有機固形物及び無機固形物等の粒子であって、最終的に処理液中で溶解せずに粒子として存在するものが該当する。
処理液中に存在する無機粒子及び有機粒子の含有量は、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。
無機粒子及び有機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。
処理液は、公知の方法により製造できる。
処理液の製造方法は、調液工程を有することが好ましい。
処理液の調液工程は、例えば、上述した処理液に含まれ得る各成分を混合することにより処理液を調液する工程である。
上記各成分を混合する順序及びタイミングは、特に制限されない。調液工程としては、例えば、精製された純水(超純水)を入れた容器に、特定化合物と、硫黄含有化合物と、必要に応じて化合物X等とを順次添加した後に撹拌して、必要に応じてpH調整剤を添加して調液する方法が挙げられる。純水及び上記各成分を容器に添加する方法は、一括添加及び分割添加のいずれであってもよい。
上記撹拌機としては、例えば、工業用ミキサー、可搬型撹拌器、メカニカルスターラー及びマグネチックスターラーが挙げられる。上記分散機としては、例えば、工業用分散器、ホモジナイザー、超音波分散器及びビーズミルが挙げられる。
処理液の原料のうち少なくとも1つは、調液工程前に、精製処理が施されていることが好ましい。
精製処理後の原料の純度は、99質量%以上が好ましく、99.9質量%以上がより好ましい。上限は、99.9999質量%以下が好ましい。
精製処理は、上記精製方法を複数組み合わせて実施してもよい。例えば、原料をRO膜に通液する1次精製処理を行った後、更に、得られた原料をカチオン交換樹脂、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次精製処理を実施してもよい。また、精製処理は、複数回実施してもよい。
フィルタの材質としては、例えば、欠陥原因になりやすい高極性の異物を除去できる点で、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)が挙げられる。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)及びポリアミド樹脂(ナイロンを含む)が好ましく、フッ素樹脂がより好ましい。
フィルタリングを2回以上実施する場合、フィルタリングに用いるフィルタは同一及び異同のいずれであってもよい。
処理液(後述する希釈処理液の態様を含む)は、容器を腐食しない限り、任意の容器に充填して保管、運搬及び使用できる。
上記容器としては、市販品の半導体処理液用容器が挙げられる。具体的には、クリーンボトルシリーズ(アイセロ化学社製)及びピュアボトル(コダマ樹脂工業製)が挙げられる。
また、容器としては、容器の収容部の内壁等の処理液との接液部が、フッ素樹脂(パーフルオロ樹脂)又は防錆処理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から選択される少なくとも1つの樹脂若しくは上記樹脂とは異なる樹脂、又は、ステンレス、ハステロイ、インコネル及びモネル等の防錆処理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。
内壁がフッ素樹脂である容器は、内壁がポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂又はポリエチレン-ポリプロピレン樹脂である容器と比較して、エチレン及びプロピレンのオリゴマーの溶出を抑制できる。
内壁がフッ素樹脂である容器としては、例えば、FluoroPurePFA複合ドラム(Entegris社製)、特表平3-502677号公報、国際公開第2004/016526号、並びに、国際公開第99/46309号に記載の容器が挙げられる。
上記電解研磨済みの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つを含み、クロム及びニッケルの合計含有量が金属材料の全質量に対して25質量%超である金属材料であることが好ましい。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合計含有量は、金属材料の全質量に対して、30質量%以上がより好ましい。上限は、金属材料の全質量に対して、90質量%以下が好ましい。
洗浄方法としては、例えば、公知の方法が挙げられる。洗浄に用いる液体は、液中における金属不純物の量が低減されていることが好ましい。処理液は、製造後にガロン瓶及びコート瓶等の容器にボトリングし、輸送及び保管されていてもよい。
輸送及び保管の温度は、室温(25℃)又は-20℃~20℃に温度制御してもよい。
処理液は、水等の希釈剤を用いて希釈する希釈工程を経た後、希釈された処理液(希釈処理液)として洗浄に用いてもよい。
希釈処理液は、本発明の要件を満たす限り、本発明の処理液の一形態である。
希釈前の処理液に対する希釈処理液の希釈倍率は、質量比又は体積比(23℃における体積比)で、10~10000倍が好ましく、20~3000倍がより好ましく、50~1000倍が更に好ましい。
欠陥抑制性能により優れる点から、処理液は、水で希釈されることが好ましい。
つまり、処理液(希釈処理液)は、上記処理液に含まれ得る各成分(水は除く)の好適な含有量を、上記範囲の希釈倍率(例えば、100)で除した量で各成分を含むことも好ましい。換言すると、希釈処理液の全質量に対する各成分(水は除く)の好適含有量は、例えば、処理液(希釈前の処理液)の全質量に対する各成分の好適含有量として説明した量を、上記範囲の希釈倍率(例えば、100)で除した量である。
希釈前の処理液のpH及び希釈処理液のpHは、それぞれ、上述した好適態様であることが好ましい。
精製処理としては、上記処理液に対する精製処理としてのイオン交換樹脂又はRO膜等を用いるイオン成分低減処理及びフィルタリングを用いる異物除去が挙げられ、これらのうちいずれかの処理を実施することが好ましい。
処理液の製造、容器の開封及び洗浄、処理液の充填等の取り扱い、処理分析、並びに、測定は、全てクリーンルームで実施することが好ましい。
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。
処理液は、半導体基板を洗浄する洗浄工程に用いられることが好ましく、CMP処理が施された半導体基板を洗浄する洗浄工程に用いられることがより好ましい。また、処理液は、半導体基板の製造プロセスにおける半導体基板の洗浄に用いることもできる。
上述したとおり、半導体基板の洗浄には、処理液を希釈して得られる希釈処理液を用いてもよい。
処理液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。
Cu含有物を有する半導体基板としては、例えば、Cu含有金属配線及び/又はCu含有プラグ材料を有する半導体基板が挙げられる。
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あってもよい。
上記酸化物、上記窒化物及び上記酸窒化物は、金属を含む複合酸化物、金属を含む複合窒化物及び金属を含む複合酸窒化物のいずれであってもよい。
金属含有物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、100質量%以下が好ましい。
シリコンウエハとしては、例えば、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型シリコンウエハが挙げられる。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が挙げられる。
なかでも、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が好ましい。
絶縁膜としては、例えば、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)膜及びシリコンカーバイド(SiC)膜等)が挙げられ、低誘電率(Low-k)膜が好ましい。
半導体基板が有する金属膜としては、金属Mを含む金属膜が好ましく、Cu、Al、W、Co、Ti、Ta、Ru及びMoからなる群から選択される少なくとも1つの金属を含む金属膜がより好ましく、Cu、W、Co、Ru及びMoからなる群から選択される少なくとも1つの金属を含む金属膜が更に好ましく、Cu金属を含む金属膜が特に好ましい。
W、Co、Cu及びRuからなる群から選択される少なくとも1つの金属を含む金属膜としては、例えば、Wを主成分とする膜(W含有膜)、Coを主成分とする膜(Co含有膜)、Cuを主成分とする膜(Cu含有膜)及びRuを主成分とする膜(Ru含有膜)が挙げられる。
「主成分」とは、金属膜中の成分のうち、最も含有量が多い成分を意味する。
Cu含有膜としては、例えば、金属Cuのみからなる配線膜(Cu配線膜)及び金属Cuと他の金属とからなる合金製の配線膜(Cu合金配線膜)が挙げられる。
Cu合金配線膜としては、Al、Ti、Cr、Mn、Ta及びWからなる群から選択される少なくとも1つの金属とCuとからなる合金製の配線膜が挙げられる。具体的には、Cu-Al合金配線膜、Cu-Ti合金配線膜、Cu-Cr合金配線膜、Cu-Mn合金配線膜、Cu-Ta合金配線膜及びCu-W合金配線膜が挙げられる。
W合金金属膜としては、例えば、W-Ti合金金属膜及びW-Co合金金属膜が挙げられる。
W含有膜は、例えば、バリアメタル又はビアと配線の接続部に使用される。
Co合金金属膜としては、Ti、Cr、Fe、Ni、Mo、Pd、Ta及びWからなる群から選択される少なくとも1つ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。具体的には、Co-Ti合金金属膜、Co-Cr合金金属膜、Co-Fe合金金属膜、Co-Ni合金金属膜、Co-Mo合金金属膜、Co-Pd合金金属膜、Co-Ta合金金属膜及びCo-W合金金属膜が挙げられる。
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、熱処理することで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。
Ru含有膜、W含有膜、Cu含有膜及びCo含有膜を形成する方法としては、例えば、上記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、Ru含有膜、W含有膜、Cu含有膜及びCo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との複合作用によって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。また、CMP処理の際に用いたCMP処理液に由来する有機不純物が残存する場合もある。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が施される。
CMP処理が施された半導体基板としては、例えば、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。
処理液の洗浄対象物である半導体基板の表面は、CMP処理が施された後、バフ研磨処理が施されていてもよい。
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、バフ研磨処理としては、バフ研磨用組成物として上記処理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等については、半導体基板の種類及び除去対象物等に応じて、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、国際公開第2017/169539号の段落[0085]~[0088]に記載の処理が挙げられ、これらの内容は本明細書に組み込まれる。
処理液を用いる洗浄方法としては、半導体基板を洗浄する方法が好ましい。
半導体基板を洗浄する方法としては、上記処理液を用いて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。
上記半導体基板としては、CMP処理が施された半導体基板が好ましい。
半導体基板の洗浄方法は、上記希釈工程で得られる希釈処理液を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も好ましい。
具体的には、半導体基板に処理液を供給しながらブラシ等の洗浄部材を半導体基板の表面に物理的に接触させて残渣物等を除去するスクラブ洗浄、処理液に半導体基板を浸漬する浸漬式、半導体基板を回転させながら処理液を滴下するスピン(滴下)式及び処理液を噴霧する噴霧(スプレー)式等の浸漬式の洗浄では、半導体基板の表面に残存する不純物をより低減できる点から、半導体基板が浸漬している処理液に対して超音波処理を施すことが好ましい。
上記洗浄工程は、1回又は2回以上実施してもよい。2回以上洗浄する場合、同一の方法を繰り返してもよく、異なる方法を組み合わせてもよい。
枚葉方式は半導体基板を1枚ずつ処理する方式であり、バッチ方式は複数枚の半導体基板を同時に処理する方式である。
上記処理液の温度としては、例えば、室温(25℃)が挙げられ、洗浄性能の向上及び部材へのダメージの抑制の点から、10~60℃が好ましく、15~50℃がより好ましい。
機械的撹拌方法としては、例えば、半導体基板上で処理液を循環させる方法、半導体基板上で処理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処理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、リンス溶媒(リンス液)を用いて5~300秒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、上記機械的撹拌方法を用いて実施してもよい。
リンス溶媒を半導体基板に接触させる方法としては、例えば、上記処理液を半導体基板に接触させる方法が挙げられる。
乾燥方法としては、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、ホットプレート及び赤外線ランプ等の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、並びに、これらの組み合わせた方法が挙げられる。
本発明の半導体デバイス又は半導体素子の製造方法としては、例えば、上述した洗浄方法を用いる製造方法であれば特に制限されず、公知の半導体デバイス等の製造方法が挙げられる。
また、実施例及び比較例の処理液の製造において、容器の取り扱い、処理液の調液、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実施した。
処理液を製造するために、以下の各成分を使用した。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。
なお、以下に示すClogPは、ChemDraw Professional(Version:16.0.1.4(77)、PerkinElmer社製)用いて計算した値である。
A-1:水酸化エチルトリメチルアンモニウム(分子量:105.2、ClogP:-4.53)
A-2:水酸化テトラエチルアンモニウム(分子量:147.3、ClogP:-3.14)
A-3:水酸化テトラプロピルアンモニウム(分子量:203.4、ClogP:-1.02)
A-4:水酸化テトラブチルアンモニウム(分子量:259.5、ClogP:1.09)
A-5:2-ヒドロキシエチルトリメチルアンモニウムヒドロキシド(分子量:121.2、ClogP:-4.36)
A-6:水酸化トリヒドロキシエチルメチルアンモニウム(分子量:181.2、ClogP:-2.58)
A-7:水酸化トリ((ヒドロキシエトキシ)エチル)メチルアンモニウム(分子量:313.4、ClogP:-2.39)
A-8:水酸化1,3-ジヒドロキシプロピルトリメチルアンモニウム(分子量:151.2、ClogP:-3.04)
A-9:二水酸化N1-(1-ヒドロキシ-2-メチルプロパン-2-イル)-N2-(2-ヒドロキシプロピル)-N1,N1,-N2,N2,2-ペンタメチルプロパン-1,2-ジアミニウム(分子量:310.5、ClogP:-3.85)
A-10:ジメチルジオクタデシルアンモニウムクロリド(分子量:586.5、ClogP:12.73)
A-11:二水酸化N,N’-エチレンビス(トリメチルアンモニウム)(分子量:180.3、ClogP:-7.36)
A-12:デカメトニウムブロミド(分子量:418.3、ClogP:-6.97)
A-13:テトラブチルホスホニウムヒドロキシド(分子量:276.5、ClogP:2.19)
A-14:テトラフェニルホスホニウムブロミド(分子量:339.4、ClogP:7.57)
a-1:水酸化テトラメチルアンモニウム(分子量:91.2、ClogP:-4.86)
B-1:L-システイン(システイン)(分子量:121.2、ClogP:-2.35)
B-2:システアミン(分子量:77.2、ClogP:-0.25)
B-3:N-アセチル-L-システイン(N-アセチルシステイン)(分子量:163.2、ClogP:-0.62)
B-4:チオグリセロール(分子量:108.2、ClogP:-0.78)
B-5:メルカプトプロピオン酸(分子量:106.1、ClogP:0.16)
B-6:メルカプトコハク酸(分子量:150.2、ClogP:-0.83)
B-7:メソ-2,3-ジメルカプトコハク酸(分子量:182.2、ClogP:-1.48)
B-8:メルカプトトリアゾール(分子量:101.1、ClogP:0.53)
B-9:2-アミノ-1,3,4-チアジアゾール(分子量:101.1、ClogP:-0.46)
B-10:テトラメチルチオ尿素(分子量:132.2、ClogP:0.49)
B-11:シスチン(分子量:240.3、ClogP:-4.46)
B-12:N,N’-ジアセチルシスチン(分子量:324.4、ClogP:-0.98)
B-13:ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物Na塩、「ラベリンFD-40」、第一工業製薬社製
B-14:硫酸(分子量:98.1、ClogP:-2.17)
C-1:プロピレングリコール
C-2:エチレングリコール
C-3:1,3-プロパンジオール
C-4:2-ブトキシエタノール
D-1:モノエタノールアミン
D-2:N-メチルジエタノールアミン
D-3:2-(ジメチルアミノ)-1,3-プロパンジオール
D-4:ジアザビシクロウンデセン
D-5:ジアザビシクロノネン
D-6:グアニジン
D-7:テトラメチルグアニジン
E-1:アデニン
E-2:グアニン
E-3:キサンチン
E-4:1,2,4-トリアゾール
F-1:クエン酸
F-2:コハク酸
F-3:酒石酸
F-4:リン酸
<重合体>
G-1:ポリアクリル酸(Mw=700,000)、「ジュリマーAC-10H」、東亞合成社製
G-2:ポリアクリル酸(Mw=55,000)、「ジュリマーAC-10L」、東亞合成社製
G-3:ポリアクリル酸(Mw=6,000)、「アロンA-10SL」、東亞合成社製
G-4:ポリマレイン酸(Mw=2,000)、「ノンポールPWA-50W」、日油社製
G-5:スチレン-マレイン酸共重合体、「DKSディスコートN-10」、第一工業製薬社製
G-6:スチレン-マレイン酸ハーフエステル共重合体、「DKSディスコートN-14」、第一工業製薬社製
G-7:ヨウ素酸
G-8:過ヨウ素酸
G-9:ソルビン酸
水:超純水、富士フイルム和光純薬社製
超純水に、特定化合物A-1及び硫黄含有化合物B-1を最終的に得られる処理液が下記表に記載の配合となる量で添加した後、十分に撹拌することにより、実施例1の処理液を得た。実施例1以外の処理液は、実施例1の製造方法に準じて、それぞれ製造した。なお、実施例及び比較例の処理液の製造には、pH調整剤を使用しなかった。
〔疎水性防食剤の除去性〕
各実施例及び各比較例のいずれかの処理液を、水で100倍希釈(重量比)して、各希釈処理液を調製した。
2cm×2cmにカットした銅基板を1質量%クエン酸水溶液で処理し、上記銅基板から自然酸化膜を除去した。得られた銅基板を0.5質量%5-メチルベンゾトリアゾール(疎水性防食剤)のアルカリ性水溶液(pH9.5)に30分間浸漬処理し、銅基板中の表面に5-メチルベンゾトリアゾールを付着させた。上記いずれかの希釈処理液50mLをガラスビーカー量り取り、室温にて撹拌子を400rpmで回転させた状態で、5-メチルベンゾトリアゾールを付着させた銅基板を3分間浸漬処理した。そして、更に、上記処理後の銅基板を0.1N塩酸水溶液で5-メチルベンゾトリアゾールを抽出した。上記塩酸水溶液中の5-メチルベンゾトリアゾールの濃度を高速液体クロマトグラフィー(HPLC)にて測定し、上記浸漬処理後の5-メチルベンゾトリアゾールの濃度とした。
また、5-メチルベンゾトリアゾールを付着させた銅基板を、上記浸漬処理せずに、0.1N塩酸水溶液で5-メチルベンゾトリアゾールを抽出した。上記塩酸水溶液中の5-メチルベンゾトリアゾールの濃度をHPLCにて測定し、処理前の5-メチルベンゾトリアゾールの濃度とした。
得られた各濃度から、以下の式で除去率を算出して、疎水性防食剤(5-メチルベンゾトリアゾール)の除去性を評価した。
疎水性防食剤の除去率(%)={1-(処理後の5-メチルベンゾトリアゾールの濃度)/(処理前の5-メチルベンゾトリアゾールの濃度)}×100
10:除去率が95%以上100%以下
9:除去率が90%以上95%未満
8:除去率が85%以上90%未満
7:除去率が80%以上85%未満
6:除去率が75%以上80%未満
5:除去率が70%以上75%未満
4:除去率が65%以上70%未満
3:除去率が60%以上65%未満
2:除去率が50%以上60%未満
1:除去率が50%未満
各実施例及び各比較例のいずれかの処理液を、水で100倍希釈(重量比)して、各希釈処理液を調製した。
2cm×2cmにカットした銅基板を1質量%クエン酸水溶液で処理し、自然酸化膜を除去した。上記希釈処理液50mLをガラスビーカー量り取り、室温にて撹拌子を400rpmで回転させた状態で、上記銅基板を3分間浸漬処理した。上記処理後の銅基板の表面を原子間力顕微鏡(AFM)を用いて表面粗さRaを測定し、銅表面粗さ抑制性を評価した。
10:Raが3Å以下
9:Raが3Å超、5Å以下
8:Raが5Å超、10Å以下
7:Raが10Å超、15Å以下
6:Raが15Å超、20Å以下
5:Raが20Å超、25Å以下
4:Raが25Å超、30Å以下
3:Raが30Å超、40Å以下
2:Raが40Å超、50Å以下
1:Raが50Å超
表中、「含有量(質量%)」欄は、処理液の全質量に対する各成分の含有量(質量%)を示す。
「A/B」欄は、硫黄含有化合物に対する特定化合物の質量比(特定化合物の質量/硫黄含有化合物の質量)を示す。
「B/C」欄は、化合物Xに対する硫黄含有化合物の質量比(硫黄含有化合物の質量/化合物Xの質量)を示す。
「B/D」欄は、アミン化合物に対する硫黄含有化合物の質量比(硫黄含有化合物の質量/アミン化合物の質量)を示す。
「希釈前のpH」欄は、希釈前の処理液のpHを示す。
「希釈後のpH」欄は、100倍希釈後の処理液(希釈処理液)のpHを示す。
上記pHは、いずれもpHメーターにより測定した25℃におけるpHを示す。
「水」の「残部」は、表中に処理液の成分として明示された成分でもない、残りの成分(残部)を意味する。
特定化合物の含有量が処理液の全質量に対して1.0~10.0質量%(好ましくは2.5~10.0質量%、より好ましくは4.0~10.0質量%)である場合、銅表面粗さ抑制性がより優れることが確認された(実施例1~5の比較等)。
また、同様の比較から、硫黄含有化合物に対する特定化合物の質量比が、1.0超である場合、銅表面粗さ抑制性がより優れることが確認された(実施例1~5の比較等)。
特定化合物がエチルトリメチルアンモニウム塩である場合、銅表面粗さ抑制性がより優れることが確認された(実施例2及び6~18の比較等)。
硫黄含有化合物の含有量が処理液の全質量に対して0.8~1.5質量%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2及び20~23の比較等)。
硫黄含有化合物が、システイン又はテトラメチルチオ尿素を含む(好ましくはシステインを含む)場合、疎水性防食剤の除去性がより優れることが確認された(実施例2及び25~34の比較等)。
処理液が、2種以上の硫黄含有化合物を含む(好ましくは2種の硫黄含有化合物を含む)場合、疎水性防食剤の除去性がより優れることが確認された(実施例2及び38~40の比較等)。
処理液が、化合物Xを含む場合、疎水性防食剤の除去性がより優れることが確認された(実施例2及び41~48の比較等)。
化合物Xの含有量が処理液の全質量に対して0.5~5.0質量%(好ましくは1.0~1.5質量%)である場合、疎水性防食剤の除去性がより優れることが確認された(実施例2及び41~43の比較等)。
処理液が、2種以上の化合物Xを含む(好ましくは2種の化合物Xを含む)場合、疎水性防食剤の除去性がより優れることが確認された(実施例41、46及び53の比較等)。
処理液が、アミン化合物を含む場合、疎水性防食剤の除去性がより優れることが確認された(実施例2及び54~63の比較等)。
アミン化合物の含有量が処理液の全質量に対して0.5~1.5質量%(好ましくは1.0~1.5質量%)である場合、疎水性防食剤の除去性がより優れることが確認された(実施例54~56の比較等)。
処理液が、防食剤(好ましくはプリン化合物)を含む場合、銅表面粗さ抑制性がより優れることが確認された(実施例2及び64~67の比較等)。
処理液が、キレート剤及び無機酸からなる群から選択される少なくとも1つを含む場合、疎水性防食剤の除去性がより優れることが確認された(実施例2、68~70及び73の比較等)。
処理液が、その他成分を含む場合、本発明の効果がより優れることが確認され、重合体及び抗菌剤からなる群から選択される少なくとも1つを含む場合、本発明の効果が更に優れることが確認された(実施例2、71、72、75~80及び82の比較等)。
化合物Xに対する硫黄含有化合物の質量比(硫黄含有化合物の質量/化合物Xの質量)が、1.0~2.0(好ましくは1.0~1.5)である場合、疎水性防食剤の除去性がより優れることが確認された(実施例41~43の比較等)
アミン化合物に対する硫黄含有化合物の質量比(硫黄含有化合物の質量/アミン化合物の質量)が、1.0~2.0(好ましくは1.0~1.5)である場合、疎水性防食剤の除去性がより優れることが確認された(実施例54~56の比較等)
国際公開第2020/049955の段落0084に記載を参考にドライエッチングして残渣物が付着したパターン基板を作製し、観察対象の箇所を含むように2cm×1cmにカットした。実施例2の処理液50mLをガラスビーカー量り取り、室温にて撹拌子を250rpmで回転させた状態で、上記基板を浸漬処理した。得られた基板を走査電子顕微鏡(SEM)で観察し、残渣の量を画像解析ソフトを用いて計測した。その結果、残渣物は観察されず、実施例2の処理液は、洗浄液としても機能することが確認された。
Claims (21)
- 合計炭素数が5以上の第4級アンモニウムカチオンを含む第4級アンモニウム化合物、及び、合計炭素数が5以上の第4級ホスホニウムカチオンを含む第4級ホスホニウム化合物からなる群から選択される少なくとも1つの特定化合物と、
硫黄含有化合物と、
溶媒と、
グリコール化合物、モノアルキルエーテル化合物及びアルキレンオキシド化合物からなる群から選択される少なくとも1つの化合物Xと、を含み、
前記化合物Xが、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,3-ブタンジオール及び2-ブトキシエタノールからなる群から選択される少なくとも1つを含む、処理液。 - 前記特定化合物が、式(1)で表されるカチオン及び式(2)で表されるカチオンのいずれかを有する、請求項1に記載の処理液。
式(1)中、X11は、窒素原子又はリン原子を表す。R11~R14は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよく、-O-を有していてもよいアルキル基を表す。ただし、R11~R14の全てが、同一の基を表す場合を除く。R11~R14の合計炭素数は、5以上である。
式(2)中、X21及びX22は、それぞれ独立に、窒素原子又はリン原子を表す。L21は、2価の連結基を表す。R21~R26は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよく、-O-を有していてもよいアルキル基を表す。R21~R26及びL21の合計炭素数は、6以上である。 - 前式(1)中、R11~R14が、それぞれ独立に、無置換のアルキル基を表す、請求項2に記載の処理液。
- 前記特定化合物が、エチルトリメチルアンモニウム塩である、請求項1~3のいずれか1項に記載の処理液。
- 前記特定化合物が、合計炭素数が8以上の第4級アンモニウムカチオンを含む第4級アンモニウム化合物、及び、合計炭素数が8以上の第4級ホスホニウムカチオンを含む前記第4級ホスホニウム化合物からなる群から選択される少なくとも1つを含む、請求項1に記載の処理液。
- 前記硫黄含有化合物に対する前記特定化合物の質量比が、1.0超である、請求項1~3のいずれか1項に記載の処理液。
- 前記硫黄含有化合物が、チオール化合物及びその塩、チオエーテル化合物、チオケトン化合物、チオ尿素化合物、ジスルフィド化合物、ポリスルフィド化合物、並びに、硫黄含有ヘテロ環化合物からなる群から選択される少なくとも1つを含む、請求項1~3のいずれか1項に記載の処理液。
- 前記硫黄含有化合物が、チオール化合物及びその塩、並びに、チオ尿素化合物からなる群から選択される少なくとも1つを含む、請求項1~3のいずれか1項に記載の処理液。
- 前記硫黄含有化合物が、システイン、システアミン、N-アセチルシステイン、チオグリセロール、メルカプトプロピオン酸、メルカプトコハク酸、メソ-2,3-ジメルカプトコハク酸、メルカプトトリアゾール、並びに、テトラメチルチオ尿素からなる群から選択される少なくとも1つを含む、請求項1~3のいずれか1項に記載の処理液。
- 前記硫黄含有化合物が、システインを含む、請求項1~3のいずれか1項に記載の処理液。
- 前記硫黄含有化合物の含有量が、前記処理液の全質量に対して0.5質量%以上である、請求項1~3のいずれか1項に記載の処理液。
- 2種以上の前記硫黄含有化合物を含む、請求項1~3のいずれか1項に記載の処理液。
- 前記硫黄含有化合物が、チオグリセロール、メルカプトプロピオン酸、メルカプトコハク酸、メソ-2,3-ジメルカプトコハク酸、及び、メルカプトトリアゾールからなる群から選択される少なくとも1種を含む、請求項1~3のいずれか1項に記載の処理液。
- 前記化合物Xに対する前記硫黄含有化合物の質量比が、0.1~10.0である、請求項1~3のいずれか1項に記載の処理液。
- 更に、アミン化合物を含む、請求項1~3のいずれか1項に記載の処理液。
- 前記アミン化合物が、モノエタノールアミン及びメチルジエタノールアミンからなる群から選択される少なくとも1つを含む、請求項15に記載の処理液。
- 前記アミン化合物に対する前記硫黄含有化合物の質量比が、1.0~10.0である、請求項15に記載の処理液。
- pHが、8.0~14.0である、請求項1~3のいずれか1項に記載の処理液。
- 化学機械研磨処理が施された半導体基板を洗浄するために用いられる、請求項1~3のいずれか1項に記載の処理液。
- 請求項1~3のいずれか1項に記載の処理液を用いて、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。
- 請求項20に記載の半導体基板の洗浄方法を用いる、半導体素子の製造方法。
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