TWI816751B - 半導體表面處理用組成物及半導體表面處理方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種當用於研磨或清洗等處理時可自半導體的表面有效地減少或去除污染、且不易使金屬配線等的金屬腐蝕的半導體表面處理用組成物及使用其的方法。一種半導體表面處理用組成物,其含有:(A)聚合體,包含具有下述式(1)所表示的重複單元的聚合物鏈;以及(B)螯合劑,其分子量為500以下:
[式(1)中,R1
表示氫原子或甲基,Z表示形成有機銨鹽的基團、-NR5
R6
(其中,R5
及R6
相互獨立地表示氫原子、或者經取代或未經取代的烴基)、或者經取代或未經取代的含氮雜環基,X表示單鍵或2價連結基]。
Description
本發明是有關於一種半導體表面處理用組成物及使用其的半導體表面處理方法。
化學機械研磨(Chemical Mechanical Polishing,CMP)於半導體裝置的製造中的平坦化技術等中普及。CMP所使用的化學機械研磨用漿料除研磨粒子(磨粒)外,含有蝕刻劑等。另外,於半導體裝置的製造中,於CMP之後,為了將研磨屑或有機殘渣等污染自表面去除,亦必須有利用清洗用組成物對半導體進行清洗的步驟。
於半導體基板的表面露出有鎢、鈷等金屬配線材,因此需要以不會對露出有此種金屬配線材的被研磨面造成腐蝕等損害的方式進行CMP或其後的清洗。作為抑制此種對被研磨面的損害的技術,例如提出有調配有聚乙烯亞胺的化學機械研磨用組成物的使用(專利文獻1)或者調配有聚烯丙胺的半導體基板清洗用組成物的使用(專利文獻2)。
[現有技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特表2016-524324號公報
[專利文獻2]日本專利特開2012-33774號公報
[發明所欲解決之課題]
然而,近年來,伴隨電路結構的微細化,要求進一步抑制對半導體的金屬配線等的損害,難以同時滿足該要求與污染的有效減少或去除的要求。
因而,本發明的課題在於提供一種當用於研磨或清洗等處理時可自半導體的表面有效地減少或去除污染、且不易使金屬配線等的金屬腐蝕的半導體表面處理用組成物及使用其的方法。
[解決課題之手段]
本發明的課題藉由以下<1>~<8>的手段來解決。
<1> 一種半導體表面處理用組成物(以下,亦稱作「本發明的半導體表面處理用組成物」),含有:(A)包含具有下述式(1)所表示的重複單元(以下,亦稱作「重複單元(1)」)的聚合物鏈(以下,亦稱作「特定聚合物鏈」)的聚合體(以下,亦稱作「特定聚合體」);以及(B)分子量為500以下的螯合劑:
[化1]
[式(1)中,R1
表示氫原子或甲基,Z表示形成有機銨鹽的基團、-NR5
R6
(其中,R5
及R6
相互獨立地表示氫原子、或者經取代或未經取代的烴基)、或者經取代或未經取代的含氮雜環基,X表示單鍵或2價連結基]
<2> 如<1>所述的組成物,其中(A)聚合體進而具有源於包含由-NH-表示的基團(以下,亦稱作「特定官能基」)的化合物的部分結構(其中將所述聚合物鏈除外。另外,以下亦將該部分結構稱作「特定部分結構」)。
<3> 如<2>所述的組成物,其中所述部分結構為自包含由-NH-表示的基團的化合物中去除源於由-NH-表示的基團的氫原子的一部分或全部後的剩餘部分。
<4> 如<1>至<3>中任一項所述的組成物,其中(B)螯合劑為選自分子量500以下的有機胺系螯合劑及具有2個以上的羧基的分子量500以下的有機酸系螯合劑中的至少一種。
<5> 如<1>至<4>中任一項所述的組成物,其於25℃下的pH為2~6。
<6> 如<1>至<4>中任一項所述的組成物,其於25℃下的pH為8~10。
<7> 一種方法,其為對半導體表面進行處理的方法(以下,亦稱作「本發明的半導體表面處理方法」),使用如<1>至<6>中任一項所述的組成物對半導體表面進行處理。
<8> 如<7>所述的方法,其中所述半導體的基板為含鎢的半導體基板。
[發明的效果]
本發明的半導體表面處理用組成物具有如下效果:不易使金屬配線等的金屬腐蝕,而且當用於研磨或清洗等處理時,自半導體的表面有效地減少或去除污染。另外,於用於研磨處理中的情況下,不易使其研磨速度降低。
根據本發明的半導體表面處理方法,可獲得污染或金屬腐蝕少的半導體。
[半導體表面處理用組成物]
本發明的半導體表面處理用組成物含有:(A)包含具有所述式(1)所表示的重複單元的聚合物鏈的聚合體;以及(B)分子量為500以下的螯合劑。
<(A)成分>
(A)成分為包含具有所述式(1)所表示的重複單元的聚合物鏈的聚合體。
(重複單元(1))
重複單元(1)由所述式(1)表示。
所述式(1)中,Z表示形成有機銨鹽的基團、-NR5
R6
、或者經取代或未經取代的含氮雜環基。
作為所述形成有機銨鹽的基團,例如可列舉:-N+
R2
R3
R4
Yy-
、-(C=O)O-
N+
HR2
R3
R4
、-(C=O)O-
A+
、-OP(=O)(-O-
)OC2
H4
N+
R2
R3
R4
(其中,R2
~R4
相互獨立地表示氫原子、或者經取代或未經取代的烴基,Yy-
表示y價的抗衡陰離子(counter anion),A+
表示4級銨陽離子)等,但較佳為-N+
R2
R3
R4
Yy-
。
R2
~R6
相互獨立地表示氫原子、或者經取代或未經取代的烴基。此處,本發明中所謂「烴基」,是包含脂肪族烴基、脂環式烴基及芳香族烴基的概念,可為直鏈狀、分支狀及環狀中的任一形態,另外,可為飽和烴基,亦可為不飽和烴基,亦可於末端及非末端中的任一者中具有不飽和鍵。
作為所述脂肪族烴基,較佳為碳數1~20(較佳為1~12)的烷基。具體而言,可列舉:甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、第二丁基、第三丁基等。另外,作為所述脂環式烴基,較佳為碳數3~20(較佳為3~12)的脂環式烴基,更佳為碳數3~20(較佳為3~12)的環烷基。具體而言,可列舉:環丙基、環丁基、環戊基、環己基等。進而,作為所述芳香族烴基,較佳為碳數6~20(較佳為6~10)的芳香族烴基,更佳為碳數6~20(較佳為6~10)的芳基、碳數7~20(較佳為碳數7~16)的芳烷基。此處,本發明中所謂「芳基」,是指單環式芳香族烴基~3環式芳香族烴基,例如可列舉:苯基、萘基、聯苯基、蒽基等。作為芳烷基的具體例,可列舉:苄基、苯乙基、α-甲基苄基、2-苯基丙烷-2-基等。
該些中,作為R2
~R6
中的烴基,為了可進一步抑制金屬的腐蝕,較佳為碳數1~12(進而佳為1~6、特佳為1~4)的烷基、碳數7~16(進而佳為7~12、特佳為7~9)的芳烷基,特佳為甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、第二丁基、第三丁基、苄基。
再者,作為R2
~R6
中的取代基,例如可列舉:碳數1~6的烷基、鹵素原子、羥基、苯甲醯基、經取代或未經取代的胺基、硝基、氰基、羧基、碳數1~6的烷氧基。
Yy-
可為1價的抗衡陰離子,亦可為多價的抗衡陰離子。另外,可為單原子的陰離子,亦可為多原子的陰離子。
作為多價的抗衡陰離子,可列舉源於多價陰離子性化合物者。所謂多價陰離子性化合物,是指溶解於水中時發生電離而帶有2價以上的負電荷的有機化合物或無機化合物。作為多價陰離子性化合物,例如可列舉:橡膠(gum)類或聚丙烯酸衍生物等高分子化合物、檸檬酸及其鹽或乙二胺四乙酸(ethylenediaminetetraacetic acid,EDTA)等作為螯合劑而已知的化合物。
作為1價的抗衡陰離子,可列舉:Cl-
、Br-
、I-
等鹵素離子;ClO4 -
、BF4 -
、CH3
(C=O)O-
、PF6 -
等酸的抗衡陰離子。
作為Yy-
,較佳為1價~6價的抗衡陰離子(y為1~6的整數者),更佳為1價~3價的抗衡陰離子(y為1~3的整數者),進而佳為1價的抗衡陰離子,特佳為鹵素離子。
另外,本發明中所謂「含氮雜環基」,是指具有至少一個氮原子作為環的構成要素的雜環基,較佳為雜單環基、或者該些的兩個縮合而成的縮合雜環基。該些雜環基可為不飽和環,亦可為飽和環,亦可於環內具有氮原子以外的雜原子(heteroatom)(例如氧原子、硫原子)。
作為不飽和雜環,例如可列舉:吡啶環、咪唑環、噻唑環、噁唑環、三唑環、四唑環、咪唑啉(imidazoline)環、四氫嘧啶環等。另外,作為飽和雜環,例如可列舉:嗎福林(morpholine)環、哌啶(piperidine)環、哌嗪(piperazine)環、吡咯啶(pyrrolidine)環等。再者,作為含氮雜環基中的取代基,例如可列舉:碳數1~6的烷基、鹵素原子、羧基、酯基、醚基、羥基、胺基、醯胺基、硫醇基、硫醚基等。
作為所述雜單環基,較佳為5員環~7員環者,具體而言,可列舉具有下述式(1-1)或式(1-2)所表示的基本骨架的基團,該些雜單環基亦可具有取代基。
[化2]
式(1-1)中,R表示氫原子、或者經取代或未經取代的烴基,Yy-
表示y價的抗衡陰離子,「*」表示結合鍵,作為R中的烴基,可列舉與所述R2
相同者,作為Yy-
,可列舉與所述-N+
R2
R3
R4
Yy-
中的Yy-
相同者。
[化3]
式(1-2)中,「*」表示結合鍵。
另外,作為所述縮合雜環基,具體而言,可列舉具有下述式(1-3)~式(1-5)所表示的基本骨架的基團,該些縮合雜環基亦可具有取代基。
[化4]
[化5]
[化6]
式(1-3)~式(1-5)中,「*」表示結合鍵。
所述式(1)中,作為由X表示的2價連結基,例如可列舉:亞甲基、伸烷基、伸芳基、-(C=O)OR11
-(*)、-(C=O)NHR12
-(*)、或-ArR13
-(*)(其中,Ar表示伸芳基,「*」表示鍵結於所述Z的結合鍵)等。作為本發明中的「伸芳基」,可列舉:伸苯基、伸萘基、伸菲基(phenanthrenylene)等。另外,R11
~R13
相互獨立地為亞甲基、伸烷基、或伸烷基氧基伸烷基。
作為X及R11
~R13
所表示的伸烷基,較佳為碳數2~10(較佳為2~6、更佳為碳數2~4)的伸烷基。伸烷基可為直鏈狀亦可為分支鏈狀,具體而言,可列舉:伸乙基、伸丙基、三亞甲基、四亞甲基、五亞甲基、六亞甲基等。
另外,作為伸烷基氧基伸烷基中所包含的伸烷基,較佳為與所述伸烷基相同者。作為伸烷基氧基伸烷基,較佳為C2-4
伸烷基氧基C2-4
伸烷基,具體而言,可列舉伸乙基氧基伸乙基。
作為X,為了使得側鏈導入反應的選擇性變良好、並容易製造特定聚合體,較佳為-(C=O)OR11
-(*)、-(C=O)NHR12
-(*)、或-ArR13
-(*),特佳為-(C=O)OR11
-(*)。另外,作為R11
~R13
,特佳為碳數2~6(更佳為碳數2~4)的伸烷基。
(重複單元(2))
作為特定聚合物鏈,為了提高所期望的效果,較佳為除重複單元(1)以外,亦具有下述式(2)所表示的重複單元(以下,亦稱作重複單元(2))者。
[化7]
[式(2)中,
R7
表示氫原子或甲基,
A表示芳香族烴基、-(C=O)OR8
、-(C=O)NHR9
、或-OR10
(其中,R8
~R10
表示烴基或者具有鏈狀或環狀的醚結構的基團)]
所述式(2)的A中,作為芳香族烴基,較佳為碳數6~20(較佳為6~10)的芳基,特佳為苯基。
另外,所述式(2)的A中,R8
~R10
表示烴基或者具有鏈狀或環狀的醚結構的基團。作為該烴基,除了與所述R2
相同者以外,可列舉飽和縮合多環烴基、飽和交聯環烴基、飽和螺(spiro)烴基、飽和環狀萜烯烴基等脂環式烴基。作為R8
~R10
的烴基,較佳為碳數1~20(較佳為1~15)的烷基、碳數6~20(較佳為6~14)的芳基、碳數7~20(較佳為碳數7~16)的芳烷基、碳數3~20(較佳為4~15)的脂環式烴基,特佳為甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、第二丁基、第三丁基、2-乙基己基、異癸基、十二烷基、苯基、苄基、苯基乙基、環己基、環己烯基、第三丁基環己基、十氫-2-萘基、三環[5.2.1.02,6
]癸烷-8-基、金剛烷基、二環戊烯基、五環十五烷基、三環戊烯基、異冰片基。
另一方面,作為R8
~R10
中的具有鏈狀的醚結構的基團,較佳為下述式(3)所表示的基團。
[化8]
[式(3)中,
R14
相互獨立地表示碳數2~4的伸烷基,
R15
表示氫原子、碳數1~6的烷基或者經取代或未經取代的芳基,
n表示2~150的整數,
「*」表示結合鍵]
作為R14
,可包含2種以上的伸烷基,較佳為伸乙基及/或伸丙基。
作為R15
中的碳數1~6的烷基,較佳為碳數1~4的烷基,更佳為碳數1或2的烷基。烷基可為直鏈狀亦可為分支鏈狀,例如可列舉:甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、第二丁基、第三丁基等。
作為R15
中的芳基,較佳為苯基。芳基上亦可取代有α-枯基(cumyl)等。
作為R15
,較佳為氫原子、碳數1~6的烷基。
n較佳為2~20的整數,更佳為2~10的整數,特佳為2~5的整數。
另外,作為R8
~R10
中的具有環狀的醚結構的基團,較佳為下述式(4)所表示的基團。
[化9]
[式(4)中,
R16
表示亞甲基、碳數2~12的伸烷基,
CE表示可具有烷基作為取代基的環狀醚基,
「*」表示結合鍵]
所述式(4)中,作為R16
,較佳為亞甲基、碳數2~6的伸烷基。伸烷基可為直鏈狀,亦可為分支鏈狀。作為R16
,具體而言可列舉:亞甲基、伸乙基、乙烷-1,1-二基、三亞甲基、丙烷-1,1-二基、丙烷-1,2-二基、丙烷-2,2-二基、四亞甲基、丁烷-1,2-二基、丁烷-1,3-二基、五亞甲基、六亞甲基等。
所述式(4)中,作為CE,較佳為構成環的原子數為3個~7個的環狀醚基,作為其具體例,可列舉下述式(i)~式(viii)所表示的環狀醚基等。
[化10]
[式(i)~式(viii)中,「*」表示與R16
鍵結的結合鍵]
本發明中,作為所述R8
~R10
,為了提高所期望的效果,較佳為烴基。
特定聚合物鏈亦可具有重複單元(1)、重複單元(2)以外的重複單元(以下,亦稱作其他重複單元)。作為此種重複單元的例子,可列舉源於具有陰離子性基的乙烯基系單量體的重複單元。作為陰離子性基,例如可列舉羧基、磺酸基、磷酸基、顯示出陰離子性的羥基等,其中較佳為羧基、磺酸基,更佳為羧基。
作為具有陰離子性基的乙烯基系單量體的較佳的具體例,可列舉:(甲基)丙烯酸、馬來酸、馬來酸酐、苯乙烯磺酸、2-(甲基)丙烯醯胺-2-甲基丙磺酸、烯丙基磺酸、乙烯基磺酸、(甲基)丙烯酸基磺酸、(甲基)丙烯酸磺基丙酯、丁二酸單[2-(甲基)丙烯醯氧基乙酯]、ω-羧基聚己內酯單(甲基)丙烯酸酯、對乙烯基苯甲酸、對羥基苯乙烯、對羥基-α-甲基苯乙烯等具有酸性基的乙烯基系單量體、該些的鹽。該些可單獨使用1種,亦可組合使用2種以上。該些中,較佳為(甲基)丙烯酸、馬來酸、馬來酸酐。此外,作為構成其他重複單元的單量體,可列舉:如N-苯基馬來醯亞胺、N-環己基馬來醯亞胺般的N-位取代馬來醯亞胺;如(甲基)丙烯酸2-羥基乙酯、甘油單(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸4-羥基苯酯般的具有羥基的(甲基)丙烯酸酯;(甲基)丙烯醯胺、N-羥甲基丙烯醯胺等(甲基)丙烯醯胺系單量體等。特定聚合物鏈可具有1種或2種以上的與其他重複單元相符者。
再者,本發明中,所謂「(甲基)丙烯酸酯」,是指「丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯」。
於特定聚合物鏈中,重複單元(1)的共聚比例於全部重複單元中較佳為10質量%~99質量%,更佳為15質量%~95質量%,進而佳為20質量%~90質量%,特佳為50質量%~85質量%。重複單元(2)的共聚比例於全部重複單元中較佳為1質量%~80質量%,更佳為5質量%~75質量%,進而佳為10質量%~70質量%,特佳為15質量%~50質量%。藉由將各重複單元以此種比例共聚,可進一步提高所期望的效果。另外,作為重複單元(1)的共聚比例與重複單元(2)的共聚比例的質量比率[(1)/(2)],較佳為15/85~99/1,更佳為20/80~95/5,特佳為30/70~90/10。
再者,共聚比例或共聚比可藉由熱分解氣相層析(gas chromatography)等進行測定。例如於後述合成例1中,可根據各層析圖(chromatogram)的峰值的片段(fragment)來鑑定源於甲基丙烯酸二甲基胺基乙酯(dimethylamino ethyl methacrylate,DAMA)、甲基丙烯酸正丁酯(n-butyl methacrylate,nBMA)、甲基丙烯酸甲酯(methl methacrylate,MMA)、甲基丙烯酸2-乙基己酯(2-ethylhexyl methacrylate,EHMA)的峰值並進行定量,從而算出共聚比。以下示出測定條件的一例。再者,共聚比亦能夠藉由核磁共振(nuclear magnetic resonance,NMR)進行測定。
<聚合體的組成比確認>
裝置:熱分解氣相層析圖(gas chromatogram)質量分析裝置(熱分解部:日本分析工業製造的派樂霍爾取樣器(Pyrofoil Sampler)JPS-350,氣相層析儀部:安捷倫科技(Agilent Technologies)7890A GC系統(System),質量分析計部:安捷倫科技(Agilent Technologies)5975惰性XL質量選擇性檢測器(inert XL Mass Selective detector))
管柱:BPX-5
溫度:熱分解溫度590℃×5秒,管柱注入口280℃,管柱溫度(將起始溫度設為50℃,以1分鐘並以10℃為單位升溫至350℃)
流量:He 1.0 mL/min.
離子化法:電子離子化法(EI(Electron ionization)法)
檢測部:質譜儀(mass spectrometer,MS)四極,輔助(Aux)-2
特定聚合物鏈可具有1種或2種以上的與重複單元(1)相符者,另外,可具有1種或2種以上的與重複單元(2)相符者,但特定聚合物鏈較佳為僅含有Z為形成有機銨鹽的基團的重複單元(1)、或者含有Z為形成有機銨鹽的基團的重複單元(1)與Z為-NR5
R6
的重複單元(1)兩者作為重複單元(1)。
另外,為了提高所期望的效果,重複單元(1)較佳為含有較佳為30莫耳%以上、更佳為40莫耳%以上、進而佳為50莫耳%以上、特佳為60莫耳%以上的Z為形成有機銨鹽的基團的重複單元(再者,該含量的上限值並無特別限定,例如為100莫耳%)。於包含Z為形成有機銨鹽的基團的重複單元與Z為-NR5
R6
的重複單元兩者的情況下,Z為形成有機銨鹽的基團的重複單元與Z為-NR5
R6
的重複單元的共聚比(莫耳比)較佳為20/80~99/1,更佳為30/70~98/2,特佳為40/60~95/5。
於特定聚合物鏈具有重複單元(1)及重複單元(2)的情況下,特定聚合物鏈可為嵌段共聚物、無規共聚物(random copolymer)中的任一者,並無特別限定,但為了提高所期望的效果,較佳為無規共聚物。
再者,作為所述嵌段共聚物,可列舉包含不具有重複單元(2)而具有重複單元(1)的A嵌段與不具有重複單元(1)而具有重複單元(2)的B嵌段的嵌段共聚物。作為該嵌段共聚物,可列舉A-B型嵌段共聚物。於A嵌段中,重複單元(1)可於一個A嵌段中含有2種以上,該情況下,各個重複單元於該A嵌段中亦可以無規共聚、嵌段共聚中的任一形態而含有。另外同樣地,於B嵌段中,重複單元(2)可於一個B嵌段中含有2種以上,該情況下,各個重複單元於該B嵌段中亦可以無規共聚、嵌段共聚中的任一形態而含有。
關於特定聚合物鏈的分子量,藉由凝膠滲透層析法(GPC(Gel Permeation Chromatography),移動相:四氫呋喃)測定的聚苯乙烯換算的重量平均分子量Mw較佳為3,000以下,更佳為300~3,000,進而佳為500~2,500。另外,特定聚合物鏈的Mw與藉由GPC(移動相:四氫呋喃)測定的聚苯乙烯換算的數量平均分子量Mn之比(Mw/Mn)較佳為1.0~1.8,更佳為1.0~1.7,特佳為1.1~1.5。藉由將特定聚合物鏈設為此種形態,可提高所期望的效果。
特定聚合物鏈較佳為其末端與特定部分結構鍵結,尤其較佳為其末端與特定部分結構中的源於特定官能基的N原子鍵結。另外,作為特定聚合物鏈,較佳為具有環狀醚基開環而成的2價基團者,為了具有高反應性,更佳為於聚合物鏈的末端具有環狀醚基開環而成的2價基團。另外,特定聚合體較佳為所述環狀醚基開環而成的2價基團與特定部分結構鍵結者,尤其較佳為所述環狀醚基開環而成的2價基團與特定部分結構中的源於特定官能基的N原子鍵結者。
作為環狀醚基開環而成的2價基團,較佳為構成環的原子數為3個~7個的環狀醚基開環而成的2價基團,更佳為式(i-2)~式(viii-2)所表示的環狀醚基開環而成的2價基團,特佳為式(i-2)所表示的環狀醚基開環而成的2價基團(開環環氧基)。再者,式(i-2)~式(iv-2)所表示的環狀醚基開環而成的2價基團具體而言是由下述式(i-3)~式(iv-3)表示。
[化11]
[各式中,「*」表示與重複單元(1)(於特定聚合物鏈具有重複單元(1)及重複單元(2)的情況下為重複單元(1)或重複單元(2))鍵結的結合鍵,「**」表示與特定部分結構中的源於特定官能基的N原子鍵結的結合鍵]
另外,重複單元(1)(於特定聚合物鏈具有重複單元(1)及重複單元(2)的情況下為重複單元(1)或重複單元(2))與環狀醚基開環而成的2價基團亦可經由2價連結基而鍵結。
作為2價連結基,較佳為亞甲基、碳數2~12的伸烷基。伸烷基可為直鏈狀,亦可為分支鏈狀。作為2價連結基,具體而言可列舉:亞甲基、伸乙基、乙烷-1,1-二基、三亞甲基、丙烷-1,1-二基、丙烷-1,2-二基、丙烷-2,2-二基、四亞甲基、丁烷-1,2-二基、丁烷-1,3-二基、五亞甲基、六亞甲基等。
作為特定聚合物鏈的含量,為了可進一步抑制金屬的腐蝕,相對於特定聚合體總量,較佳為40質量%~99質量%,更佳為45質量%~97質量%,特佳為50質量%~95質量%。
再者,特定聚合物鏈的含量可藉由熱分解氣相層析等進行測定。例如於後述合成例1中,可根據各層析圖的峰值的片段來鑑定特定聚合體、及特定聚合物鏈所對應的峰值並進行定量,從而算出特定聚合物鏈的含量。以下示出測定條件的一例。再者,特定聚合物鏈的含量亦能夠藉由NMR進行測定。
<聚合體的組成比確認>
裝置:熱分解氣相層析圖質量分析裝置(熱分解部:日本分析工業製造的派樂霍爾取樣器(Pyrofoil Sampler)JPS-350,氣相層析儀部:安捷倫科技(Agilent Technologies)7890A GC系統(System),質量分析計部:安捷倫科技(Agilent Technologies)5975惰性XL質量選擇性檢測器(inert XL Mass Selective detector))
管柱:BPX-5
溫度:熱分解溫度590℃×5秒,管柱注入口280℃,管柱溫度(將起始溫度設為50℃,以1分鐘並以10℃為單位升溫至350℃)
流量:He 1.0 mL/min.
離子化法:電子離子化法(EI法)
檢測部:MS四極,Aux-2
(特定部分結構)
作為特定聚合體,為了提高所期望的效果,較佳為除特定聚合物鏈以外,亦具有特定部分結構者。
特定部分結構為源於包含特定官能基(由-NH-表示的基團)的化合物的部分結構。其中,特定部分結構為不包含特定聚合物鏈的概念。特定部分結構較佳為自所述化合物中去除源於特定官能基的氫原子的一部分或全部後的剩餘部分。
作為包含特定官能基的化合物,為了可進一步抑制腐蝕,較佳為包含選自一級胺基、二級胺基、胺甲醯基(-C(=O)-NH2
)及醯胺鍵(-C(=O)-NH-)中的至少一種作為含特定官能基的基團的化合物,更佳為包含選自一級胺基、二級胺基及胺甲醯基中的至少一種的化合物,特佳為包含選自一級胺基及二級胺基中的至少一種的化合物。另外,包含特定官能基的化合物可為包含1個特定官能基的化合物,亦可為包含多個特定官能基的化合物,但較佳為包含多個特定官能基的化合物。
特定部分結構可為源於低分子(非聚合體型的)化合物者,亦可為源於高分子(聚合體型的)化合物者,但為了可進一步抑制腐蝕,較佳為源於高分子(聚合體型)的胺化合物者,特佳為源於胺化合物中的多分支型聚合體者。於胺化合物為多分支型聚合體的情況下,特定聚合體成為將特定部分結構作為核(core)部並將特定聚合物鏈作為臂(arm)部的多分支型星型聚合體。再者,聚合體型的胺化合物的重量平均分子量較佳為100以上、更佳為150以上,另外,較佳為3000以下、更佳為2500以下、進而佳為2000以下、特佳為1500以下。
另外,於包含特定官能基的化合物為包含選自一級胺基及二級胺基中的至少一種的化合物的情況下,特定部分結構中,源於包含特定官能基的化合物的胺基的一部分或全部亦可進行有機銨鹽化。
另外,作為所述包含特定官能基的化合物,例如可列舉:聚氮丙啶(polyaziridine)系聚合體;其烷基異氰酸酯改質物、環氧烷改質物等聚氮丙啶系聚合體改質物;芳香族二胺系化合物等二胺系化合物;雙胍(biguanide)系化合物(可為低分子(非聚合體),亦可為高分子(聚合體));胺基酸;胺基酸衍生物;肽(peptide);胺基糖(amino sugar);聚胺基糖;其他抗菌藥等。特定聚合體可具有源於該些化合物的特定部分結構中的1種,亦可具有2種以上。
該些中,作為包含特定官能基的化合物,較佳為聚氮丙啶系聚合體、二胺系化合物、雙胍系低分子化合物、胺基酸、胺基酸衍生物,為了可進一步抑制腐蝕,更佳為聚氮丙啶系聚合體、雙胍系低分子化合物,特佳為聚氮丙啶系聚合體。作為二胺系化合物,較佳為芳香族二胺系化合物。再者,聚氮丙啶系聚合體的重量平均分子量與所述同樣,較佳為100以上、更佳為150以上,另外,較佳為3000以下、更佳為2500以下、進而佳為2000以下、特佳為1500以下。另外,如上所述,於包含特定官能基的化合物為聚氮丙啶系聚合體的情況下,特定聚合體為將特定部分結構作為核部並將特定聚合物鏈作為臂部的多分支型星型聚合體。
作為聚氮丙啶系聚合體,可列舉具有下述式(11)所表示的重複單元者。
[化12]
[式(11)中,
R17
表示氫原子或者與其他重複單元(11)鍵結的結合鍵,
R18
~R21
相互獨立地表示氫原子或者經取代或未經取代的烴基。
其中,於R18
及R19
均為烴基的情況下,R18
及R19
亦可一起形成環,於R18
及R20
均為烴基的情況下,R18
及R20
亦可一起形成環,於R20
及R21
均為烴基的情況下,R20
及R21
亦可一起形成環]
於R17
為與其他重複單元(11)鍵結的結合鍵的情況下,式(11)具體而言是由下述式(11-2)表示。作為聚氮丙啶系聚合體,較佳為具有R17
為氫原子的重複單元與式(11-2)所表示的3價重複單元兩者的聚合體。
[化13]
[式(11-2)中,R18
~R21
與式(11)中的R18
~R21
為相同含義]
R18
~R21
所表示的烴基與所述R2
~R6
同樣,是包含脂肪族烴基、脂環式烴基及芳香族烴基的概念,可為直鏈狀、分支狀及環狀中的任一形態,另外,可為飽和烴基,亦可為不飽和烴基,亦可於末端及非末端中的任一者中具有不飽和鍵。作為R18
~R21
所表示的烴基,較佳為脂肪族烴基,且較佳為碳數1~20(較佳為1~12、更佳為1~4)的烷基。具體而言,可列舉:甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、第二丁基、第三丁基等。
另外,作為R18
及R19
、R18
及R20
、R20
及R21
分別可形成的環,可列舉:環己烷環、甲基環己烷環、環庚烷環、環辛烷環等碳數3~10的環烷烴環。
作為R18
~R21
中的取代基,例如可列舉:碳數1~6的烷基、鹵素原子。
作為聚氮丙啶系聚合體的具體例,例如可列舉:聚乙烯亞胺、聚丙烯亞胺、聚(2,2-二甲基氮丙啶)、聚(2,3-二甲基氮丙啶)、聚(2,2,3,3-四甲基氮丙啶)、聚(2-乙基氮丙啶)、聚(2-己基氮丙啶)、聚(7-氮雜雙環[4.1.0]庚烷)、聚(1-氮雜螺[2.5]辛烷)、聚(1-甲基-7-氮雜雙環[4.1.0]庚烷)、聚(3-甲基-7-氮雜雙環[4.1.0]庚烷)等。其中,較佳為聚乙烯亞胺、聚丙烯亞胺,特佳為聚乙烯亞胺。
作為二胺系化合物,可列舉下述式(12)或式(13)所表示的化合物。
[化14]
[式(12)中,
R22
表示單鍵、醚鍵、醯胺鍵、酯鍵、硫基或2價有機基,
R23
~R24
相互獨立地表示經取代或未經取代的烴基,
p及q相互獨立地表示0~4的整數。
其中,當R22
為2價有機基、且p及q中的至少任一者為0~3的整數時,R22
亦可與鄰接的伸苯基形成縮合環]
[化15]
[式(13)中,R25
表示經取代或未經取代的2價芳香族烴基、或者經取代或未經取代的2價含氮雜環基]
式(12)中,R22
表示單鍵、醚鍵、醯胺鍵、酯鍵、硫基或2價有機基。該些中,較佳為單鍵、醚鍵、硫基、2價有機基,更佳為2價有機基。
作為2價有機基,更佳為經取代或未經取代的2價烴基、該經取代或未經取代的2價烴基的碳原子的一部分取代為選自醚鍵、醯胺鍵、酯鍵及硫基中的一種以上的基團,進而佳為經取代或未經取代的2價烴基、該經取代或未經取代的2價烴基的碳原子的一部分取代為選自醚鍵及酯鍵中的一種以上的基團,特佳為經取代或未經取代的2價烴基的碳原子的一部分取代為酯鍵的基團。另外,作為2價有機基的碳數,較佳為1~50,更佳為2~40,進而佳為3~30,特佳為5~20。再者,於經取代或未經取代的2價烴基的碳原子的一部分取代為選自醚鍵、醯胺鍵、酯鍵及硫基中的一種以上的基團中,醚鍵、醯胺鍵、酯鍵、硫基可為一個,亦可為兩個以上。
作為R22
中的「2價烴基」,可為2價脂肪族烴基、2價脂環式烴基、2價芳香族烴基中的任一者。另外,亦可為該些基團連結而成的2價基團。
作為所述2價脂肪族烴基的碳數,較佳為1~50,更佳為2~40,進而佳為3~30,特佳為5~20。再者,2價脂肪族烴基可為直鏈狀,亦可為分支鏈狀。另外,2價脂肪族烴基可於分子內具有不飽和鍵,但較佳為烷二基。作為烷二基的具體例,可列舉:甲烷-1,1-二基、乙烷-1,1-二基、乙烷-1,2-二基、丙烷-1,1-二基、丙烷-1,2-二基、丙烷-1,3-二基、丙烷-2,2-二基、丁烷-1,1-二基、丁烷-1,2-二基、丁烷-1,3-二基、丁烷-1,4-二基、戊烷-1,1-二基、戊烷-1,2-二基、戊烷-1,3-二基、戊烷-1,4-二基、戊烷-1,5-二基、己烷-1,1-二基、己烷-1,2-二基、己烷-1,3-二基、己烷-1,4-二基、己烷-1,5-二基、己烷-1,6-二基、庚烷-1,7-二基、辛烷-1,8-二基、壬烷-1,9-二基、癸烷-1,10-二基等。
所述2價脂環式烴基的碳數較佳為3~20,更佳為3~16,進而佳為3~12,特佳為3~8。具體而言,可列舉:伸環丙基、伸環丁基、伸環戊基、伸環己基等伸環烷基。
所述2價芳香族烴基的碳數較佳為6~18,更佳為6~12。具體而言,除伸苯基、伸萘基、伸菲基、伸蒽基以外,可列舉伸茀基(源於茀環的2價基團)等。
再者,2價脂環式烴基的鍵結部位及2價芳香族烴基的鍵結部位可為環上的任一碳上。
作為R22
中的取代基,例如可列舉:碳數1~6的烷基、鹵素原子。
式(12)中,R23
及R24
相互獨立地表示經取代或未經取代的烴基。R23
及R24
所表示的烴基與所述R2
~R6
同樣,是包含脂肪族烴基、脂環式烴基及芳香族烴基的概念,可為直鏈狀、分支狀及環狀中的任一形態,另外,可為飽和烴基,亦可為不飽和烴基,亦可於末端及非末端中的任一者中具有不飽和鍵。作為R23
及R24
所表示的烴基,較佳為脂肪族烴基,較佳為碳數1~20(較佳為1~12、更佳為1~4)的烷基。具體而言,可列舉:甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、第二丁基、第三丁基等。作為R23
及R24
中的取代基,例如可列舉鹵素原子。
式(12)中,p及q相互獨立地表示0~4的整數。作為p、q,較佳為0或1,更佳為0。再者,於p為2~4的整數的情況下,p個R23
可相同亦可不同,另外,於q為2~4的整數的情況下,q個R24
可相同亦可不同。
式(13)中,R25
表示經取代或未經取代的2價芳香族烴基、或者經取代或未經取代的2價含氮雜環基。
所述2價芳香族烴基的碳數較佳為6~18,更佳為6~12。具體而言,除伸苯基、伸萘基、伸菲基、伸蒽基以外,可列舉伸茀基(源於茀環的2價基團)等。
所述2價含氮雜環基的碳數較佳為4~18,更佳為4~10。具體而言,可列舉:伸吡啶基(源於吡啶環的2價基團)、伸嘧啶基(源於嘧啶環的2價基團)、伸吖啶基(源於吖啶環的2價基團)、源於咔唑環的2價基團等。
再者,2價芳香族烴基的鍵結部位及2價含氮雜環基的鍵結部位可為環上的任一碳上。
作為R25
中的取代基,例如可列舉:碳數1~6的烷基、鹵素原子、羧基。
作為二胺系化合物的具體例,例如可列舉:己二酸雙(4-胺基苯基乙酯)、4,4'-二胺基二苯基甲烷、4,4'-二胺基二苯基硫醚、2,2'-二甲基-4,4'-二胺基聯苯、2,2'-雙(三氟甲基)-4,4'-二胺基聯苯、4,4'-二胺基二苯基醚、2,2-雙[4-(4-胺基苯氧基)苯基]丙烷、9,9-雙(4-胺基苯基)茀、2,2-雙[4-(4-胺基苯氧基)苯基]六氟丙烷、2,2-雙(4-胺基苯基)六氟丙烷、4,4'-(對伸苯基二亞異丙基)雙苯胺、4,4'-(間伸苯基二亞異丙基)雙苯胺、1,4-雙(4-胺基苯氧基)苯、4,4'-雙(4-胺基苯氧基)聯苯、1-(4-胺基苯基)-2,3-二氫-1,3,3-三甲基-1H-茚-5-胺、1-(4-胺基苯基)-2,3-二氫-1,3,3-三甲基-1H-茚-6-胺、對苯二胺、1,5-二胺基萘、2,7-二胺基茀、3,5-二胺基苯甲酸、2,6-二胺基吡啶、3,4-二胺基吡啶、2,4-二胺基嘧啶、3,6-二胺基吖啶、3,6-二胺基咔唑等。
雙胍系化合物只要為分子中具有至少一個雙胍骨架的化合物即可,可為包含一個雙胍骨架的低分子的化合物,亦可為如聚六亞甲基雙胍般的具有多個包含雙胍骨架的重複單元的化合物。其中,為了提高所期望的效果,較佳為包含一個雙胍骨架的低分子的化合物。作為包含一個雙胍骨架的低分子的化合物,可列舉下述式(14)所表示的化合物。
[化16]
[式(14)中,R26
表示有機基]
式(14)中,作為R26
所表示的有機基,較佳為經取代或未經取代的烴基。
R26
所表示的烴基與所述R2
~R6
同樣,是包含脂肪族烴基、脂環式烴基及芳香族烴基的概念,可為直鏈狀、分支狀及環狀中的任一形態,另外,可為飽和烴基,亦可為不飽和烴基,亦可於末端及非末端中的任一者中具有不飽和鍵。
作為所述脂肪族烴基,較佳為碳數1~20(較佳為1~12、更佳為1~6、特佳為1~4)的烷基。具體而言,可列舉:甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、第二丁基、第三丁基等。另外,作為所述脂環式烴基,較佳為碳數3~20(較佳為3~12)的脂環式烴基,更佳為碳數3~20(較佳為3~12)的環烷基。具體而言,可列舉:環丙基、環丁基、環戊基、環己基等。進而,作為所述芳香族烴基,較佳為碳數6~20(較佳為6~10)的芳香族烴基,更佳為碳數6~20(較佳為6~10)的芳基、碳數7~20(較佳為碳數7~16)的芳烷基。所謂芳基,是指單環式芳香族烴基~3環式芳香族烴基,例如可列舉:苯基、萘基、聯苯基、蒽基等。作為芳烷基的具體例,可列舉:苄基、苯乙基、α-甲基苄基、2-苯基丙烷-2-基等。
該些中,作為R26
中的烴基,較佳為碳數1~12(進而佳為1~6,特佳為1~4)的烷基、碳數6~10的芳基,特佳為碳數6~10的芳基。
再者,作為R26
中的取代基,例如可列舉:碳數1~6的烷基(甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、第二丁基、第三丁基等)、鹵素原子、碳數1~6的烷氧基。
作為雙胍系化合物的較佳的具體例,例如可列舉:乙基雙胍、1-丁基雙胍、1-十八烷基雙胍、苯基雙胍、1-鄰甲苯基雙胍、1-對甲苯基雙胍、1-(2-苯基乙基)雙胍、1-(2,3-二甲苯基)雙胍、1-(4-甲氧基苯基)雙胍等。
另外,作為胺基酸、胺基酸衍生物,可列舉公知的胺基酸、胺基酸衍生物。另外,作為肽、抗菌藥,可列舉公知的寡肽、多肽、包含肽結構或一級胺基、二級胺基的抗生物質等。
作為所述胺基酸衍生物,較佳為N-醯基胺基酸,更佳為N-烷醯基胺基酸。作為N-烷醯基胺基酸中的烷醯基,較佳為碳數2~10的烷醯基,更佳為碳數2~6的烷醯基。作為烷醯基,具體而言可列舉:乙醯基、丙醯基等。作為胺基酸衍生物,特佳為N-乙醯基胺基酸。
作為胺基酸、胺基酸衍生物、肽、抗菌藥,具體而言可列舉:離胺酸(lysine)、甘胺酸(glycine)、丙胺酸(alanine)、麩醯胺酸(glutamine)、麩胺酸(glutamic acid)、N-乙醯基-L-麩醯胺酸、N-乙醯基-L-麩胺酸、聚離胺酸、甘胺醯甘胺酸(glycylglycine)、甘胺醯肌胺酸(glycylsarcosine)、麩胱甘肽(glutathione)、L-丙胺醯-L-麩醯胺酸、達托黴素(daptomycin)、萬古黴素(vancomycin)、黏菌素(colistin)、胺苄青黴素(ampicillin)、頭孢妥侖匹酯(cefditoren pivoxil)、頭孢菌素(cephalosporin)C、氨曲南(aztreonam)、替吉莫南(tigemonam)、鏈黴素(streptomycin)、健他黴素(gentamycin)、阿貝卡星(arbekacin)、米諾四環素(minocycline)、妥舒沙星(tosufloxacin)、甲氧苄啶(trimethoprim)、磺胺甲噁唑(sulfamethoxazole)、無環鳥苷(acyclovir)、伐昔洛韋(valacyclovir)、拉米夫定(lamivudine)、制黴菌素(nystatin)等。
另外,作為胺基糖、聚胺基糖,可列舉:葡萄胺糖(glucosamine)、半乳胺糖(galactosamine)、甘露胺糖(mannosamine)、己胺醣(hexosamine)、幾丁聚醣(chitosan)等。
作為特定部分結構的含量,為了可進一步抑制金屬的腐蝕,相對於特定聚合體總量,較佳為1質量%~60質量%,更佳為3質量%~55質量%,特佳為5質量%~50質量%。
另外,作為特定聚合物鏈與特定部分結構的含量的質量比率,為了可進一步抑制金屬的腐蝕,較佳為40/60~99/1,更佳為45/55~97/3,特佳為50/50~95/5。
再者,特定部分結構的含量可藉由熱分解氣相層析等進行測定。
其次,對特定聚合體的製造方法進行說明。
特定聚合體可藉由適當組合公知的方法來製造。例如,只要使提供重複單元(1)的單量體及視需要的其他單量體(共)聚合即可。另外,於製造具有特定部分結構的特定聚合體的情況下,較佳為藉由包含以下步驟1及步驟2的方法而獲得:
(步驟1)使具有重複單元(1)的聚合體(較佳為具有重複單元(1)及重複單元(2)的共聚體)與具有環狀醚基的化合物接觸,並將環狀醚基導入至所述聚合體中的步驟;
(步驟2)使步驟1中所獲得的含環狀醚基的聚合體與包含特定官能基的化合物接觸,並使所述環狀醚基與所述特定官能基反應的步驟。
(步驟1)
步驟1為使具有重複單元(1)的聚合體與具有環狀醚基的化合物接觸並將環狀醚基導入至所述聚合體中的步驟。
具有重複單元(1)的聚合體可使用市售品,亦可進行化學合成來使用,但較佳為藉由對提供所述各重複單元的單量體進行活性(living)聚合來製造。作為活性聚合法,可採用活性自由基聚合、活性陰離子聚合等公知的方法。
作為提供重複單元(1)、且式(1)中的Z為形成有機銨鹽的基團或-NR5
R6
的單量體,例如可列舉:(甲基)丙烯醯基胺基丙基三甲基氯化銨、(甲基)丙烯醯基氧基乙基三甲基氯化銨、(甲基)丙烯醯基氧基乙基三乙基氯化銨、(甲基)丙烯醯基氧基乙基(4-苯甲醯基苄基)二甲基溴化銨、(甲基)丙烯醯基氧基乙基苄基二甲基氯化銨、(甲基)丙烯醯基氧基乙基苄基二乙基氯化銨、(甲基)丙烯酸二甲基胺基乙酯、(甲基)丙烯酸二乙基胺基乙酯、(甲基)丙烯酸二甲基胺基丙酯、(甲基)丙烯酸二乙基胺基丙酯等含有銨鹽型陽離子性官能基或胺基的(甲基)丙烯酸酯類、或者與該些相對應的(甲基)丙烯醯胺類。
再者,Z為形成有機銨鹽的基團的重複單元(1)較佳為使Z為-NR5
R6
的單量體(例如(甲基)丙烯酸二甲基胺基乙酯)共聚後或於步驟1之後、或者於步驟2之後,使苄基氯(benzyl chloride)等鹵化烴化合物反應,並使胺基四級化而獲得,尤其較佳為於步驟2之後使胺基四級化而獲得。
另外,作為提供重複單元(1)、且式(1)中的Z為含氮雜環基的單量體,例如可列舉:下述式的化合物群α(單體1~單體18)、下述式(5)所表示的化合物、4-乙烯基吡啶、該些的鹽等。再者,提供重複單元(1)的單量體可單獨使用或組合使用2種以上。
[化17]
[化18]
另外,關於提供重複單元(2)的單量體,作為提供A為芳香族烴基的重複單元(2)的單量體,例如可列舉:苯乙烯、α-甲基苯乙烯。另外,作為提供R8
~R10
為烴基的重複單元(2)的單量體,例如可列舉:(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丙酯、(甲基)丙烯酸異丙酯、(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸異丁酯、(甲基)丙烯酸第三丁酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸異癸酯、(甲基)丙烯酸十二烷基酯、(甲基)丙烯酸環己酯、(甲基)丙烯酸第三丁基環己酯、(甲基)丙烯酸環己烯酯、三環[5.2.1.02,6
]癸烷-8-基(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸二環戊烯酯、(甲基)丙烯酸異冰片酯、(甲基)丙烯酸金剛烷酯、十氫-2-萘基(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸五環十五烷基酯等(甲基)丙烯酸酯類;與該些相對應的(甲基)丙烯醯胺類;乙基乙烯基醚等乙烯基醚類。另外,作為提供R8
~R10
為具有鏈狀或環狀的醚結構的基團的重複單元(2)的單量體,可列舉:聚乙二醇(n=2~10)甲基醚(甲基)丙烯酸酯、聚丙二醇(n=2~10)甲基醚(甲基)丙烯酸酯、聚乙二醇(n=2~10)乙基醚(甲基)丙烯酸酯、聚丙二醇(n=2~10)乙基醚(甲基)丙烯酸酯、聚乙二醇(n=2~10)單(甲基)丙烯酸酯、聚丙二醇(n=2~10)單(甲基)丙烯酸酯、對枯基苯酚的環氧乙烷改質(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸縮水甘油酯、(甲基)丙烯酸3,4-環氧基環己基甲酯、3-[(甲基)丙烯醯基氧基甲基]氧雜環丁烷、3-[(甲基)丙烯醯基氧基甲基]-3-乙基氧雜環丁烷、(甲基)丙烯酸四氫糠酯等具有鏈狀或環狀的醚結構的(甲基)丙烯酸酯類;與該些相對應的(甲基)丙烯醯胺類;3-(乙烯基氧基甲基)-3-乙基氧雜環丁烷等乙烯基醚類。該些可單獨使用或組合使用2種以上。
另外,作為提供重複單元(1)及重複單元(2)以外的重複單元的單量體,例如可列舉:(甲基)丙烯酸、馬來酸、馬來酸酐、苯乙烯磺酸、2-(甲基)丙烯醯胺-2-甲基丙磺酸、烯丙基磺酸、乙烯基磺酸、(甲基)丙烯酸基磺酸、(甲基)丙烯酸磺基丙酯、丁二酸單[2-(甲基)丙烯醯氧基乙酯]、ω-羧基聚己內酯單(甲基)丙烯酸酯、對乙烯基苯甲酸、對羥基苯乙烯、對羥基-α-甲基苯乙烯等具有酸性基的乙烯基系單量體;如N-苯基馬來醯亞胺、N-環己基馬來醯亞胺般的N-位取代馬來醯亞胺;如(甲基)丙烯酸2-羥基乙酯、甘油單(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸4-羥基苯酯般的具有羥基的(甲基)丙烯酸酯;(甲基)丙烯醯胺、N-羥甲基丙烯醯胺等(甲基)丙烯醯胺系單量體等。該些可單獨使用或組合使用2種以上。
具有環狀醚基的化合物只要為可將環狀醚基導入至具有重複單元(1)的聚合體中的化合物即可,例如可列舉:表氯醇、表溴醇、表氟醇、表碘醇等表鹵醇(epihalohydrin)等。該些可單獨使用或組合使用2種以上。
具有環狀醚基的化合物的使用量相對於具有重複單元(1)的聚合體,通常為0.05莫耳當量~0.2莫耳當量左右。
步驟1的反應時間通常為0.5小時~2.5小時,反應溫度通常為-78℃~20℃。
(步驟2)
步驟2為使步驟1中所獲得的含環狀醚基的聚合體與包含特定官能基的化合物接觸並使所述環狀醚基與所述特定官能基反應的步驟。
包含特定官能基的化合物使用作為提供特定部分結構的化合物而列舉者即可。
包含特定官能基的化合物的使用量相對於含環狀醚基的聚合體,通常為0.7莫耳當量~1.3莫耳當量左右。
步驟2亦可於有機磷化合物的存在下進行。作為有機磷化合物,較佳為三苯基膦、三(3-甲基苯基)膦、三(4-甲基苯基)膦、三(3,5-二甲基苯基)膦、二苯基(五氟苯基)膦、三(五氟苯基)膦、三(4-氯苯基)膦、三[4-(甲硫基)苯基]膦等三苯基膦或其衍生物。該些可單獨使用1種或組合使用2種以上。
步驟2的反應時間通常為10小時~40小時,反應溫度通常為40℃~80℃。
再者,所述各步驟可於溶媒存在下或溶媒不存在下進行。作為溶媒,可列舉:水;甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、正丁醇、異丁醇、第二丁醇、第三丁醇等醇類;乙二醇、乙二醇單甲醚、乙二醇單乙醚、乙二醇單丙醚、乙二醇單丁醚、乙二醇單乙醚乙酸酯、二乙二醇單甲醚、二乙二醇單乙醚、二乙二醇二甲醚、二乙二醇二乙醚等乙二醇衍生物;丙二醇、丙二醇單甲醚、丙二醇單乙醚、丙二醇單丙醚、丙二醇單丁醚、丙二醇單甲醚乙酸酯等丙二醇衍生物;丙酮、甲基乙基酮、甲基異丁基酮、甲基戊基酮、二異丁基酮、環己酮等酮類;乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸異丁酯、乳酸乙酯、γ-丁內酯等酯類;N,N-二甲基甲醯胺、N,N-二甲基乙醯胺、N-甲基吡咯啶酮、六甲基磷酸三醯胺、1,3-二甲基-2-咪唑啉、N,N'-二甲基丙烯基脲、四甲基脲等醯胺類;二甲基亞碸等亞碸類;甲苯、二甲苯、硝基苯等芳香族烴;四氫呋喃、1,3-二氧雜環戊烷、二乙醚、嗎福林等醚類等,該些中可單獨使用1種,亦可組合使用2種以上。
另外,於所述各步驟中,關於各反應產物的分離,視需要將過濾、清洗、乾燥、再結晶、再沈澱、透析、離心分離、利用各種溶媒的提取、中和、層析等通常的手段適當組合來進行即可。
為了可進一步抑制金屬的腐蝕且可有效地減少/去除污染,(A)成分的含量相對於半導體表面處理用組成物的總質量,較佳為0.0001質量%~0.5質量%,更佳為0.001質量%~0.1質量%,特佳為0.005質量%~0.1質量%。
<(B)成分>
本發明的半導體表面處理用組成物含有(B)分子量為500以下的螯合劑。
此處,本說明書中,所謂螯合劑,是指具有與金屬離子鍵結而形成螯合化合物的多牙配位體的化合物中除(A)成分以外者,本發明中所使用的螯合劑的分子量為500以下。此種螯合劑可單獨使用1種,亦可併用2種以上。
螯合劑的分子量較佳為60~480、更佳為60~300。另外,較佳為低分子(非聚合體型)的螯合劑。進而,作為螯合劑,較佳為對包含半導體材料元素的離子具有配位能力的螯合劑。
另外,作為如上所述的「螯合劑」,為了可提升減少/去除殘渣的性能,較佳為有機胺系螯合劑、具有2個以上的羧基的有機酸系螯合劑。
(具有2個以上的羧基的有機酸系螯合劑)
作為所述有機酸系螯合劑,例如可列舉:乙二酸、丙二酸、丁二酸、馬來酸、該些的鹽(鹼金屬鹽(例如鉀鹽)、銨鹽等)等不具有羥基的多羧酸系螯合劑;檸檬酸(分子量:192)、蘋果酸(分子量:134)、酒石酸、該些的鹽(鹼金屬鹽(例如鉀鹽)、銨鹽等)等具有2個以上的羧基與1個以上的羥基的有機酸系螯合劑;乙二胺四乙酸(分子量:292)、二醇醚二胺四乙酸、該些的鹽(鹼金屬鹽(例如鉀鹽)、銨鹽等)等胺基多羧酸系螯合劑。作為不具有羥基的多羧酸系螯合劑,較佳為不具有羥基的二羧酸系螯合劑。作為胺基多羧酸系螯合劑,較佳為胺基多乙酸系螯合劑。
該些有機酸系螯合劑可單獨使用1種,亦可組合使用2種以上。
該些有機酸系螯合劑中,為了可提升減少/去除殘渣的性能,較佳為具有2個以上的羧基與1個以上的羥基的有機酸系螯合劑、胺基多羧酸系螯合劑,更佳為具有2個以上的羧基與1個以上的羥基的有機酸系螯合劑。
(有機胺系螯合劑)
作為所述有機胺系螯合劑,例如可列舉:單乙醇胺(分子量:61)、二乙醇胺、三乙醇胺、N-甲基乙醇胺、N-甲基-N,N-二乙醇胺、N,N-二甲基乙醇胺、N,N-二乙基乙醇胺、N,N-二丁基乙醇胺、N-(β-胺基乙基)乙醇胺、N-乙基乙醇胺、單丙醇胺、二丙醇胺、三丙醇胺、單異丙醇胺、二異丙醇胺、三異丙醇胺等烷醇胺系螯合劑;甲基胺、乙基胺、丙基胺、丁基胺、戊基胺、1,3-丙二胺等一級胺系螯合劑;哌啶、哌嗪等二級胺系螯合劑;三甲基胺、三乙基胺等三級胺系螯合劑;甘胺酸、苯丙胺酸、丙胺酸、天冬醯胺(asparagine)、麩醯胺酸、酪胺酸(tyrosine)、離胺酸、脯胺酸、組胺酸(histidine)(分子量:155)、精胺酸(arginine)、白胺酸(leucine)、異白胺酸、甲硫胺酸(methionine)、絲胺酸(serine)、蘇胺酸(theronine)、色胺酸(tryptophan)、半胱胺酸(cysteine)、纈胺酸(valine)等胺基酸系螯合劑等。再者,亦可為該些的鹽。作為所述鹽,可列舉:鉀鹽、鈉鹽等鹼金屬鹽;銨鹽;硝酸鹽、硫酸鹽、鹽酸鹽等無機酸鹽;乙酸鹽等有機酸鹽。
該些有機胺系螯合劑可單獨使用1種,亦可組合使用2種以上。
該些有機胺系螯合劑中,為了使得去除金屬配線表面上的殘渣的效果高,較佳為烷醇胺系螯合劑、胺基酸系螯合劑,更佳為烷醇胺系螯合劑。
作為烷醇胺系螯合劑,較佳為單烷醇胺系螯合劑,特佳為單乙醇胺、單異丙醇胺。
為了可進一步抑制金屬的腐蝕且可有效地減少/去除污染(尤其是金屬配線表面的附著物),(B)成分的含量相對於半導體表面處理用組成物的總質量,較佳為0.001質量%~0.5質量%,更佳為0.005質量%%~0.3質量%,進而佳為0.01質量%~0.1質量%,特佳為0.01質量%~0.05質量%。
另外,為了提高本發明的所期望的效果,半導體表面處理用組成物中的(A)成分與(B)成分的含有質量比[(B)/(A)]較佳為0.1~100,更佳為0.5~30,進而佳為1~15,進而更佳為1.5~7.5,特佳為1.5~3。
<任意成分>
本發明的半導體表面處理用組成物亦可含有(A)成分、(B)成分以外的成分(以下,亦稱作「其他成分」)。作為此種其他成分,可列舉:水系介質、研磨粒子(磨粒)、水溶性(共)聚合體或其鹽、氧化劑、還原劑、界面活性劑、pH調整劑等。該些可單獨使用1種,亦可併用2種以上。
作為所述水系介質,除水以外,可列舉水與醇的混合液,但較佳為水。作為水,可列舉:離子交換水、純水、超純水等。
水系介質的含量相對於半導體表面處理用組成物的總質量,較佳為70質量%以上、更佳為90質量%以上、特佳為95質量%以上,另外較佳為未滿100質量%、更佳為99.9999質量%以下。
作為所述研磨粒子,較佳為無機氧化物粒子、有機粒子,更佳為無機氧化物粒子。於半導體表面處理用組成物包含研磨粒子的情況下,其成為適於化學機械研磨等研磨處理者。另一方面,本發明的半導體表面處理用組成物不易使金屬腐蝕,且用於化學機械研磨後的清洗時的殘渣去除性能優異,因此,亦非常適合作為不含有研磨粒子的類型的半導體表面清洗處理用組成物。
作為無機氧化物粒子,例如可列舉:二氧化矽、氧化鈰、氧化鋁、氧化鋯、二氧化鈦等無機粒子。其中,較佳為二氧化矽、氧化鋁,更佳為二氧化矽。作為二氧化矽,可列舉:膠體二氧化矽、氣相二氧化矽(fumed silica),但為了可進一步抑制配線金屬膜表面的擦痕(scratch)的發生,特佳為膠體二氧化矽。
研磨粒子的一次粒徑(D1)較佳為10 nm~200 nm。一次粒徑(D1)例如可利用觀察法或布厄特(Brunauer-Emmett-Teller,BET)比表面積法等進行測定。
關於利用觀察法的一次粒徑(D1)測定,例如將研磨粒子的0.01質量%的水分散液滴加於銅微細網眼上並使其乾燥後,使用透射型電子顯微鏡(日立高新技術(Hitachi High-technologies)製造的H7650)獲取測定倍率20,000倍下的粒子圖像後,利用分析軟體Mac-View測量多個粒徑,將赫吾(Heywood)直徑的中心值作為一次粒徑(D1)來進行測定。另外,BET比表面積法例如將研磨粒子的分散液於加熱板上進行預乾燥後,於800℃下進行加熱處理而製備測定用樣品,使用該測定用樣品來測定BET比表面積。可根據研磨粒子的真比重與比表面積來換算一次粒徑(D1)。
本發明的半導體表面處理用組成物可為不含有研磨粒子者,但於使用研磨粒子的情況下,其含量相對於半導體表面處理用組成物的總質量,較佳為0.2質量%~10質量%,更佳為0.3質量%~5質量%。若研磨粒子的含量處於所述範圍,則獲得對配線金屬膜的充分的研磨速度,並且容易獲得不易發生粒子的沈降/分離的穩定的半導體表面處理用組成物。
作為所述水溶性(共)聚合體或其鹽,例如除聚(甲基)丙烯酸、丙烯酸-甲基丙烯酸共聚體等不飽和羧酸的聚合體及其鹽以外,可列舉聚乙烯醇、聚乙烯吡咯啶酮、羥乙基纖維素等水溶性高分子。該些可單獨使用1種,亦可併用2種以上。
所述水溶性(共)聚合體或其鹽的含量相對於半導體表面處理用組成物的總質量,較佳為0質量%~1質量%,更佳為0質量%~0.5質量%。
作為所述氧化劑,除過氧化氫;過乙酸、過苯甲酸、第三丁基氫過氧化物等有機過氧化物;過錳酸鉀等過錳酸化合物;重鉻酸鉀等重鉻酸化合物;碘酸鉀等鹵酸化合物;硝酸、硝酸鐵等硝酸化合物;過氯酸等過鹵酸化合物;過硫酸銨等過硫酸鹽以外,可列舉雜多酸等。該些可單獨使用1種,亦可併用2種以上。
於使用氧化劑的情況下,其含量相對於半導體表面處理用組成物的總質量,較佳為0.01質量%~30質量%,更佳為0.05質量%~20質量%,特佳為0.1質量%~10質量%。
作為所述還原劑,除羥基胺、羥基胺硫酸鹽、羥基胺鹽酸鹽、羥基胺硝酸鹽、羥基胺磷酸鹽、N,N-二甲基羥基胺、N,N-二甲基羥基胺硫酸鹽、N,N-二甲基羥基胺鹽酸鹽、N,N-二甲基羥基胺硝酸鹽、N,N-二甲基羥基胺磷酸鹽、N,N-二乙基羥基胺、N,N-二乙基羥基胺硫酸鹽、N,N-二乙基羥基胺鹽酸鹽、N,N-二乙基羥基胺硝酸鹽、N,N-二乙基羥基胺磷酸鹽等胺系還原劑以外,可列舉:亞硫酸、亞硫酸銨、亞硫酸鉀、亞硫酸鈉、抗壞血酸、抗壞血酸銨、抗壞血酸鉀、抗壞血酸鈉、巰基乙酸(thioglycollic acid)、巰基乙酸銨、巰基乙酸鉀、巰基乙酸鈉、N-乙醯基-L-半胱胺酸等。該些可單獨使用1種,亦可併用2種以上。
為了提高本發明的所期望的效果,還原劑的含量相對於半導體表面處理用組成物的總質量,較佳為0質量%~10質量%,更佳為0質量%~5質量%,特佳為0質量%~2.5質量%。
作為所述界面活性劑,可列舉:陰離子性界面活性劑、非離子性界面活性劑等。
作為所述陰離子性界面活性劑的具體例,可列舉:十二烷基苯磺酸等烷基苯磺酸;烷基萘磺酸;月桂基硫酸等烷基硫酸酯;聚氧伸乙基月桂基硫酸等聚氧伸乙基烷基醚的硫酸酯;萘磺酸縮合物;木質素磺酸等。該些陰離子性界面活性劑亦能以鹽的形態使用。
作為所述非離子性界面活性劑的具體例,可列舉:聚氧伸乙基月桂基醚、聚氧伸乙基鯨蠟基醚、聚氧伸乙基硬脂基醚、聚氧伸乙基油基醚等聚氧伸乙基烷基醚;聚氧伸乙基辛基苯基醚、聚氧伸乙基壬基苯基醚等聚氧伸乙基芳基醚;山梨醇酐單月桂酸酯、山梨醇酐單棕櫚酸酯、山梨醇酐單硬脂酸酯等山梨醇酐脂肪酸酯;聚氧伸乙基山梨醇酐單月桂酸酯、聚氧伸乙基山梨醇酐單棕櫚酸酯、聚氧伸乙基山梨醇酐單硬脂酸酯等聚氧伸乙基山梨醇酐脂肪酸酯等。
所述界面活性劑可單獨使用1種,亦可併用2種以上。
所述界面活性劑的含量並無特別限定,相對於半導體表面處理用組成物的總質量,較佳為0質量%~1質量%,更佳為0質量%~0.1質量%。
再者,於將本發明的半導體表面處理用組成物的各成分設為上文所記載的濃度範圍的情況下,既可以成為所述濃度範圍的方式直接調配各成分,亦可預先製備較所述濃度範圍而被濃縮的狀態的組成物,並於用於處理之前添加水系介質,藉此以各成分的濃度成為所述範圍的方式進行稀釋。再者,所述濃縮狀態的組成物可藉由以下方式來製備:於保持溶媒以外的各成分的含量的比率的狀態下將溶媒去除,藉此提高溶媒以外的各成分的濃度。另外,亦能夠藉由預先減少溶媒的添加量來製備。
作為所述pH調整劑,例如可列舉:鹽酸、硝酸、硫酸、磷酸等無機酸;氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化銣、氫氧化銫等鹼金屬的氫氧化物;四甲基氫氧化銨(tetramethylammonium hydroxide,TMAH)、氨等鹼性物質。所述pH調整劑可單獨使用1種,亦可併用2種以上。另外,亦可使用所述pH調整劑將半導體表面處理用組成物的pH調整為後述範圍。
<半導體表面處理用組成物的pH>
本發明的半導體表面處理用組成物於25℃下的pH值較佳為1~12的範圍,更佳為2~10的範圍,進而佳為2~8.5的範圍,進而更佳為2~7的範圍,進而更佳為2~6的範圍,進而更佳為3~5.5的範圍,特佳為3~5的範圍。
藉由將pH設為所述範圍,金屬(尤其是鎢)配線表面的腐蝕的發生尤其得到抑制。另外,亦能夠有效地減少/去除污染。進而,亦容易維持研磨處理的速度。
另一方面,本發明的半導體表面處理用組成物於25℃下的pH值為8~10的範圍內亦能夠抑制金屬配線表面的腐蝕的發生。如後述實施例所示般,於pH為所述範圍的情況下,一般而言,即便使用聚乙烯亞胺等,亦容易發生腐蝕(參照比較例11)。然而,於本發明的半導體表面處理用組成物中,出乎意料的是,即便pH為8~10的範圍,亦能夠充分地抑制金屬配線表面的腐蝕的發生。
再者,半導體表面處理用組成物的pH可藉由將所述有機酸系螯合劑或pH調整劑等混合來進行調整。
此處,所謂pH,是指氫離子指數,其值可使用市售的pH計等進行測定。
<半導體表面處理用組成物的用途等>
而且,如後述實施例所示般,本發明的半導體表面處理用組成物具有如下效果:不易使金屬配線等的金屬腐蝕,而且當用於研磨或清洗等處理時,自半導體的表面有效地減少或去除污染。另外,於用於研磨處理中的情況下,不易使其研磨速度降低。
發揮此種效果的原因未必明確,但本發明者等人推測:(A)成分吸附於金屬配線等金屬表面,藉此持續且大幅地抑制金屬的腐蝕,藉由將(B)成分與此種(A)成分組合,有效地減少或去除污染的效果優異。進而,由於(A)成分特別容易吸附於鎢,因此推測,本發明的半導體表面處理用組成物變得適於具有含鎢的金屬配線的半導體的表面處理。
因而,本發明的半導體表面處理用組成物作為摩擦處理(粗研磨處理)、拋光處理(精研磨處理)、化學機械研磨處理(CMP處理)之類的研磨處理用;蝕刻處理、化學機械研磨處理後的清洗處理、感光性樹脂的剝離處理、將經灰化的晶圓表面上所殘留的感光性樹脂的灰分去除的灰化殘渣清洗處理之類的清洗或剝離處理用;研磨處理與清洗處理一同進行的平坦化處理用;於如上所述的清洗處理後進行沖洗的淋洗(rinse)處理用的組成物而有用。另外,由於該些處理為半導體製造中的一步驟,因此,本發明的半導體表面處理用組成物於半導體的製造方法中亦有用。
本發明的半導體表面處理用組成物適於作為研磨處理用及/或清洗處理用的組成物。尤其適於作為化學機械研磨處理用及/或化學機械研磨處理後的清洗處理用的組成物,特別適於作為化學機械研磨處理後的清洗處理用的組成物。
再者,本發明的半導體表面處理用組成物較佳為液狀(包含漿料狀)。
另外,本發明的半導體表面處理用組成物適於半導體基板的包含金屬(具體而言為金屬配線)的面的處理。作為金屬,例如可列舉鎢、銅、鈷、釕、鈦等,但本發明的半導體表面處理用組成物特別適於半導體基板的包含鎢的面(例如包含含有鎢的金屬配線的面)的處理。
另外,半導體表面亦可於一部分上具有利用真空製程形成的氧化矽膜之類的絕緣膜。
[半導體表面處理方法]
本發明的半導體表面處理方法的特徵在於,利用上文中說明的本發明的半導體表面處理用組成物對半導體表面進行處理。
作為半導體的表面處理的方法,可列舉:使本發明的半導體表面處理用組成物與半導體基板的包含金屬(具體而言為金屬配線)的面接觸來對該面進行處理的方法。作為金屬配線中所使用的金屬,與所述同樣地,可列舉:鎢、銅、鈷、釕、鈦等。本發明的半導體表面處理方法特別適於含鎢的半導體基板(具體而言為半導體基板的包含含有鎢的金屬配線的面)的處理。
作為本方法中的「處理」,與所述同樣地可列舉:摩擦處理(粗研磨處理)、拋光處理(精研磨處理)、化學機械研磨處理(CMP處理)之類的研磨處理;蝕刻處理、化學機械研磨處理後的清洗處理、感光性樹脂的剝離處理、將經灰化的晶圓表面上所殘留的感光性樹脂的灰分去除的灰化殘渣清洗處理之類的清洗或剝離處理;研磨處理與清洗處理一同進行的平坦化處理;於如上所述的清洗處理後進行沖洗的淋洗處理。該些處理除使用本發明的半導體表面處理用組成物以外,與常用方法同樣地進行即可。
作為本發明的半導體表面處理方法的較佳的具體例,可列舉以下的方法1~方法2。
(方法1) 包括使用本發明的半導體表面處理用組成物對半導體表面進行研磨處理的研磨步驟的半導體表面的研磨處理方法。
(方法2) 包括使用本發明的半導體表面處理用組成物對半導體表面進行清洗處理的清洗步驟的半導體表面的清洗處理方法。
另外,包括使用本發明的半導體表面處理用組成物對半導體表面進行研磨處理的研磨步驟、與於該研磨步驟之後使用本發明的半導體表面處理用組成物對半導體表面進行清洗處理的清洗步驟的半導體表面的平坦化處理方法亦包含於本發明的半導體表面處理方法中。再者,該方法亦可於使用半導體表面處理用組成物的清洗步驟的前後進行利用超純水或純水的清洗。
以下,對於利用該方法的配線基板的製作製程的一具體例,一面使用圖式一面進行詳細說明。
(研磨步驟)
圖1A及圖1B是示意性地表示利用了本發明的半導體表面處理方法的配線基板的製作製程的剖面圖。該配線基板是藉由經過以下的製程而形成。
圖1A是示意性地表示化學機械研磨(CMP)處理前的被處理體的剖面圖。
如圖1A所示,被處理體100具有基體10。基體10例如亦可包含矽基板及形成於其上的氧化矽膜。進而,雖未圖示,但亦可於基體10上形成有電晶體等功能元件。
被處理體100是於基體10上依序積層設置有配線用凹部20的絕緣膜12、以覆蓋絕緣膜12的表面以及配線用凹部20的底部及內壁面的方式設置的阻障金屬膜14、以及填充配線用凹部20且形成於阻障金屬膜14上的金屬膜16而構成。
作為絕緣膜12,例如可列舉:利用真空製程形成的氧化矽膜(例如電漿增強四乙氧基矽烷膜(Plasma Enhanced-Tetraethoxysilane film,PETEOS膜)、高密度電漿增強四乙氧基矽烷膜(High Density Plasma Enhanced-TEOS film,HDP膜)、藉由熱化學氣相蒸鍍法所得的氧化矽膜等)、被稱為摻氟的矽酸鹽玻璃(Fluorine-doped silicate glass,FSG)的絕緣膜、硼磷矽酸鹽膜(Boro Phospho Silicate Glass film,BPSG膜)、被稱為SiON(氮氧化矽(Silicon oxynitride))的絕緣膜、氮化矽(Siliconnitride)膜等。
作為阻障金屬膜14,例如可列舉:鉭、鈦、鈷、釕、錳及該些金屬的化合物等。阻障金屬膜14大多是由該些中的一種所形成,亦能夠併用鉭與氮化鉭等2種以上。
金屬膜16如圖1A所示般需要完全填埋配線用凹部20。因此,通常藉由化學蒸鍍法或電鍍法使10000埃(angstrom)~15000埃的金屬膜堆積。作為金屬膜16的材料,可列舉:鎢、銅、鈷、釕、鈦,但亦可為合金。
繼而,藉由CMP對圖1A的被處理體100中埋沒於配線用凹部20中的部分以外的金屬膜16進行高速研磨直至阻障金屬膜14露出為止(第1研磨步驟)。進而,藉由CMP對於表面露出的阻障金屬膜14進行研磨(第2研磨步驟)。如此而獲得如圖1B所示般的配線基板200。本發明的半導體表面處理用組成物可於第1研磨步驟中使用,亦可於第2研磨步驟中使用。利用本發明的半導體表面處理用組成物對配線材料及阻障金屬材料於表面共存的配線基板進行處理,藉此可抑制配線材料及阻障金屬材料的腐蝕,並且可有效率地減少/去除配線基板上的氧化膜或有機殘渣。
(清洗步驟)
繼而,使用本發明的半導體表面處理用組成物對圖1B所示的配線基板200的表面(被清洗面)進行清洗。於如此般將配線材料及阻障金屬材料於表面共存的配線基板於CMP結束後進行清洗的情況下,亦能夠抑制配線材料及阻障金屬材料的腐蝕,並且可有效率地減少/去除配線基板上的氧化膜或有機殘渣。
清洗步驟並無特別限制,可藉由使本發明的半導體表面處理用組成物直接接觸配線基板200的方法來進行。作為使半導體表面處理用組成物直接接觸配線基板200的方法,可列舉:於清洗槽中充滿半導體表面處理用組成物並使配線基板浸漬的浸漬式;一面使半導體表面處理用組成物自噴嘴中流下至配線基板上一面使配線基板高速旋轉的旋轉式;對配線基板噴霧半導體表面處理用組成物而進行清洗的噴霧式等方法。另外,用以進行此種方法的裝置可列舉:對收容於卡匣(cassette)內的多片配線基板同時進行清洗的批次式清洗裝置、將一片配線基板安裝於固持器上並進行清洗的單片式清洗裝置等。
於本發明的半導體表面處理方法中,處理時的本發明的半導體表面處理用組成物的溫度通常是設定為室溫,亦可於不損及性能的範圍內加溫,例如可加溫至40℃~70℃左右。
另外,除了使本發明的半導體表面處理用組成物與配線基板200直接接觸的方法以外,亦較佳為併用利用物理力的清洗方法。藉此,由附著於配線基板200上的顆粒所致的污染的去除性提高,從而可縮短清洗時間。利用物理力的清洗方法可列舉使用清洗毛刷的擦除清洗或超音波清洗。
[實施例]
以下,列舉實施例對本發明進行詳細說明,但本發明並不限定於該些實施例。
實施例中所使用的原料的簡稱如下所述。
DAMA:甲基丙烯酸二甲基胺基乙酯
MMA:甲基丙烯酸甲酯
nBMA:甲基丙烯酸正丁酯
EHMA:甲基丙烯酸2-乙基己酯
[Mw及Mw/Mn的測定條件]
各合成例中所測定的Mw及Mn是利用下述規格的凝膠滲透層析法的聚苯乙烯換算的測定值。
裝置 :GPC-104(昭和電工股份有限公司製造)
管柱 :將3根LF-604與KF-602結合來使用
移動相:四氫呋喃(tetrahydrofuran,THF)
溫度 :40℃
流量 :0.6 mL/min.
[合成例1~合成例3 特定聚合體的合成(1)]
與WO2017/104676的合成例1~合成例3同樣地合成聚合體。
即,獲得末端具有環氧基、且具有源於DAMA、MMA、nBMA及EHMA的重複單元的無規共聚體a-1、無規共聚體a-2、無規共聚體a-3。使用其合成了於聚乙烯亞胺側鏈具有源於DAMA、MMA、nBMA及EHMA的重複單元、且其一部分經四級銨化的聚合體。將所獲得的聚合體稱作聚合體(A-1)、聚合體(A-2)、聚合體(A-3)。
[合成例4 特定聚合體的合成(2)]
與WO2017/104676的合成例4同樣地合成聚合體。
即,獲得末端具有環氧基、且具有源於DAMA、MMA、nBMA及EHMA的重複單元的無規共聚體a-4。使用其合成了具有源於苯雙胍的部分結構與源於DAMA、MMA、nBMA及EHMA的重複單元、且其一部分經四級銨化的聚合體。將所獲得的聚合體稱作聚合體(A-4)。
[合成例5 特定聚合體的合成(3)]
與WO2017/104676的合成例5同樣地合成聚合體。
即,獲得末端具有環氧基、且具有源於DAMA、MMA、nBMA及EHMA的重複單元的無規共聚體a-5。使用其合成了具有源於1-(鄰甲苯基)雙胍的部分結構與源於DAMA、MMA、nBMA及EHMA的重複單元、且其一部分經四級銨化的聚合體。將所獲得的聚合體稱作聚合體(A-5)。
將合成例1~合成例5所獲得的無規共聚體a-1~無規共聚體a-5中的各單量體的共聚比例(質量%)、及表氯醇相對於單量體總量的合計100質量份的含有比例(質量份)示於表1。
另外,將無規共聚體a-1~無規共聚體a-5的Mw、Mw/Mn亦一併示於表1。
[表1]
將合成例1~合成例5中所使用的提供聚合物鏈的聚合體(無規共聚體a-1~無規共聚體a-5)、提供特定部分結構的化合物、以及苄基氯的使用比例示於表2。
[表2]
PEI300:純正化學股份有限公司製造的製品名「聚乙烯亞胺300」
PEI600:純正化學股份有限公司製造的製品名「聚乙烯亞胺600」
[實施例1~實施例17、比較例1~比較例12 半導體表面處理用組成物的製備(1)]
將表3~表4中記載的成分(pH調整劑以外)投入至聚乙烯製容器中,並以pH成為表3~表4中記載的值的方式添加作為pH調整劑的硝酸或氫氧化鉀,攪拌15分鐘,藉此獲得實施例1~實施例17及比較例1~比較例12的半導體表面處理用組成物。
[實施例18~實施例30、比較例13~比較例21 半導體表面處理用組成物的製備(2)]
將表5~表6中記載的成分(pH調整劑以外)投入至聚乙烯製容器中,並以pH成為表5~表6中記載的值的方式添加作為pH調整劑的硝酸或氫氧化鉀,攪拌15分鐘,藉此獲得實施例18~實施例30及比較例13~比較例21的半導體表面處理用組成物。
[試驗例1 研磨速度的測定]
將實施例18~實施例30及比較例13~比較例21的半導體表面處理用組成物用作化學機械研磨用漿料,利用化學機械研磨裝置「EPO112」(荏原製作所股份有限公司製造)並於下述(2)的條件下對下述(1)所示的研磨速度測定用基板(評價用的8英吋晶圓)進行化學機械研磨,利用下述(3)的方法算出研磨速度。可以說研磨速度的測定值越大,則研磨性能越優異。將結果示於表5、表6。
(1)研磨速度測定用基板
·積層有膜厚2,000埃的鎢(W)膜的帶8英吋熱氧化膜的矽基板。
·積層有膜厚10,000埃的PETEOS膜的8英吋矽基板。
(2)研磨條件
·研磨頭轉速:70 rpm
·研磨頭負重:200 gf/cm2
·壓盤轉速:70 rpm
·半導體表面處理用組成物的供給速度:200 mL/分鐘
·研磨時間:60秒
(3)研磨速度的算出方法
關於鎢膜,使用電導式膜厚測定器(科磊(KLA-Tencor)公司製造的型號「歐姆尼邁普(Omnimap)RS75」)測定研磨處理後的膜厚,根據藉由化學機械研磨而減少的膜厚及研磨時間來算出研磨速度。
關於PETEOS膜,使用光干涉式膜厚測定器(日本耐諾(Nanometrics Japan)公司製造的型號「耐諾思柏(Nanospec)6100」)測定研磨處理後的膜厚,根據藉由化學機械研磨而減少的膜厚及研磨時間來算出研磨速度。
[試驗例2 蝕刻速率的算出]
將利用濺鍍法使鈷(Co)、鎢(W)或PETEOS成膜於表面的8英吋的矽晶圓切割為1 cm×3 cm,並設為金屬晶圓試驗片。對於該些試驗片,使用NPS股份有限公司製造的金屬膜厚計「RG-5」預先測定膜厚。將放入至聚乙烯容器中的半導體表面處理用組成物100 mL保持為60℃,於實施例1~實施例17、比較例1~比較例12的組成物中對成膜有鈷或鎢的金屬晶圓試驗片浸漬處理60分鐘,並於實施例18~實施例30、比較例13~比較例21的組成物中對成膜有鎢或PETEOS的金屬晶圓試驗片浸漬處理60分鐘。其後,利用流水清洗10秒鐘並加以乾燥。對本浸漬處理後的金屬晶圓試驗片再次進行膜厚測定,將減少的膜厚量除以浸漬時間60分鐘,藉此算出蝕刻速率(ER(etching rate),單位:Å/min.)。將結果示於表3~表6。
[試驗例3 腐蝕觀察的評價]
將利用濺鍍法使鈷(Co)或鎢(W)成膜於表面的8英吋的矽晶圓切割為1 cm×1 cm,並設為金屬晶圓試驗片。對於該些試驗片,藉由掃描式電子顯微鏡以倍率50000倍預先觀察表面。將實施例1~實施例17、比較例1~比較例12的半導體表面處理用組成物50 mL放入至聚乙烯容器中並保持為25℃,將金屬晶圓試驗片(1 cm×1 cm)浸漬60分鐘,利用流水清洗10秒鐘並使其乾燥後,藉由掃描式電子顯微鏡以倍率50000倍觀察表面的腐蝕,並按照以下基準進行評價。將結果示於表3、表4。
(腐蝕觀察的評價基準)
○:與浸漬前相比,未確認到由腐蝕引起的表面的形狀變化。
△:與浸漬前相比,腐蝕的部位與未腐蝕的部位混合存在。
×:與浸漬前相比,整個面已腐蝕。
[試驗例4-1 缺陷評價(1)]
使用實施例1~實施例17及比較例1~比較例12的半導體表面處理用組成物進行化學機械研磨後的清洗處理,對該處理進行缺陷評價。具體的順序如下所述。
首先,將膠體二氧化矽水分散體PL-3(扶桑化學工業股份有限公司製造)換算為二氧化矽並以成為相當於1質量%的量的方式投入至聚乙烯製容器中,以總構成成分的合計成為100質量%的方式添加離子交換水、以及作為pH調整劑的馬來酸,將pH調整為3。進而,將作為氧化劑的35質量%過氧化氫水換算為過氧化氫,並以成為1質量%的方式添加,攪拌15分鐘,從而獲得化學機械研磨用組成物X。
將利用濺鍍法使鈷(Co)或鎢(W)成膜於表面的8英吋的矽晶圓切割為3 cm×3 cm,並設為金屬晶圓試驗片。將該金屬晶圓試驗片作為被研磨體,於以下的研磨條件下實施1分鐘的化學機械研磨處理。
(研磨條件)
研磨裝置:萊普馬斯特(Lapmaster)SFT公司製造的「LM-15C」
研磨墊:羅德尼塔(Rodel Nitta)股份有限公司製造的「IC1000/K-Groove」
壓盤轉速:90 rpm
研磨頭轉速:90 rpm
研磨頭推壓壓力:3 psi
化學機械研磨用組成物X的供給速度:100 mL/分鐘
繼而,於離子交換水的供給速度成為500 mL/分鐘的清洗條件下,實施10秒鐘的於研磨墊上的水清洗處理。對於本方法中經化學機械研磨處理的金屬晶圓試驗片,使用布魯克公司(Bruker Corporation)製造的掃描式原子力顯微鏡(atomic force microscope,AFM)的尺寸快速掃描(Dimension FastScan)以外框尺寸(frame size)10 μm來觀察5個部位,僅挑選可確認到為5個部位的算術平均粗糙度的平均值為0.1 nm以下的平坦的表面的金屬晶圓試驗片,並用於以下缺陷評價中。將實施例1~實施例17、比較例1~比較例12的半導體表面處理用組成物50 mL保溫為25℃,於其中對上文中挑選出的試驗片進行15分鐘浸漬處理,利用流水清洗10秒鐘並使其乾燥後,使用AFM以外框尺寸10 μm來觀察5個部位。使用圖像分析軟體對所獲得的5張圖像進行分析,將具有2.0 nm以上的高度的附著物的合計作為缺陷數。評價基準如下所述。將缺陷數及其評價結果示於表3、表4。
(缺陷數的評價基準(1))
○:缺陷數未滿100個
△:缺陷數為100個以上且未滿500個
×:缺陷數為500個以上
[試驗例4-2 缺陷評價(2)]
將實施例18~實施例30及比較例13~比較例21的半導體表面處理用組成物用作化學機械研磨用組成物來進行化學機械研磨處理,對該處理進行缺陷評價。具體的順序如下所述。
將利用濺鍍法使鎢(W)成膜於表面的8英吋的矽晶圓切割為3 cm×3 cm,並設為金屬晶圓試驗片。將該金屬晶圓試驗片作為被研磨體,於以下的研磨條件下實施1分鐘的化學機械研磨處理。
(研磨條件)
研磨裝置:萊普馬斯特(Lapmaster)SFT公司製造的「LM-15C」
研磨墊:羅德尼塔(Rodel Nitta)股份有限公司製造的「IC1000/K-Groove」
壓盤轉速:90 rpm
研磨頭轉速:90 rpm
研磨頭推壓壓力:3 psi
化學機械研磨用組成物的供給速度:100 mL/分鐘
繼而,於離子交換水的供給速度成為500 mL/分鐘的清洗條件下,實施10秒鐘的於研磨墊上的水清洗處理。對於本方法中經化學機械研磨處理的金屬晶圓試驗片,使用布魯克公司(Bruker Corporation)製造的掃描式原子力顯微鏡(AFM)的尺寸快速掃描(Dimension FastScan)以外框尺寸10 μm來觀察5個部位。使用圖像分析軟體對所獲得的5張圖像進行分析,將具有10 nm以上的高度的附著物的合計作為缺陷數。評價基準如下所述。將缺陷數及其評價結果示於表5、表6。
(缺陷數的評價基準(2))
○:缺陷數未滿30個
△:缺陷數為30個以上且未滿150個
×:缺陷數為150個以上
[表3]
*1:乙二胺四乙酸、*2:純正化學股份有限公司製造的「聚乙烯亞胺600」
[表4]
*2:純正化學股份有限公司製造的「聚乙烯亞胺600」
[表5]
*2:純正化學股份有限公司製造的「聚乙烯亞胺600」、*3:膠體二氧化矽(扶桑化學工業股份有限公司製造的「PL-3」的固體成分,一次粒徑35 nm)
[表6]
*2:純正化學股份有限公司製造的「聚乙烯亞胺600」、*3:膠體二氧化矽(扶桑化學工業股份有限公司製造的「PL-3」的固體成分,一次粒徑35 nm)
如表3所示,可知,於化學機械研磨後的清洗處理中使用組合有(A)成分與(B)成分的半導體表面處理用組成物(實施例1~實施例17),藉此,於鎢、鈷中的任一者中,缺陷評價結果均變良好,從而可有效地減少或去除污染。另外,根據ER測定、利用掃描式電子顯微鏡(scanning electron microscope,SEM)的腐蝕評價的結果,可知不易使金屬腐蝕。進而,有適於包含鎢配線的半導體基板的清洗處理的傾向。
表4的比較例1~比較例5為(B)成分不足的半導體表面處理用組成物。如表4所示,於化學機械研磨後的清洗處理中使用比較例1~比較例5的組成物的情況下,於鎢、鈷中的任一者中,缺陷評價結果均變得不良,從而未能有效地減少或去除污染。
表4的比較例6~比較例9為(A)成分不足的半導體表面處理用組成物。如表4所示,比較例6~比較例9的組成物中,鎢的ER大(超過10 Å/min),容易使鎢腐蝕。另外,鈷的缺陷評價結果變得不良。
表4的比較例10~比較例12為代替(A)成分而使用了聚乙烯亞胺的半導體表面處理用組成物。如表4所示,其中的比較例10、比較例12的組成物中,於鎢、鈷中的任一者中,缺陷評價結果均變得不良,從而未能有效地減少或去除污染。比較例11的組成物中,鎢的ER大(超過10 Å/min),容易使鎢腐蝕。另外,關於比較例10~比較例12中的任一者,鈷的缺陷評價結果亦均變得不良。
另外,根據該表4亦可知,於比較例10的組成物中,於添加有(B)成分的情況下(比較例12),幾乎未觀察到各評價的改善。
如表5所示,可知於利用組合有(A)成分與(B)成分的半導體表面處理用組成物(實施例18~實施例30)進行了化學機械研磨處理的情況下,缺陷評價結果變良好,從而可有效地減少或去除污染。另外,根據ER測定的結果,可知不易使金屬腐蝕。
另外,根據表3、表5,可知(A)成分與(B)成分的組合對於研磨、清洗之類的半導體表面處理而言廣泛有用。
表6的比較例13~比較例17為(B)成分不足的半導體表面處理用組成物。如表6所示,於利用比較例13~比較例17的組成物進行了化學機械研磨處理的情況下,缺陷評價結果變得不良,從而未能有效地減少或去除污染。
表6的比較例18~比較例20為(A)成分不足的半導體表面處理用組成物。如表6所示,比較例18~比較例20的組成物中,鎢的ER大(超過10 Å/min),容易使鎢腐蝕。
表6的比較例21為代替(A)成分而使聚乙烯亞胺與(B)成分組合而成的半導體表面處理用組成物。如表6所示,於利用比較例21的組成物進行了化學機械研磨處理的情況下,缺陷評價結果變得不良,從而未能有效地減少或去除污染。
10‧‧‧基體
12‧‧‧絕緣膜
14‧‧‧阻障金屬膜
16‧‧‧金屬膜
20‧‧‧配線用凹部
100‧‧‧被處理體
200‧‧‧配線基板
圖1A及圖1B是示意性地表示利用了本發明的半導體表面處理方法的配線基板的製作製程的剖面圖。
Claims (7)
- 一種半導體表面處理用組成物,其包括:(A)聚合體,包含具有下述式(1)所表示的重複單元的聚合物鏈;以及(B)螯合劑,其分子量為500以下,其中,所述(A)聚合體的含量相對於半導體表面處理用組成物的總質量為0.0001質量%~0.5質量%,所述(B)螯合劑的含量相對於半導體表面處理用組成物的總質量為0.001質量%~0.5質量%,並且所述(A)聚合體進而具有源於包含由-NH-表示的基團的化合物的部分結構(其中將所述聚合物鏈除外),
- 如申請專利範圍第1項所述的半導體表面處理用組成物,其中所述部分結構為自包含由-NH-表示的基團的化合物中去除源於由-NH-表示的基團的氫原子的一部分或全部後的剩餘部分。
- 如申請專利範圍第1項或第2項所述的半導體表面處理用組成物,其中所述(B)螯合劑為選自分子量500以下的有機胺系螯合劑及具有2個以上的羧基的分子量500以下的有機酸系螯合劑中的至少一種。
- 如申請專利範圍第1項或第2項所述的半導體表面處理用組成物,其於25℃下的pH為2~6。
- 如申請專利範圍第1項或第2項所述的半導體表面處理用組成物,其於25℃下的pH為8~10。
- 一種半導體表面處理方法,其使用如申請專利範圍第1項至第5項中任一項所述的半導體表面處理用組成物對半導體表面進行處理。
- 如申請專利範圍第6項所述的半導體表面處理方法,其中所述半導體的基板為含鎢的半導體基板。
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