JP7595656B2 - 洗浄液、半導体基板の洗浄方法 - Google Patents
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Description
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一般的に行われている。
また、本発明は、CMPが施された半導体基板の洗浄方法を提供することを課題とする。
化学機械研磨処理が施された半導体基板用の洗浄液であって、
過ハロゲン酸と、ハロゲン酸とを含む、洗浄液。
〔2〕
洗浄液のpH値が2.0~12.0である、〔1〕に記載の洗浄液。
〔3〕
ハロゲン酸の含有量に対する過ハロゲン酸の含有量の質量比の値が、0.00001~50である、〔1〕又は〔2〕に記載の洗浄液。
〔4〕
有機塩基化合物を更に含む、〔1〕~〔3〕のいずれか1つに記載の洗浄液。
〔5〕
有機塩基化合物が、後述する式(1)で表される第1のアミン化合物、第4級アンモニウム化合物、及び第4級ホスホニウム化合物からなる群より選択される少なくとも1種を含む、〔4〕に記載の洗浄液。
〔6〕
有機酸を更に含む、〔1〕~〔5〕のいずれか1つに記載の洗浄液。
〔7〕
有機酸がカルボキシル基及びホスホン酸基からなる群より選択される少なくとも1種を有する、〔6〕に記載の洗浄液。
〔8〕
防食剤、界面活性剤、重量平均分子量500以上2000未満の重合体A、及び重量平均分子量2000以上の重合体Bからなる群より選択される少なくとも1種を更に含む、〔1〕~〔7〕のいずれか1つに記載の洗浄液。
〔9〕
防食剤を更に含み、
防食剤がヘテロ環式化合物である、〔1〕~〔8〕のいずれか1つに記載の洗浄液。
〔10〕
防食剤が、テトラゾール化合物、トリアゾール化合物、イミダゾール化合物、ピラゾール化合物、及びそれらの誘導体からなる群より選択される少なくとも1種を含む、〔9〕に記載の洗浄液。
〔11〕
界面活性剤を更に含み、
界面活性剤が、アニオン性又はノニオン性の界面活性剤である、〔1〕~〔10〕のいずれか1つに記載の洗浄液。
〔12〕
分子量2000以上の重合体Bを更に含み、
重合体Bが、カルボキシル基又は酸無水物基を有する、〔1〕~〔11〕のいずれか1つに記載の洗浄液。
〔13〕
〔1〕~〔12〕のいずれか1つに記載の洗浄液を用いて、化学機械研磨処理が施された半導体基板を洗浄する工程を含む、半導体基板の洗浄方法。
また、本発明によれば、CMPが施された半導体基板の洗浄方法を提供できる。
本明細書において、「~」を用いて表される数値範囲は、「~」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
本明細書において、「ppm」は「parts-per-million(10-6)」を意味し、「ppb」は「parts-per-billion(10-9)」を意味する。
本明細書に記載の化合物において、特に制限されない場合は、異性体(原子数が同じであるが構造が異なる化合物)、光学異性体、及び同位体が含まれていてもよい。また、異性体及び同位体は、1種のみが含まれていてもよいし、複数種含まれていてもよい。
洗浄液は、過ハロゲン酸と、ハロゲン酸とを含む。
以下、洗浄液に含まれる各成分について、説明する。
本発明の洗浄液は、過ハロゲン酸を含む。
過ハロゲン酸とは、ハロゲン原子を含む過酸化物を意味する。
過ハロゲン酸としては、例えば、過ヨウ素酸、過塩素酸、過臭素酸、及びこれらの塩が挙げられる。なかでも、本発明の効果がより優れる点で、過ハロゲン酸としては、過ヨウ素酸又は過塩素酸が好ましく、過ヨウ素酸がより好ましい。
過ハロゲン酸の含有量は、本発明の効果がより優れる点で、洗浄液の全質量に対して、0.00001~5質量%が好ましく、0.0001~3質量%がより好ましく、0.0001~2.5質量%が更に好ましい。
また、過ハロゲン酸の含有量は、本発明の効果がより優れる点で、洗浄液中の溶媒を除いた成分の合計質量に対して、0.0001~80質量%が好ましく、0.001~75質量%がより好ましく、0.001~70質量%が更に好ましい。
なお、上記洗浄液中の溶媒を除いた成分の合計質量とは、洗浄液中の水などの溶媒以外の成分(例えば、過ハロゲン酸、および、ハロゲン酸など)の質量の合計を意味する。
本発明の洗浄液は、ハロゲン酸を含む。
ハロゲン酸とは、上述した過ハロゲン酸より酸素原子が1個少ないハロゲン原子を含む酸化物を意味する。つまり、ハロゲン酸は過ハロゲン酸及び次亜ハロゲン酸を含まない。
ハロゲン酸の含有量は、本発明の効果がより優れる点で、洗浄液の全質量に対して、0.0005~4.5質量%が好ましく、0.05~4.5質量%がより好ましく、3~4.5量%が更に好ましい。
また、ハロゲン酸の含有量は、本発明の効果がより優れる点で、洗浄液中の溶媒を除いた成分の合計質量に対して、0.01~99.99質量%が好ましく、1.0~85質量%がより好ましく、40~85量%が更に好ましい。
洗浄液のpH値は、25℃において、1~14が好ましい。
なかでも、pH値は、本発明の効果がより優れる点で、2.0~12.0が好ましく、4.0~12.0がより好ましい。
洗浄液のpH値は、後述するpH調整剤、有機塩基化合物、有機酸、防食剤、及び界面活性剤等のpH調整剤の機能を有する成分を使用することにより、調整できる。
なお、洗浄液のpH値は、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。
後述するように、洗浄液が希釈されて使用される場合には、希釈時のpHが上記範囲内であることが好ましい。
洗浄液は、上述した成分以外に、他の任意成分を含んでいてもよい。任意成分としては、例えば、有機塩基化合物、有機酸、防食剤、界面活性剤、pH調整剤、各種添加剤、及び水が挙げられる。
洗浄液は、有機塩基化合物、有機酸、界面活性剤(より好ましくはアニオン性界面活性剤)、pH調整剤、及び重合体からなる群より選択される少なくとも1種を含むことが好ましい。
任意成分は、1種を単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
洗浄液は、有機塩基化合物(以下「特定有機塩基化合物」とも記載する。)を含んでいてもよい。
特定有機塩基化合物とは溶媒に溶解した際に、塩基性を示す有機化合物を意味する。
特定有機塩基化合物としては、後述する第1のアミン化合物、第2のアミン化合物、及び第4級ホスホニウム塩が挙げられる。
本発明の洗浄液は、下記式(1)で表される第1のアミン化合物(以下「第1アミン」とも記載する。)を含んでいてもよい。
R1、R2、及びR3で表される有機基の炭素数は、特に制限されないが、1~10が好ましく、1~5がより好ましく、1~3が更に好ましい。
上記の非芳香環が有してもよい置換基としては、例えば、炭素数1~4のアルキル基が挙げられる。
なかでも、R1、R2、及びR3のうち、0~2個がヒドロキシル基を有するアルキル基であり、残りの1~3個がヒドロキシル基を有さないアルキル基である組合せがより好ましい。
第1級アミノアルコールとしては、R1、R2、及びR3で表される有機基のうち1つ又は2つがヒドロキシル基を有することが好ましく、R1、R2、及びR3で表される有機基のうち1つのみがヒドロキシル基を有することがより好ましい。
第1アミンのpKa1は、洗浄性能及び腐食防止性能がより優れる点で、8.8以上が好ましく、9.0以上がより好ましい。上限は特に制限されないが、12.0以下が好ましい。
第1アミンとしては、AMP、AMPD、又はAEPDが好ましく、AMPがより好ましい。
洗浄液における第1アミンの含有量は特に制限されないが、洗浄液の全質量に対して、0.05質量%以上が好ましく、0.1質量%以上がより好ましく、0.5質量%以上が更に好ましい。上限は特に制限されないが、腐食防止性能がより優れる点で、洗浄液の全質量に対して、25質量%以下が好ましく、15質量%以下がより好ましく、10質量%以下が更に好ましく、5質量%以下が特に好ましい。
また、第1アミンの含有量は、本発明の効果がより優れる点で、洗浄液中の溶媒を除いた成分の合計質量に対して、1質量%以上が好ましく、5質量%以上がより好ましく、10質量%以上が更に好ましい。上限は特に制限されないが、本発明の効果がより優れる点で、洗浄液中の溶媒を除いた成分の合計質量に対して、50質量%以下が好ましく、40質量%以下がより好ましく、35質量%以下が更に好ましい。
洗浄液は、第1アミンとは異なる第2のアミン化合物(以下「第2アミン」とも記載する。)を含んでいてもよい。
第2アミンとしては、例えば、分子内に第1級アミノ基(-NH2)を有する第1級脂肪族アミン、分子内に第2級アミノ基(>NH)を有する第2級脂肪族アミン、分子内に第3級アミノ基(>N-)を有する第3級脂肪族アミン、及び第4級アンモニウムカチオンを有する化合物又はその塩である第4級アンモニウム化合物が挙げられ、第4級アンモニウム化合物が好ましい。
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又はその塩であれば、特に制限されない。第4級アンモニウム化合物としては、例えば、第4級アンモニウム水酸化物、第4級アンモニウムフッ化物、第4級アンモニウム臭化物、第4級アンモニウムヨウ化物、第4級アンモニウムの酢酸塩、及び第4級アンモニウムの炭酸塩が挙げられる。なかでも、第4級アンモニウム水酸化物が好ましい。
R4で表されるヒドロキシル基又はフェニル基を有していてもよいアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、2-ヒドロキシエチル基、又はベンジル基が好ましく、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、又は2-ヒドロキシエチル基がより好ましく、プロピル基、ブチル基、又は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。
第1級~第3級脂肪族アミンとしては、分子内に第1級アミノ基、第2級アミノ基、及び第3級アミノ基(以下、これらを「第1級~第3級アミノ基」と総称する場合がある)からなる群より選択される基を有する化合物又はその塩であって、芳香環を有さず、かつ、上記の第1アミンに含まれない化合物であれば、特に制限されない。
第1級~第3級脂肪族アミンの塩としては、例えば、Cl、S、N、及びPからなる群より選択される少なくとも1種の非金属が水素と結合してなる無機酸との塩が挙げられ、塩酸塩、硫酸塩、又は硝酸塩が好ましい。
アミノアルコールは、第1級~第3級脂肪族アミンのうち、分子内に少なくとも1つのヒドロキシルアルキル基を更に有する化合物である。アミノアルコールは、第1級~第3級アミノ基のいずれを有していてもよいが、第1級アミノ基を有することが好ましい。
なかでも、N-MAMP、MEA、DEA、AEE又はAAEが好ましく、N-MAMP、MEA又はAEEがより好ましい。また、洗浄性能に優れる点では、MEA、DEA、AEE又はAAEがより好ましい。
脂環式アミン化合物は、環を構成する原子の少なくとも1つが窒素原子である非芳香性のヘテロ環を有する化合物であれば、特に制限されない。
脂環式アミン化合物としては、例えば、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が有する上記のヘテロ環の環員数は、特に制限されないが、5又は6個が好ましく、6個がより好ましい。
環状アミジン化合物としては、例えば、ジアザビシクロウンデセン(1,8-ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデカ-7-エン:DBU)、ジアザビシクロノネン(1,5-ジアザビシクロ[4.3.0]ノナ-5-エン:DBN)、3,4,6,7,8,9,10,11-オクタヒドロ-2H-ピリミド[1.2-a]アゾシン、3,4,6,7,8,9-ヘキサヒドロ-2H-ピリド[1.2-a]ピリミジン、2,5,6,7-テトラヒドロ-3H-ピロロ[1.2-a]イミダゾール、3-エチル-2,3,4,6,7,8,9,10-オクタヒドロピリミド[1.2-a]アゼピン、及びクレアチニンが挙げられ、DBU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、ヒドロキシル基、ヒドロキシル基を有していてもよい炭素数1~4のアルキル基、及び炭素数6~10のアリール基が挙げられる。
アミノアルコール及び脂環式アミン以外の脂肪族モノアミン化合物としては、第1アミンに含まれない化合物であれば特に制限されないが、例えば、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、n-ブチルアミン、3-メトキシプロピルアミン、tert-ブチルアミン、n-ヘキシルアミン、シクロヘキシルアミン、n-オクチルアミン、2-エチルヘキシルアミン、及び4-(2-アミノエチル)モルホリン(AEM)が挙げられる。
アミノアルコール及び脂環式アミン以外の脂肪族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、及び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)、トリエチレンテトラミン(TETA)、ビス(アミノプロピル)エチレンジアミン(BAPEDA)、及びテトラエチレンペンタミン等のポリアルキルポリアミンが挙げられる。
第1級~第3級脂肪族アミンが有する親水性基の総数の上限は特に制限されないが、4以下が好ましく、3以下がより好ましい。
また、第1級~第3級脂肪族アミンの分子量は、特に制限されないが、200以下が好ましく、150以下がより好ましい。下限は特に制限されないが、60以上が好ましい。
洗浄液が、第2アミンを2種以上含む場合、1つ以上のアミノアルコール又は脂環式アミン化合物に該当する第1級~第3級脂肪族アミンと、1つ以上の第4級アンモニウム化合物とを含むことが好ましく、それぞれの好ましい具体例として記載した化合物同士の組合せを含むことがより好ましい。
また、第2アミンの含有量は、本発明の効果がより優れる点で、洗浄液中の溶媒を除いた成分の合計質量に対して、1質量%以上が好ましく、5質量%以上がより好ましく、10質量%以上が更に好ましい。上限は特に制限されないが、本発明の効果がより優れる点で、洗浄液中の溶媒を除いた成分の合計質量に対して、50質量%以下が好ましく、40質量%以下がより好ましく、35質量%以下が更に好ましい。
第4級ホスホニウム塩としては、例えば、テトラアルキルホスホニウム塩、トリアルキルアリールホスホニウム塩、ジアルキルジアリールホスホニウム塩、アルキルトリアリールホスホニウム塩、及びテトラアリールホスホニウム塩が挙げられる。
洗浄液における第4級ホスホニウム塩の含有量は特に制限されないが、洗浄液の全質量に対して、0.05質量%以上が好ましく、0.1質量%がより好ましく、1質量%以上が更に好ましい。上限は特に制限されないが、腐食防止性能がより優れる点で、洗浄液の全質量に対して、25質量%以下が好ましく、15質量%以下がより好ましく、10質量%以下が更に好ましく、5質量%以下が特に好ましい。
また、第4ホスホニウム塩の含有量は、本発明の効果がより優れる点で、洗浄液中の溶媒を除いた成分の合計質量に対して、1質量%以上が好ましく、5質量%以上がより好ましく、10質量%以上が更に好ましい。上限は特に制限されないが、本発明の効果がより優れる点で、洗浄液中の溶媒を除いた成分の合計質量に対して、50質量%以下が好ましく、40質量%以下がより好ましく、35質量%以下が更に好ましい。
特定有機塩基化合物の含有量は、特に制限されないが、洗浄液の全質量に対して、0.05質量%以上が好ましく、0.1質量%超がより好ましく、1質量%以上が更に好ましい。上限は特に制限されないが、本発明の効果がより優れる点で、洗浄液の全質量に対して、25質量%以下が好ましく、15質量%以下がより好ましく、10質量%以下が更に好ましく、5質量%以下が特に好ましい。
また、特定有機塩基化合物の含有量は、本発明の効果がより優れる点で、洗浄液中の溶媒を除いた成分の合計質量に対して、1質量%以上が好ましく、5質量%以上がより好ましく、10質量%以上が更に好ましい。上限は特に制限されないが、本発明の効果がより優れる点で、洗浄液中の溶媒を除いた成分の合計質量に対して、50質量%以下が好ましく、40質量%以下がより好ましく、35質量%以下が更に好ましい。
有機酸は、酸性の官能基を有し、水溶液中で酸性(pHが7.0未満)を示す有機化合物である。酸性の官能基としては、例えば、カルボキシル基、ホスホン酸基、スルホ基、フェノール性ヒドロキシル基、及びメルカプト基が挙げられ、カルボン酸又はホスホン酸が好ましい。
なお、本明細書では、後述するアニオン性界面活性剤として機能する化合物は、有機酸に含まれないものとする。
また、有機酸は、洗浄性能により優れる点で、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ことが好ましく、分子内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より好ましい。配位基としては、上記酸性の官能基が挙げられ、カルボン酸基又はホスホン酸基が好ましい。
カルボン酸は、カルボキシル基を1個有するモノカルボン酸であってもよく、カルボキシル基を2個以上有するポリカルボン酸であってもよい。洗浄性能により優れる点で、カルボン酸は、カルボキシル基を2個以上有することが好ましく、2~7個有することがより好ましく、3~6個有することが更に好ましい。
アミノポリカルボン酸は、分子内に配位基として1つ以上のアミノ基と2つ以上のカルボキシル基とを有する化合物である。
アミノポリカルボン酸としては、例えば、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)、アスパラギン酸、グルタミン酸、ブチレンジアミン四酢酸、エチレンジアミンテトラプロピオン酸、トリエチレンテトラミン六酢酸、1,3-ジアミノ-2-ヒドロキシプロパン-N,N,N’,N’-四酢酸、プロピレンジアミン四酢酸、トランス-1,2-ジアミノシクロヘキサン四酢酸(CyDTA)、エチレンジアミン二酢酸、エチレンジアミンジプロピオン酸、1,6-ヘキサメチレン-ジアミン-N,N,N’,N’-四酢酸、N,N-ビス(2-ヒドロキシベンジル)エチレンジアミン-N,N-二酢酸、ジアミノプロパン四酢酸、1,4,7,10-テトラアザシクロドデカン-四酢酸、ジアミノプロパノール四酢酸、(ヒドロキシエチル)エチレンジアミン三酢酸、及びイミノジ酢酸(IDA)が挙げられる。
なかでも、DTPA、EDTA、CyDTA、又はIDAが好ましく、DTPA又はEDTAがより好ましい。
ヒドロキシカルボン酸は、分子内に1つ以上のヒドロキシル基と1つ以上のカルボキシル基とを有する化合物である。
洗浄液は、本発明の効果がより優れる点で、ヒドロキシカルボン酸を含むことが好ましい。
ヒドロキシカルボン酸としては、例えば、クエン酸、リンゴ酸、グリコール酸、グルコン酸、ヘプトン酸、酒石酸、及び乳酸が挙げられ、クエン酸、グルコン酸、グリコール酸、リンゴ酸、又は酒石酸が好ましく、クエン酸又はグルコン酸がより好ましく、クエン酸が更に好ましい。
アミノ酸は、分子内に1つのカルボキシル基と1つ以上のアミノ基とを有する化合物である。
アミノ酸としては、例えば、グリシン、セリン、α-アラニン(2-アミノプロピオン酸)、β-アラニン(3-アミノプロピオン酸)、リジン、ロイシン、イソロイシン、システイン、メチオニン、エチオニン、トレオニン、トリプトファン、チロシン、バリン、ヒスチジン、ヒスチジン誘導体、アスパラギン、グルタミン、アルギニン、プロリン、フェニルアラニン、特開2016-086094号公報の段落[0021]~[0023]に記載の化合物、及びこれらの塩が挙げられる。なお、ヒスチジン誘導体としては、特開2015-165561号公報、及び特開2015-165562号公報等に記載の化合物が援用でき、これらの内容は本明細書に組み込まれる。
また、塩としては、ナトリウム塩、及びカリウム塩等のアルカリ金属塩、アンモニウム塩、炭酸塩、並びに酢酸塩が挙げられる。
なかでも、硫黄原子を含む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、及びメチオニンが挙げられ、シスチン又はシステインが好ましい。
脂肪族カルボン酸としては、例えば、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、セバシン酸、及びマレイン酸が挙げられ、アジピン酸が好ましい。特に、アジピン酸の使用により、他のキレート剤に比較して洗浄液の性能(洗浄性能及び腐食防止性)を大幅に向上できる。アジピン酸のこのような特異的な効果について詳細なメカニズムは不明であるが、アルキレン基の炭素鎖数が2つのカルボキシル基との関係において親水性及び疎水性に特に優れ、金属との錯形成時に安定な環構造を形成することに由来すると予想される。
モノカルボン酸としては、例えば、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、及び酪酸等の低級(炭素数1~4)脂肪族モノカルボン酸が挙げられる。
洗浄液におけるカルボン酸の含有量は、特に制限されないが、洗浄液の全質量に対して、10質量%以下が好ましく、5質量%以下がより好ましい。下限は特に制限されないが、洗浄液の全質量に対して、0.01質量%以上が好ましく、0.05質量%以上がより好ましい。
また、カルボン酸の含有量は、本発明の効果がより優れる点で、洗浄液中の溶媒を除いた成分の合計質量に対して、40質量%以下が好ましく、10質量%以下がより好ましい。下限は特に制限されないが、洗浄液中の溶媒を除いた成分の合計質量に対して、0.001質量%以上が好ましく、0.01質量%以上がより好ましい。
ホスホン酸は、ホスホン酸を1個有するモノホスホン酸であってもよく、ホスホン酸基を2個以上有するポリホスホン酸であってもよい。洗浄性能により優れる点で、ホスホン酸基を2個以上有するポリホスホン酸が好ましい。
式(P1)におけるR11としては、炭素数1~6のアルキル基が好ましく、メチル基、エチル基、n-プロピル基、又はイソプロピル基がより好ましい。
なお、本明細書に記載するアルキル基の具体例において、n-はnormal-体を表す。
式(P1)におけるXとしては、ヒドロキシル基が好ましい。
R12で表されるアルキレン基としては、炭素数1~6の直鎖状又は分岐鎖状のアルキレン基が好ましく、炭素数1~4の直鎖状又は分岐鎖状のアルキレン基がより好ましく、エチレン基が更に好ましい。
式(P2)及び(P4)においてR13で表されるアルキレン基としては、炭素数1~10の直鎖状又は分岐鎖状のアルキレン基が挙げられ、炭素数1~4の直鎖状又は分岐鎖状のアルキレン基が好ましく、メチレン基又はエチレン基がより好ましく、メチレン基が更に好ましい。
式(P2)及び(P4)におけるQとしては、-R13-PO3H2が好ましい。
式(P2)におけるYとしては、-R13-PO3H2又は式(P4)で表される基が好ましく、式(P4)で表される基がより好ましい。
式(P3)におけるnとしては、1又は2が好ましい。
Z1~Z5で表されるホスホン酸基を有するアルキル基におけるホスホン酸基の数としては、1つ又は2つが好ましく、1つがより好ましい。
Z1~Z5で表されるホスホン酸基を有するアルキル基としては、例えば、炭素数1~4の直鎖状又は分岐鎖状であって、ホスホン酸基を1つ又は2つ有するアルキル基が挙げられ、(モノ)ホスホノメチル基、又は(モノ)ホスホノエチル基が好ましく、(モノ)ホスホノメチル基がより好ましい。
式(P3)におけるZ1~Z5としては、Z1~Z4及びn個のZ5のすべてが、上記のホスホン酸基を有するアルキル基であることが好ましい。
また、ホスホン酸の炭素数は、12以下が好ましく、10以下がより好ましく、8以下が更に好ましい。下限は特に制限されず、1以上が好ましい。
ホスホン酸としては、上記の式(P1)で表される化合物、式(P2)で表される化合物、及び式(P3)で表される化合物のそれぞれにおいて好適な具体例として挙げた化合物が好ましく、HEDPがより好ましい。
洗浄液におけるホスホン酸の含有量は、特に制限されないが、洗浄液の全質量に対して、2質量%以下が好ましく、1質量%以下がより好ましい。下限は特に制限されないが、洗浄液の全質量に対して、0.01質量%以上が好ましく、0.05質量%以上がより好ましい。
また、ホスホン酸の含有量は、本発明の効果がより優れる点で、洗浄液中の溶媒を除いた成分の合計質量に対して、40質量%以下が好ましく、10質量%以下がより好ましい。下限は特に制限されないが、洗浄液中の溶媒を除いた成分の合計質量に対して、0.001質量%以上が好ましく、0.01質量%以上がより好ましい。
また、有機酸の炭素数は、15以下が好ましく、12以下がより好ましく、8以下が更に好ましい。下限は特に制限されないが、2以上が好ましい。
洗浄液における有機酸の含有量は、特に制限されないが、洗浄液の全質量に対して、10質量%以下が好ましく、5質量%以下がより好ましい。下限は特に制限されないが、洗浄液の全質量に対して、0.01質量%以上が好ましく、0.05質量%以上がより好ましい。
また、有機酸の含有量は、本発明の効果がより優れる点で、洗浄液中の溶媒を除いた成分の合計質量に対して、40質量%以下が好ましく、10質量%以下がより好ましい。下限は特に制限されないが、洗浄液中の溶媒を除いた成分の合計質量に対して、0.001質量%以上が好ましく、0.01質量%以上がより好ましい。
洗浄液は、防食剤を含んでいてもよい。
なお、防食剤としては、上述の成分とは異なる成分が好ましい。
防食剤としては、例えば、ヘテロ環構造を有するヘテロ環式化合物、及びリン酸エステル系界面活性剤等の還元作用を有さない防食剤;ビグアニド化合物、アスコルビン酸化合物、ヒドロキシルアミン化合物、カテコール化合物、ヒドラジド化合物、還元性硫黄化合物、及びヒドロキシカルボン酸等の還元作用を有する防食剤、並びにそれらの誘導体が挙げられる。なかでも、防食剤としては、還元作用を有さない防食剤が好ましく、ヘテロ環式化合物又はリン酸エステル系界面活性剤がより好ましい。
還元作用を有する防食剤とは、酸化作用を有し、洗浄液に含まれるOH-イオン又は溶存酸素を酸化する機能を有する化合物であり、脱酸素剤とも称される。
ヘテロ環式化合物は、分子内にヘテロ環構造を有する化合物である。ヘテロ環式化合物が有するヘテロ環構造は、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)であって、上述した成分以外の化合物が挙げられる。
上記の含窒素ヘテロ環を有するヘテロ環式化合物としては、例えば、アゾール化合物等の含窒素へテロ芳香族化合物が挙げられる。
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個数は、特に制限されず、1~4個が好ましく、1~3個がより好ましい。
また、アゾール化合物は、ヘテロ5員環上に置換基を有してもよい。そのような置換基としては、例えば、ヒドロキシル基、カルボキシル基、メルカプト基、アミノ基、アミノ基を有していてもよい炭素数1~4のアルキル基、及び2-イミダゾリル基が挙げられる。
リン酸エステル系界面活性剤としては、例えば、リン酸エステル(アルキルエーテルリン酸エステル及びアリールエーテルリン酸エステル)、ポリオキシアルキレンエーテルリン酸エステル(ポリオキシアルキレンアルキルエーテルリン酸エステル及びポリオキシアルキレンアリールエーテルリン酸エステル)、並びにこれらの塩が挙げられる。リン酸エステル及びポリオキシアルキレンエーテルリン酸は、通常モノエステル及びジエステルの両者を含むが、モノエステル又はジエステルを単独で使用できる。
リン酸エステル系界面活性剤の塩としては、例えば、ナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩、及び有機アミン塩が挙げられる。
リン酸エステル及びポリオキシアルキレンエーテルリン酸エステルが有する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6~22のアルキル基がより好ましく、炭素数10~20のアルキル基が更に好ましい。
リン酸エステル及びポリオキシアルキレンエーテルリン酸エステルが有するアリール基としては、特に制限されないが、アルキル基を有してもよい炭素数6~14のアリールが好ましく、アルキル基を有してもよいフェニル基がより好ましい。
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、3~10がより好ましい。
ビグアニド化合物は、ビグアニド基を有する化合物又はその塩であるビグアニド化合物である。ビグアニド化合物が有するビグアニド基の数は特に制限されず、複数のビグアニド基を有していてもよい。
ビグアニド化合物としては、特表2017-504190号公報の段落[0034]~[0055]に記載の化合物が挙げられ、この内容は本明細書に組み込まれる。
ビグアニド基を有する化合物の塩としては、塩酸塩、酢酸塩、又はグルコン酸塩が好ましく、グルコン酸塩がより好ましい。
ビグアニド化合物としては、クロルヘキシジングルコン酸塩(CHG)が好ましい。
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、及びそれらの塩からなる群より選択される少なくとも1種を意味する。
アスコルビン酸誘導体としては、例えば、アスコルビン酸リン酸エステル、及びアスコルビン酸硫酸エステルが挙げられる。
アスコルビン酸化合物としては、アスコルビン酸、アスコルビン酸リン酸エステル、又はアスコルビン酸硫酸エステルが好ましく、アスコルビン酸がより好ましい。
ヒドロキシルアミン化合物は、ヒドロキシルアミン(NH2OH)、ヒドロキシルアミン誘導体、及びそれらの塩からなる群より選択される少なくとも1種を意味する。また、ヒドロキシルアミン誘導体とは、ヒドロキシルアミン(NH2OH)に少なくとも1つの有機基が置換されてなる化合物を意味する。
ヒドロキシルアミン又はヒドロキシルアミン誘導体の塩は、ヒドロキシルアミン又はヒドロキシルアミン誘導体の無機酸塩又は有機酸塩であってもよい。ヒドロキシルアミン又はヒドロキシルアミン誘導体の塩としては、Cl、S、N、及びPからなる群より選択される少なくとも1種の非金属が水素と結合してなる無機酸との塩が好ましく、塩酸塩、硫酸塩、又は硝酸塩がより好ましい。
また、R5及びR6の少なくとも一方が有機基(より好ましくは炭素数1~6のアルキル基)であることが好ましい。
炭素数1~6のアルキル基としては、エチル基又はn-プロピル基が好ましく、エチル基がより好ましい。
なかでも、N-エチルヒドロキシルアミン、N,N-ジエチルヒドロキシルアミン(DEHA)、又はN-n-プロピルヒドロキシルアミンが好ましく、DEHAがより好ましい。
カテコール化合物は、ピロカテコール(ベンゼン-1,2-ジオール)、及びカテコール誘導体からなる群より選択される少なくとも1種を意味する。
カテコール誘導体とは、ピロカテコールに少なくとも1つの置換基が置換されてなる化合物を意味する。カテコール誘導体が有する置換基としては、ヒドロキシル基、カルボキシル基、カルボン酸エステル基、スルホ基、スルホン酸エステル基、アルキル基(炭素数1~6が好ましく、炭素数1~4がより好ましい)、及びアリール基(フェニル基が好ましい)が挙げられる。カテコール誘導体が置換基として有するカルボキシル基、及びスルホ基は、カチオン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、及びアリール基は、更に置換基を有していてもよい。
カテコール化合物としては、例えば、ピロカテコール、4-tert-ブチルカテコール、ピロガロール、没食子酸、没食子酸メチル、1,2,4-ベンゼントリオール、及びタイロンが挙げられる。
ヒドラジド化合物は、酸のヒドロキシル基をヒドラジノ基(-NH-NH2)で置換してなる化合物、及びその誘導体(ヒドラジノ基に少なくとも1つの置換基が置換されてなる化合物)を意味する。
ヒドラジド化合物は、2つ以上のヒドラジノ基を有していてもよい。
ヒドラジド化合物としては、例えば、カルボン酸ヒドラジド及びスルホン酸ヒドラジドが挙げられ、カルボヒドラジド(CHZ)が好ましい。
還元性硫黄化合物としては、硫黄原子を含み、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、システイン、メルカプトコハク酸、ジチオジグリセロール、ビス(2,3-ジヒドロキシプロピルチオ)エチレン、3-(2,3-ジヒドロキシプロピルチオ)-2-メチル-プロピルスルホン酸ナトリウム、1-チオグリセロール、3-メルカプト-1-プロパンスルホン酸ナトリウム、2-メルカプトエタノール、チオグリコール酸、及び3-メルカプト-1-プロパノールが挙げられる。
なかでも、SH基を有する化合物(メルカプト化合物)が好ましく、システイン、1-チオグリセロール、3-メルカプト-1-プロパンスルホン酸ナトリウム、2-メルカプトエタノール、3-メルカプト-1-プロパノール、又はチオグリコール酸がより好ましく、システインが更に好ましい。
洗浄液は、上述した各成分を除く他の防食剤を含んでいてもよい。
他の防食剤としては、例えば、フルクトース、グルコース、及びリボース等の糖類;エチレングリコール、プロピレングリコール、及びグリセリン等のポリオール類:ポリビニルピロリドン、シアヌル酸、バルビツール酸及びその誘導体、グルクロン酸、スクアリン酸、α-ケト酸、アデノシン、及びその誘導体、フェナントロリン、レゾルシノール、ヒドロキノン、ニコチンアミド、及びその誘導体、フラボノ-ル及びその誘導体、アントシアニン及びその誘導体、並びにこれらの組み合わせ等が挙げられる。
腐食防止性能により優れる点で、洗浄液は、2種以上の防食剤を含むことが好ましく、3種以上の防食剤を含むことがより好ましい。
防食剤の含有量は、洗浄液の全質量に対して、0.01~20質量%が好ましく、0.1~10質量%がより好ましく、0.3~5質量%が更に好ましい。
また、防食剤の含有量は、洗浄液中の溶媒を除いた成分の合計質量に対して、0.1~40質量%が好ましく、1~30質量%がより好ましく、5~20質量%が更に好ましい。
洗浄液は、上記成分以外の界面活性剤を含んでいてもよい。
界面活性剤としては、分子内に親水基と疎水基(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、ノ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、アニオン性界面活性剤又はノニオン性界面活性剤が好ましい。
また、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構成される場合、脂肪族炭化水素基の炭素数は、10以上が好ましく、12以上がより好ましく、16以上が更に好ましい。脂肪族炭化水素基の炭素数の上限は特に制限されないが、20以下が好ましく、18以下がより好ましい。
洗浄液に含まれ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、ホスホン酸基を有するホスホン酸系界面活性剤、スルホ基を有するスルホン酸系界面活性剤、カルボキシル基を有するカルボン酸系界面活性剤、及び硫酸エステル基を有する硫酸エステル系界面活性剤が挙げられる。なかでも、本発明の効果がより優れる点で、洗浄液はアニオン性界面活性剤を含むことが好ましい。
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、及びポリビニルホスホン酸が挙げられる。また、例えば、特開2012-057108号公報等に記載のアミノメチルホスホン酸等も挙げられる。
スルホン酸系界面活性剤としては、例えば、アルキルスルホン酸、アルキルベンゼンスルホン酸、アルキルナフタレンスルホン酸、アルキルジフェニルエーテルジスルホン酸、アルキルメチルタウリン、スルホコハク酸ジエステル、ポリオキシアルキレンアルキルエーテルスルホン酸、及びこれらの塩が挙げられる。
また、ポリオキシアルキレンアルキルエーテルスルホン酸が有するアルキレン基としては、特に制限されないが、エチレン基、又は1,2-プロパンジイル基が好ましい。また、ポリオキシアルキレンアルキルエーテルスルホン酸におけるオキシアルキレン基の繰返し数は、1~12が好ましく、1~6がより好ましい。
なかでも、炭素数10以上のアルキル基を有するスルホン酸系界面活性剤が好ましく、炭素数12以上のアルキル基を有するスルホン酸系界面活性剤がより好ましく、DBSAが更に好ましい。
カルボン酸系界面活性剤としては、例えば、アルキルカルボン酸、アルキルベンゼンカルボン酸、及びポリオキシアルキレンアルキルエーテルカルボン酸、並びにこれらの塩が挙げられる。
上記のカルボン酸系界面活性剤が有する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アルキレン基としては、特に制限されないが、エチレン基、又は1,2-プロパンジイル基が好ましい。また、ポリオキシアルキレンアルキルエーテルカルボン酸におけるオキシアルキレン基の繰返し数は、1~12が好ましく、1~6がより好ましい。
硫酸エステル系界面活性剤としては、例えば、硫酸エステル(アルキルエーテル硫酸エステル)、及びポリオキシアルキレンエーテル硫酸エステル、並びにこれらの塩が挙げられる。
硫酸エステル及びポリオキシアルキレンエーテル硫酸エステルが有する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アルキレン基としては、特に制限されないが、エチレン基、又は1,2-プロパンジイル基が好ましい。また、ポリオキシアルキレンエーテル硫酸エステルにおけるオキシアルキレン基の繰返し数は、1~12が好ましく、1~6がより好ましい。
硫酸エステル系界面活性剤の具体例としては、ラウリル硫酸、ミリスチル硫酸、及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。
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、及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、及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、及びアセチレン系ポリオキシエチレンオキシドが挙げられる。
カチオン性界面活性剤としては、例えば、第1級~第3級のアルキルアミン塩(例えば、モノステアリルアンモニウムクロライド、ジステアリルアンモニウムクロライド、及びトリステアリルアンモニウムクロライド等)、並びに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。
両性界面活性剤としては、例えば、カルボキシベタイン(例えば、アルキル-N,N-ジメチルアミノ酢酸ベタイン、及びアルキル-N,N-ジヒドロキシエチルアミノ酢酸ベタイン等)、スルホベタイン(例えば、アルキル-N,N-ジメチルスルホエチレンアンモニウムベタイン等)、並びに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)が挙げられる。
また、界面活性剤の含有量は、洗浄液中の溶媒を除いた成分の合計質量に対して、0.1~40質量%が好ましく、1~30質量%がより好ましい。
洗浄液は、洗浄液のpHを調整及び維持するためにpH調整剤を含んでいてもよい。
pH調整剤としては、例えば、上記成分以外の塩基性化合物、及び酸性化合物が挙げられる。
塩基性化合物としては、例えば、上述した有機塩基化合物以外の無機塩基化合物が挙げられる。
無機塩基化合物としては、例えば、アルカリ金属水酸化物、アルカリ土類金属水酸化物、及びアンモニアが挙げられる。
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、及び水酸化セシウムが挙げられる。アルカリ土類金属水酸化物としては、例えば、水酸化カルシウム、水酸化ストロンチウム、及び水酸化バリウムが挙げられる。
酸性化合物としては、例えば、無機酸が挙げられる。
無機酸としては、例えば、塩酸、硫酸、亜硫酸、硝酸、亜硝酸、リン酸、ホウ酸、及び六フッ化リン酸が挙げられる。また、無機酸の塩を使用してもよく、例えば、無機酸のアンモニウム塩が挙げられ、より具体的には、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム、亜硫酸アンモニウム、硝酸アンモニウム、亜硝酸アンモニウム、リン酸アンモニウム、ホウ酸アンモニウム、及び六フッ化リン酸アンモニウムが挙げられる。
無機酸としては、硫酸、リン酸、又はリン酸塩が好ましく、硫酸、又はリン酸がより好ましい。
酸性化合物は、市販のものを用いてもよいし、公知の方法によって適宜合成したものを用いてもよい。
洗浄液がpH調整剤を含む場合、その含有量は、他の成分の種類及び量、並びに目的とする洗浄液のpHに応じて選択されるが、洗浄液の全質量に対して、0.01~3質量%が好ましく、0.05~1質量%がより好ましい。
洗浄液は、上記成分以外の添加剤を含んでいてもよい。
添加剤としては、例えば、上記成分以外の重合体、キレート剤、フッ素化合物、及び有機溶媒が挙げられ、重合体が好ましい。
洗浄液は、重合体を含んでいてもよい。
上記重合体は、上述の各成分とは異なる成分である。
重合体の重量平均分子量は、200以上が好ましく、1000以上がより好ましく、2000以上が更に好ましい。上限は特に制限されないが、1000000以下が好ましく、500000以下がより好ましい。
なかでも、重合体が後述の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、200以上が好ましく、1500以上がより好ましく、3000以上が更に好ましい。水溶性重合体の重量平均分子量の上限に制限はなく、例えば、1500000以下であり、1200000以下が好ましく、1000000以下がより好ましく、10000以下が更に好ましい。
重合体としては、重量平均分子量500以上2000未満の重合体A、及び重量平均分子量2000以上の重合体Bからなる群より選択される少なくとも1種を含むことが好ましい。重合体Bの分子量の上限は特に制限されないが、1000000以下が好ましく、500000以下がより好ましい。
なお、本明細書中における「重量平均分子量」とは、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)によって測定されたポリエチレングリコール換算の重量平均分子量のことを指す。
重合体は、カルボキシル基又は酸無水物基(-CO-O-CO-)を有することが好ましい。より具体的には、重合体は、カルボキシル基を有する繰り返し単位((メタ)アクリル酸に由来する繰り返し単位など)又は酸無水物基を有する繰り返し単位を有することが好ましい。カルボキシル基を有する繰り返し単位又は酸無水物基を有する繰り返し単位の含有量は、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。
なかでも、カルボキシル基又は酸無水物基を有する重合体Bが好ましい。
なお、「水溶性重合体」とは、2以上の繰り返し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図する。
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、例えば、重合体の質量に対して、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、95~100質量%であることが好ましく、99~100質量%であることがより好ましい。
洗浄液が重合体を含む場合、その含有量は、洗浄液の全質量に対して、0.01~20質量%が好ましく、0.1~10質量%がより好ましく、0.3~5質量%が更に好ましい。
また、重合体の含有量は、洗浄液中の溶媒を除いた成分の合計質量に対して、0.1~40質量%が好ましく、1~30質量%がより好ましく、5~20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と、基板の表面に重合体が適度に吸着して洗浄液の腐食防止性能の向上に寄与でき、かつ、洗浄液の粘度及び/又は洗浄性能のバランスも良好にできる。
洗浄液は、分子量500以上のポリヒドロキシ化合物を含んでもよい。
上記ポリヒドロキシ化合物は、上述の各成分とは異なる成分である。
上記ポリヒドロキシ化合物は、一分子中に2個以上(例えば2~200個)のアルコール性水酸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、500~3000が好ましい。
シクロデキストリンは、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一種であり、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、なかでも、γ-シクロデキストリンが好ましい。
洗浄液が上記ポリヒドロキシ化合物を含む場合、その含有量は、洗浄液の全質量に対して、0.01~10質量%が好ましく、0.05~5質量%がより好ましく、0.1~3質量%が更に好ましい。
また、ポリヒドロキシ化合物の含有量は、洗浄液中の溶媒を除いた成分の合計質量に対して、0.1~40質量%が好ましく、1~30質量%がより好ましく、5~20質量%が更に好ましい。
添加剤の含有量は特に制限されないが、その含有量は、洗浄液の全質量に対して、0.01~20質量%が好ましく、0.1~10質量%がより好ましく、0.3~5質量%が更に好ましい。
また、添加剤の含有量は、洗浄液中の溶媒を除いた成分の合計質量に対して、0.1~40質量%が好ましく、1~30質量%がより好ましく、5~20質量%が更に好ましい。
洗浄液は、溶媒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、及び純水(超純水)が使用できる。不純物をほとんど含まず、半導体基板の製造工程における半導体基板への影響がより少ない点で、純水(超純水)が好ましい。
洗浄液における水の含有量は、過ハロゲン酸、ハロゲン酸、上述した任意成分の残部であればよい。水の含有量は、例えば、洗浄液の全質量に対して、1質量%以上が好ましく、30質量%以上がより好ましく、60質量%以上が更に好ましく、85質量%以上が特に好ましい。上限は特に制限されないが、洗浄液の全質量に対して、99質量%以下が好ましく、98質量%以下がより好ましい。
<金属含有量>
洗浄液において、液中に不純物として含まれる金属(Fe、Co、Na、K、Cu、Mg、Mn、Li、Al、Cr、Ni、Zn、Sn、及びAgの金属元素)の含有量(イオン濃度として測定される)がいずれも5質量ppm以下であることが好ましく、1質量ppm以下であることがより好ましい。最先端の半導体素子の製造においては、更に高純度の洗浄液が求められることが想定されることから、その金属含有量が1質量ppmよりも低い値、すなわち、質量ppbオーダー以下であることが更に好ましく、100質量ppb以下であることが特に好ましく、10質量ppb未満であることが最も好ましい。下限は特に制限されないが、0が好ましい。
他の金属含有量の低減方法としては、原材料又は製造された洗浄液を収容する容器として、後述する不純物の溶出が少ない容器を用いることが挙げられる。また、洗浄液の製造時に配管等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、下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値以下であることがより好ましい。
洗浄液に含まれる粗大粒子は、原料に不純物として含まれる塵、埃、有機固形物、及び無機固形物等の粒子、並びに洗浄液の調製中に汚染物として持ち込まれる塵、埃、有機固形物、及び無機固形物等の粒子であって、最終的に洗浄液中で溶解せずに粒子として存在するものが該当する。
洗浄液中に存在する粗大粒子の含有量は、レーザを光源とした光散乱式液中粒子測定方式における市販の測定装置を利用して液相で測定できる。
粗大粒子の除去方法としては、例えば、後述するフィルタリング等の精製処理が挙げられる。
洗浄液は、公知の方法により製造できる。以下、洗浄液の製造方法について詳述する。
洗浄液の調液方法は特に制限されず、例えば、上述した各成分を混合することにより洗浄液を製造できる。上述した各成分を混合する順序、及び/又はタイミングは特に制限されず、例えば、精製した純水を入れた容器に、過ハロゲン酸及びハロゲン酸、並びに任意成分を順次添加した後、攪拌して混合するとともに、pH調整剤を添加して混合液のpHを調整することにより、調製する方法が挙げられる。また、水及び各成分を容器に添加する場合、一括して添加してもよいし、複数回にわたって分割して添加してもよい。
洗浄液を調製するための原料のいずれか1種以上に対して、事前に精製処理を行うことが好ましい。精製処理としては、特に制限されず、蒸留、イオン交換、及びろ過等の公知の方法が挙げられる。
精製の程度としては、特に制限されないが、原料の純度が99質量%以上となるまで精製することが好ましく、原液の純度が99.9質量%以上となるまで精製することがより好ましい。
精製処理として、上述した精製方法を複数組み合わせて実施してもよい。例えば、原料に対して、RO膜に通液する1次精製を行った後、カチオン交換樹脂、アニオン交換樹脂、又は混床型イオン交換樹脂からなる精製装置に通液する2次精製を実施してもよい。
また、精製処理は、複数回実施してもよい。
フィルタリングに用いるフィルタとしては、従来からろ過用途等に用いられているものであれば特に制限されない。例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、及びテトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)等のフッ素系樹脂、ナイロン等のポリアミド系樹脂、並びにポリエチレン及びポリプロピレン(PP)等のポリオレフィン樹脂(高密度又は超高分子量を含む)からなるフィルタが挙げられる。これらの材料のなかでもポリエチレン、ポリプロピレン(高密度ポリプロピレンを含む)、フッ素系樹脂(PTFE及びPFAを含む)、及びポリアミド系樹脂(ナイロンを含む)からなる群より選択される材料が好ましく、フッ素系樹脂のフィルタがより好ましい。これらの材料により形成されたフィルタを使用して原料のろ過を行うことで、欠陥の原因となり易い極性の高い異物を効果的に除去できる。
洗浄液(キット又は後述する希釈液の態様を含む)は、腐食性等が問題とならない限り、任意の容器に充填して保管、運搬、及び使用できる。
また、洗浄液を収容する容器としては、その収容部の内壁等の各液との接液部が、フッ素系樹脂(パーフルオロ樹脂)、又は防錆及び金属溶出防止処理が施された金属で形成された容器が好ましい。
容器の内壁は、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、及びポリエチレン-ポリプロピレン樹脂からなる群より選択される1種以上の樹脂、もしくは、これとは異なる樹脂、又は、ステンレス、ハステロイ、インコネル、及びモネル等、防錆及び金属溶出防止処理が施された金属から形成されることが好ましい。
このような内壁がフッ素系樹脂である容器の具体例としては、例えば、Entegris社製 FluoroPurePFA複合ドラム等が挙げられる。また、特表平3-502677号公報の第4頁、国際公開第2004/016526号明細書の第3頁、並びに国際公開第99/46309号明細書の第9頁及び16頁等に記載の容器も使用できる。
上記電解研磨された金属材料の製造に用いられる金属材料は、クロム及びニッケルからなる群より選択される少なくとも1種を含み、クロム及びニッケルの含有量の合計が金属材料全質量に対して25質量%超である金属材料であることが好ましく、例えば、ステンレス鋼、及びニッケル-クロム合金等が挙げられる。
金属材料におけるクロム及びニッケルの含有量の合計は、金属材料全質量に対して30質量%以上がより好ましい。
なお、金属材料におけるクロム及びニッケルの含有量の合計の上限値としては特に制限されないが、一般的に90質量%以下が好ましい。
洗浄液の製造、容器の開封及び洗浄、洗浄液の充填等を含めた取り扱い、処理分析、並びに測定は、全てクリーンルームで行うことが好ましい。クリーンルームは、14644-1クリーンルーム基準を満たすことが好ましい。ISO(国際標準化機構)クラス1、ISOクラス2、ISOクラス3、及びISOクラス4のいずれかを満たすことが好ましく、ISOクラス1又はISOクラス2を満たすことがより好ましく、ISOクラス1を満たすことが更に好ましい。
上述した洗浄液は、水等の希釈剤を用いて希釈する希釈工程を経た後、半導体基板の洗浄に供されることが好ましい。
また、本発明の効果がより優れる点で、洗浄液は水で希釈されることが好ましい。
精製処理としては、特に制限されず、上述した洗浄液に対する精製処理として記載した、イオン交換樹脂又はRO膜等を用いたイオン成分低減処理、及びフィルタリングを用いた異物除去が挙げられ、これらのうちいずれかの処理を行うことが好ましい。
洗浄液は、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に使用される。また、洗浄液は、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使用することもできる。
なかでも、半導体基板がRu含有物及びRuO2含有物を含む場合、本処理方法が好適に用いられる。
半導体基板の洗浄には、洗浄液を希釈して得られる希釈洗浄液を使用してもよい。
洗浄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。
なお、本明細書における「半導体基板上」とは、例えば、半導体基板の表裏、側面、及び、溝内等のいずれも含む。また、半導体基板上の金属含有物とは、半導体基板の表面上に直接金属含有物がある場合のみならず、半導体基板上に他の層を介して金属含有物がある場合も含む。
洗浄対象物としては、Ru含有物及びRuO2含有物からなる群より選択される少なくとも1種を含む半導体基板が好ましい。上記の半導体基板としては、例えば、Ru含有物と、Ru含有物の表層に形成されたRuO2含有層との積層体が挙げられる。
また、金属含有物は、これらの化合物のうちの2種以上を含む混合物でもよい。
なお、上記酸化物、窒化物、及び酸窒化物は、金属を含む、複合酸化物、複合窒化物、及び複合酸窒化物でもよい。
金属含有物中の金属原子の含有量は、金属含有物の全質量に対して、10質量%以上が好ましく、30質量%以上がより好ましく、50質量%以上が更に好ましい。上限は、金属含有物が金属そのものであってもよいことから、100質量%以下である。
シリコンウエハとしては、シリコンウエハに5価の原子(例えば、リン(P)、ヒ素(As)、及びアンチモン(Sb)等)をドープしたn型シリコンウエハ、並びにシリコンウエハに3価の原子(例えば、ホウ素(B)、及びガリウム(Ga)等)をドープしたp型シリコンウエハであってもよい。シリコンウエハのシリコンとしては、例えば、アモルファスシリコン、単結晶シリコン、多結晶シリコン、及びポリシリコンのいずれであってもよい。
なかでも、洗浄液は、シリコンウエハ、シリコンカーバイドウエハ、及びシリコンを含む樹脂系ウエハ(ガラスエポキシウエハ)等のシリコン系材料からなるウエハに有用である。
絶縁膜の具体例としては、シリコン酸化膜(例えば、二酸化ケイ素(SiO2)膜、及びオルトケイ酸テトラエチル(Si(OC2H5)4)膜(TEOS膜)等)、シリコン窒化膜(例えば、窒化シリコン(Si3N4)、及び窒化炭化シリコン(SiNC)等)、並びに、低誘電率(Low-k)膜(例えば、炭素ドープ酸化ケイ素(SiOC)膜、及びシリコンカーバイド(SiC)膜等)が挙げられる。
半導体基板は、ルテニウム、銅、及びコバルトからなる群より選択される少なくとも1種を含む金属膜を有することが好ましく、ルテニウムを含む金属膜を有することがより好ましい。また、半導体基板は、タングステンを含む金属膜を有することも好ましい。
銅合金配線膜の具体例としては、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、タンタル(Ta)、及びタングステン(W)から選択される1種以上の金属と銅とからなる合金製の配線膜が挙げられる。より具体的には、銅-アルミニウム合金配線膜(CuAl合金配線膜)、銅-チタン合金配線膜(CuTi合金配線膜)、銅-クロム合金配線膜(CuCr合金配線膜)、銅-マンガン合金配線膜(CuMn合金配線膜)、銅-タンタル合金配線膜(CuTa合金配線膜)、及び銅-タングステン合金配線膜(CuW合金配線膜)等が挙げられる。
コバルト合金金属膜の具体例としては、チタン(Ti)、クロム(Cr)、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、モリブデン(Mo)、パラジウム(Pd)、タンタル(Ta)、及びタングステン(W)から選択される1種以上の金属とコバルトとからなる合金製の金属膜が挙げられる。より具体的には、コバルト-チタン合金金属膜(CoTi合金金属膜)、コバルト-クロム合金金属膜(CoCr合金金属膜)、コバルト-鉄合金金属膜(CoFe合金金属膜)、コバルト-ニッケル合金金属膜(CoNi合金金属膜)、コバルト-モリブデン合金金属膜(CoMo合金金属膜)、コバルト-パラジウム合金金属膜(CoPd合金金属膜)、コバルト-タンタル合金金属膜(CoTa合金金属膜)、及びコバルト-タングステン合金金属膜(CoW合金金属膜)等が挙げられる。
タングステン合金金属膜の具体例としては、例えば、タングステン-チタン合金金属膜(WTi合金金属膜)、及びタングステン-コバルト合金金属膜(WCo合金金属膜)等が挙げられる。
タングステン含有膜は、一般的にはバリアメタルとして使用されることが多い。
絶縁膜の形成方法としては、例えば、半導体基板を構成するウエハに対して、酸素ガス存在下で熱処理を行うことによりシリコン酸化膜を形成し、次いで、シラン及びアンモニアのガスを流入して、化学気相蒸着(CVD:Chemical Vapor Deposition)法によりシリコン窒化膜を形成する方法が挙げられる。
ルテニウム含有配線膜、銅含有配線膜、コバルト含有膜、及びタングステン含有膜の形成方法としては、例えば、上記の絶縁膜を有するウエハ上に、レジスト等の公知の方法で回路を形成し、次いで、鍍金及びCVD法等の方法により、ルテニウム含有配線膜、銅含有配線膜、コバルト含有膜、及びタングステン含有膜を形成する方法が挙げられる。
CMP処理は、例えば、金属配線膜、バリアメタル、及び絶縁膜を有する基板の表面を、研磨微粒子(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、シリカ及びアルミナ等)、研磨された金属配線膜、及びバリアメタルに由来する金属不純物(金属残渣)等の不純物が残存することがある。これらの不純物は、例えば、配線間を短絡させ、半導体基板の電気的特性を劣化させるおそれがあるため、CMP処理が施された半導体基板は、これらの不純物を表面から除去するための洗浄処理に供される。
CMP処理が施された半導体基板の具体例としては、精密工学会誌 Vol.84、No.3、2018に記載のCMP処理が施された基板が挙げられるが、これに制限されるものではない。
半導体基板の洗浄方法は、上記の洗浄液を用いて、CMP処理が施された半導体基板を洗浄する洗浄工程を含むものであれば特に制限されない。半導体基板の洗浄方法は、上記の希釈工程で得られる希釈洗浄液をCMP処理が施された半導体基板に適用して洗浄する工程を含むことが、好ましい。
上記洗浄工程は、1回のみ実施してもよく、2回以上実施してもよい。2回以上洗浄する場合には同じ方法を繰り返してもよいし、異なる方法を組み合わせてもよい。
機械的攪拌方法としては、例えば、半導体基板上で洗浄液を循環させる方法、半導体基板上で洗浄液を流過又は噴霧させる方法、及び超音波又はメガソニックにて洗浄液を攪拌する方法等が挙げられる。
リンス工程は、半導体基板の洗浄工程の後に連続して行われ、リンス液を用いて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、上述の機械的攪拌方法を用いて行ってもよい。
リンス液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、ホットプレート又は赤外線ランプのような加熱手段によって基板を加熱する方法、マランゴニ乾燥法、ロタゴニ乾燥法、IPA(イソプロピルアルコール)乾燥法、及びそれらの任意の組み合わせが挙げられる。
また、実施例及び比較例の洗浄液の製造にあたって、容器の取り扱い、洗浄液の調液、充填、保管、及び分析測定は、全てISOクラス2以下を満たすレベルのクリーンルームで行った。
洗浄液を製造するために、以下の化合物を使用した。なお、実施例で使用した各種成分はいずれも、半導体グレードに分類されるもの、又はそれに準ずる高純度グレードに分類されるものを使用した。
・ オルト過ヨウ素酸:富士フイルム和光純薬(株)製
〔ハロゲン酸〕
・ ヨウ素酸:富士フイルム和光純薬(株)製
〔有機酸〕
・ 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
・ エチレンジアミン四酢酸(EDTA):キレスト社製
・ 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」
・ クエン酸(CA):扶桑化学工業(株)製
〔防食剤〕
<リン酸エステル酸系界面活性剤>
・(CH3)2Ph-(OE)6OPO3H2:竹本油脂社製、商品名「フォスファノールFS-3PG」
<ヘテロ環式化合物>
・アゾール化合物1:2,2’-{[(5-メチル-1H-ベンゾトリアゾール-1-イル)メチル]イミノ}ジエタノール
・ 3-amino-5-methyl-pyrazole:東京化成工業(株)製
・ 1,2,4-triazole:富士フイルム和光純薬(株)製
〔有機塩基化合物〕
<第1アミン>
・ 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
<第2アミン>
・ 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
・ 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
・ テトラブチルホスホニウムヒドロキシド(TBPH):富士フイルム和光純薬(株)製
・ ジアザビシクロウンデセン(DBU):富士フイルム和光純薬(株)製
〔pH調整剤〕
・ 硫酸(H2SO4):富士フイルム和光純薬(株)製)
〔添加剤〕
<重合体>
・ ポリアクリル酸(Mw=700,000):東亞合成株式会社製、商品名「ジュリマーAC-10H」
・ ポリアクリル酸(Mw=55,000):東亞合成株式会社製、商品名「ジュリマーAC-10L」
・ ポリアクリル酸(Mw=6,000):東亞合成株式会社製、商品名「アロンA-10SL」
・ ポリアクリル酸(Mw=1000以上2000未満):Aldrich社製、商品名「ポリ(アクリル酸)」
・ ポリマレイン酸(Mw=2,000):日油株式会社製、商品名「ノンポールPWA-50W」
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、オルト過ヨウ素酸、ヨウ素酸、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド(TEAH)、及びジアザビシクロウンデセン(DBU)を、表1及び表2に記載の含有量となる量でそれぞれ添加した後、調製される洗浄液のpHが11となるように、硫酸を添加した。得られた混合液を攪拌機によって十分に攪拌することにより、実施例1の洗浄液を得た。
「比率」((A)/(B))欄の数値は、ハロゲン酸の含有量に対する過ハロゲン酸の含有量の質量比〔過ハロゲン酸の含有量/ハロゲン酸の含有量〕の値を表す。
「pH調整剤」欄の「*1」は、必要な場合、H2SO4を、調製される洗浄液のpHが「pH」欄の数値になる量で添加したことを意味する。
「水」欄の「残部」は、洗浄液中において表1及び表2に記載の各成分の以外の残りを水が構成していることを意味する。
「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。
「希釈後pH」欄の数値は、上記のpHメーターにより測定した、超純水により体積比で100倍に希釈した洗浄液の25℃におけるpHを示す。
上記の方法で製造した洗浄液を用いて、ルテニウム又は酸化ルテニウムを有する金属膜に対する除去性能を評価した。
各実施例及び各比較例の洗浄液2mLを分取し、超純水により体積比で100倍に希釈して、希釈洗浄液を調製した(200mL)。
表面に、ルテニウム、又は酸化ルテニウムを有する金属膜のウエハ(直径12インチ)をカットし、厚さ10nm、縦2cm×横2cmのウエハクーポンをそれぞれ準備した。
希釈洗浄液中に、ウエハクーポンを浸漬し、室温下、攪拌回転数250rpmにて各金属膜の30分間攪拌した。攪拌後の各金属膜を下記の方法で観察して、消失した膜厚の平均値を算出し、単位時間当たりの除去速度を算出した。そして、各金属膜に対する除去速度から、Ruの除去速度に対するRuO2の除去速度の比(RuO2/Ru)を算出した。
表面の観察は、Applied Materials technology社製Review SEM観察装置を用いて、ランダムに100箇所の厚さを測定した。
下記の評価基準により洗浄液の除去性能を評価した。なお、RuO2の除去速度は速いほど好ましく、RuO2/Ruの比は高いほど好ましい。
(RuO2評価基準(RuO2除去速度))
A:除去速度が2A/min以上
B:除去速度が1A/min以上2A/min未満
C:除去速度が1A/min未満
(RuO2/Ru評価基準(RuO2/Ru選択比))
A:RuO2/Ruが5以上
B:RuO2/Ruが3以上5未満
C:RuO2/Ruが1以上3未満
D:RuO2/Ruが1未満
表1及び表2から明らかなように、本発明の洗浄液はRuO2の除去性能の選択性が優れることが確認された。
実施例1~8、17~20との比較から、ハロゲン酸の含有量に対する過ハロゲン酸の含有量の質量比の値が、0.00001~50である場合、より効果が優れることが確認された。
実施例29と実施例30との比較から、有機塩基化合物を更に含む場合、より効果が優れることが確認された。
実施例47~51の比較より、重合体Bを含む場合、より効果が優れることが確認された。
Claims (13)
- 化学機械研磨処理が施された、Ru含有物及びRuO 2 含有物を含む半導体基板用の洗浄液であって、
過ハロゲン酸と、ハロゲン酸とを含み、
前記ハロゲン酸の含有量に対する前記過ハロゲン酸の含有量の質量比の値が、0.00001~0.9である、洗浄液。 - 前記洗浄液のpH値が2.0~12.0である、請求項1に記載の洗浄液。
- 前記ハロゲン酸の含有量に対する前記過ハロゲン酸の含有量の質量比の値が、0.00001~0.25である、請求項1又は2に記載の洗浄液。
- 有機塩基化合物を更に含む、請求項1~3のいずれか1項に記載の洗浄液。
- 前記有機塩基化合物が、式(1)で表される第1のアミン化合物、第4級アンモニウム化合物、及び第4級ホスホニウム化合物からなる群より選択される少なくとも1種を含む、請求項4に記載の洗浄液。
式(1)中、R1、R2、及びR3はいずれも有機基を表す。R1、R2、及びR3のうち複数が互いに結合して置換基を有してもよい非芳香環を形成してもよい。 - 有機酸を更に含む、請求項1~5のいずれか1項に記載の洗浄液。
- 前記有機酸が、カルボキシル基及びホスホン酸基からなる群より選択される少なくとも1種を有する、請求項6に記載の洗浄液。
- 防食剤、界面活性剤、重量平均分子量500以上2000未満の重合体A、及び重量平均分子量2000以上の重合体Bからなる群より選択される少なくとも1種を更に含む、請求項1~7のいずれか1項に記載の洗浄液。
- 防食剤を更に含み、
前記防食剤がヘテロ環式化合物である、請求項1~8のいずれか1項に記載の洗浄液。 - 前記防食剤が、テトラゾール化合物、トリアゾール化合物、イミダゾール化合物、ピラゾール化合物、及びそれらの誘導体からなる群より選択される少なくとも1種を含む、請求項9に記載の洗浄液。
- 界面活性剤を更に含み、
前記界面活性剤が、アニオン性又はノニオン性の界面活性剤である、請求項1~10のいずれか1項に記載の洗浄液。 - 分子量2000以上の重合体Bを更に含み、
前記重合体Bが、カルボキシル基又は酸無水物基を有する、請求項1~11のいずれか1項に記載の洗浄液。 - 請求項1~12のいずれか1項に記載の洗浄液を用いて、化学機械研磨処理が施された、Ru含有物及びRuO 2 含有物を含む半導体基板を洗浄する工程を含む、半導体基板の洗浄方法。
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