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JP2009289774A - 半導体ドライプロセス後の残渣除去液及びそれを用いた残渣除去方法 - Google Patents

半導体ドライプロセス後の残渣除去液及びそれを用いた残渣除去方法 Download PDF

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JP2009289774A
JP2009289774A JP2008137442A JP2008137442A JP2009289774A JP 2009289774 A JP2009289774 A JP 2009289774A JP 2008137442 A JP2008137442 A JP 2008137442A JP 2008137442 A JP2008137442 A JP 2008137442A JP 2009289774 A JP2009289774 A JP 2009289774A
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Shingo Nakamura
新吾 中村
Mitsuji Itano
充司 板野
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Daikin Industries Ltd
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Daikin Industries Ltd
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Abstract

【課題】NiSi(ニッケルシリサイド)を有する半導体デバイスの製造プロセスにおいて、ドライプロセス後の残渣を効果的に除去することが可能な残渣除去液を提供する。
【解決手段】ニッケルシリサイド(NiSi)を含む半導体基板をドライエッチング及び/又はアッシングした後に存在する残渣の除去液であって、フッ化アンモニウム、フッ化アミン、フッ化テトラアルキルアンモニウムよりなる群から選ばれる少なくとも1種のフッ化物塩;フッ化物塩以外のアンモニウム塩、フッ化物塩以外のアミン塩、フッ化物塩以外のテトラアルキルアンモニウム塩よりなる群から選ばれる少なくとも1種のフッ化物塩以外の塩;並びに水を含み、フッ化物塩の濃度が5重量%以上、フッ化物塩以外の塩の濃度が3重量%以上、フッ化テトラアルキルアンモニウム及びフッ化物塩以外のテトラアルキルアンモニウム塩の合計濃度が15重量%未満であり、pHが7〜9である残渣除去液。
【選択図】なし

Description

本発明は、半導体デバイスの製造工程におけるドライエッチング及び/又はアッシング(灰化)時に形成された残渣を除去するための薬液(残渣除去液)、及び該薬液を用いてこれらの残渣を除去する半導体デバイスの製造方法に関する。特に電流端子電極材料としてソース/ドレイン(S/D)やゲート部にNiSi(ニッケルシリサイド)を有する半導体デバイスの製造に使用されるドライプロセス後の残渣除去液に関する。
半導体素子の微細化が進むにつれて、ゲート、ソース及びドレインの抵抗の増大が問題となり、MOSトランジスタの高速動作のためには、ゲート、ソース及びドレインを構成するシリコンの表面を金属と反応(シリサイド化)させて、電極や拡散層抵抗等のトランジスタに寄生する抵抗成分を減らしてトランジスタ電流を増加させることが必要となる。
NiSiの抵抗率は、従来製造ラインで使用されているCoSiとTiSiのそれより若干低い。そのため、NiSiを用いると従来のコバルトシリサイド等に比べ、より高速で動作させることができるようになる。65nmプロセス以降では、ソース/ドレイン(S/D)やゲートコンタクト部等の細線部分に、より抵抗の低いNiSi(ニッケルシリサイド)層が形成されるようになった。
また、最近は、ゲート電極としても検討され、ゲート電極全体をシリサイドにする方法が提案されている。既存の半導体プロセス技術で用いている材料だけを利用するため、導入が容易であると同時に、現在のポリシリコンを用いたゲート電極よりも性能の向上が見込まれるためである。
ゲート電極のメタル化については、コンタクト部のみメタル化する方法と、ゲート絶縁膜に至るまで全てをメタル化する方法がある。FUSI(FUlly SIlicide)技術は、ニッケルによって全てをメタル化(ニッケルシリサイド化)する技術である。FUSIは、32nm世代以降で主流となり、ゲート電極を完全に合金化しシリコンとニッケルの金属化合物(シリサイド)で形成するので、ポリシリコンのゲート電極に比べて電気的な性質がより導体に近くなる。そのため、電極の仕事関数をnMOSとpMOSそれぞれ最適に調整することにより、理想的な特性を示す高性能化したトランジスタが得られると言われている。
このようなNiSiを用いたゲートを形成する際には、成膜したNiSi等の膜にレジストを塗布し、リソグラフィーを行った後、ドライエッチングする。また、NiSi化したゲートやソース/ドレインと上部の配線とを接続するプラグを形成するためには、コンタクトホールが必要である。このコンタクトホールを形成するためには、成膜した絶縁膜にレジストを塗布し、リソグラフィーを行った後、ドライエッチングする。
これらのドライエッチングによりゲートやコンタクトホールが形成された後、基板から不要となったレジスト等がアッシング等により取り除かれる。しかし、このプロセスを経ても基板上には完全に取り除けない不要物(以下、これらを「ドライプロセス後の残渣」という)が残存してしまう。
ドライエッチングで形成したゲートやソース/ドレインとプラグを形成するためのコンタクトホールやゲートに、ドライプロセス後の残渣があると、半導体デバイスの不良の原因となる。そのため、これらの残渣はポリマー剥離液等の残渣除去液を用いて除去される。
従来、これらのドライプロセス後の残渣除去には、希フッ酸やAPM(アンモニア/過酸化水素水混合液)が使用されてきた。しかし、希フッ酸を用いると、NiSiを腐食しやすい。また、コンタクトホールを形成している多層の絶縁膜をサイドエッチングしてしまい設計寸法どおりの加工ができなくなる。さらに膜によるエッチング速度の差から段差が生じやすくなり、プラグの形成に支障をきたす。また、APMでは残渣除去効果が弱く、特にドライエッチング後、時間の経過とともに残渣が変質してAPMでは除去が困難な物質を形成するため、残渣の除去ができなくなるという不都合がある。そのため、ドライエッチング後から残渣除去の洗浄プロセスまでの許容時間が少なく、製造プロセスに余裕がないため、歩留まりに大きな影響を与える。このように、NiSiを有する半導体デバイスの製造に使用される有効なドライプロセス後の残渣除去液はいまだ開発されていない。
これらの問題を解決するために、特許文献1には、フッ素化合物、キレート剤及び有機酸塩を含有し、ニッケルシリサイド層が形成された基板を洗浄する際に使用される洗浄液が記載されている。しかし、特許文献1の洗浄液は、酸性を示すものであるので、ニッケルシリサイド層を腐食しやすく、液中で生じたHFにより、コンタクトホールを形成している多層の絶縁膜をサイドエッチングして、エッチング量の違いによる段差が生じてしまい設計寸法どおりの加工ができなくなるという問題点があった。
特開2005−317636号公報
本発明は、NiSi(ニッケルシリサイド)を有する半導体デバイスの製造プロセスにおいて、ドライプロセス後の残渣を効果的に除去することが可能な残渣除去液を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記の目的を達成するために鋭意研究を行った結果、フッ化アンモニウム(A1)、フッ化アミン(A2)、フッ化テトラアルキルアンモニウム(A3)よりなる群から選ばれる少なくとも1種のフッ化物塩(A)、フッ化物塩以外のアンモニウム塩(B1)、フッ化物塩以外のアミン塩(B2)、フッ化物塩以外のテトラアルキルアンモニウム塩(B3)よりなる群から選ばれる少なくとも1種のフッ化物塩以外の塩(B)、並びに水(C)を含む薬液(残渣除去液)が、NiSi(ニッケルシリサイド)を有する半導体デバイスのドライプロセス後に発生した残渣を効果的に除去できることを見いだした。さらに、該残渣除去液は、半導体デバイスの絶縁膜のエッチング速度が小さく、サイドエッチングをほとんど発生しないことも確認した。本発明者は、さらに検討を加えて本発明を完成するに至った。
即ち、本発明は、以下のニッケルシリサイド(NiSi)を含む半導体基板をドライエッチング及び/又はアッシングした後に存在する残渣の除去液、及び該残渣除去液を用いた半導体デバイスの製造方法を提供する。
項1.ニッケルシリサイド(NiSi)を含む半導体基板をドライエッチング及び/又はアッシングした後に存在する残渣の除去液であって、
(A)フッ化アンモニウム(A1)、フッ化アミン(A2)、フッ化テトラアルキルアンモニウム(A3)よりなる群から選ばれる少なくとも1種のフッ化物塩、
(B)フッ化物塩以外のアンモニウム塩(B1)、フッ化物塩以外のアミン塩(B2)、フッ化物塩以外のテトラアルキルアンモニウム塩(B3)よりなる群から選ばれる少なくとも1種のフッ化物塩以外の塩、並びに
(C)水
を含み、
フッ化物塩(A)の濃度が5重量%以上、フッ化物塩以外の塩(B)の濃度が3重量%以上、フッ化テトラアルキルアンモニウム(A3)及びフッ化物塩以外のテトラアルキルアンモニウム塩(B3)の合計濃度が15重量%未満であり、pHが7〜9である残渣除去液。
項2.フッ化アミン(A2)が、フッ化メチルアミン、フッ化エチルアミン及びフッ化ブチルアミンよりなる群から選ばれる少なくとも1種である項1に記載の残渣除去液。
項3.フッ化テトラアルキルアンモニウム(A3)が、フッ化テトラメチルアンモニウム、フッ化テトラエチルアンモニウム及びフッ化テトラブチルアンモニウムよりなる群から選ばれる少なくとも1種である項1又は2に記載の残渣除去液。
項4.フッ化物塩以外の塩(B)が、pKaが4以上である弱酸の塩である項1〜3のいずれかに記載の残渣除去液。
項5.弱酸の塩が、モノカルボン酸のアンモニウム塩、モノカルボン酸のアミン塩及びモノカルボン酸のテトラアルキルアンモニウム塩よりなる群から選ばれる少なくとも1種である項4に記載の残渣除去液。
項6.弱酸の塩が、酢酸アンモニウム、酢酸メチルアミン、酢酸エチルアミン及び酢酸テトラメチルアンモニウムよりなる群から選ばれる少なくとも1種である項4又は5に記載の残渣除去液。
項7.フッ化物塩以外のテトラアルキルアンモニウム塩(B3)が、塩化テトラアルキルアンモニウム及び酢酸テトラアルキルアンモニウムよりなる群から選ばれる少なくとも1種である項1〜3のいずれかに記載の残渣除去液。
項8.フッ化物塩以外の塩(B)が、フッ化物塩(A)と同じ塩基からなる塩である項1〜7に記載の残渣除去液。
項9.フッ化物塩(A)がフッ化アンモニウム(A1)であり、フッ化物塩以外の塩(B)がフッ化物塩以外のアンモニウム塩(B1)である項1〜8のいずれかに記載の残渣除去液。
項10.フッ化物塩(A)がフッ化アミン(A2)であり、フッ化物塩以外の塩(B)がフッ化物塩以外のアミン塩(B2)である項1〜8のいずれかに記載の残渣除去液。
項11.さらに界面活性剤を含む項1〜10のいずれかに記載の残渣除去液。
項12.さらに有機溶媒を含む項1〜11のいずれかに記載の残渣除去液。
項13.ニッケルシリサイド(NiSi)を含む半導体基板をドライエッチング及び/又はアッシングした後に存在する残渣を除去する方法であって、
該ドライエッチング及び/又はアッシング後の半導体基板を、項1〜12のいずれかに記載の残渣除去液と接触させることを特徴とする残渣除去方法。
項14.前記半導体基板が、ニッケルシリサイド(NiSi)を含む電流端子電極を有し、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜及び低誘電率膜(Low−k膜)よりなる群から選ばれる少なくとも1種の層間絶縁膜を有する項13に記載の残渣除去方法。
項15.(1)ニッケルシリサイド(NiSi)を含む電流端子電極を有し、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜及び低誘電率膜(Low−k膜)よりなる群から選ばれる少なくとも1種の層間絶縁膜を有する半導体基板をドライエッチング及び/又はアッシングする工程、並びに
(2)上記(1)で処理された半導体基板を項1〜12のいずれかに記載の残渣除去液と接触させる工程を含むことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
本発明の残渣除去液を用いれば、NiSi(ニッケルシリサイド)を有する半導体基板の製造におけるドライプロセス後の残渣を長期にわたり除去することができる。特に、該残渣は時間経過と共に除去が難しい物質へ変質しやすいが、本発明の残渣除去液はそのような物質の除去も可能である。このようなことから、従来の数時間であったプロセスマージンを1日以上に伸ばすことが可能になり、半導体プロセスの製造の安定化をもたらし、製造コストの削減にもつながる。
また、NiSiを腐食させないので、平滑なNiSi表面にプラグを形成することができる。このため、密着性の良い強固なプラグの接続が可能になり、接触により生じ抵抗も小さい。
さらに、本発明の残渣除去液は、絶縁膜のエッチングがほとんど起こらないため、コンタクトホールのサイドエッチングを抑制することができる。特に、絶縁膜が構造上弱い場合であってもサイドエッチングしにくく各層の段差を生じにくいため、寸法変化のないプラグの形成ができ、半導体デバイスの不良を低減することができる。
以下、本発明を詳細に説明する。
I.半導体ドライプロセス後の残渣除去液
本発明の残渣除去液は、ニッケルシリサイド(NiSi)を含む半導体基板をドライエッチング及び/又はアッシングした後に存在する残渣(ドライプロセス後の残渣)の除去液である。
該残渣除去液は、フッ化アンモニウム(A1)、フッ化アミン(A2)、フッ化テトラアルキルアンモニウム(A3)よりなる群から選ばれる少なくとも1種のフッ化物塩(A)、フッ化物塩以外のアンモニウム塩(B1)、フッ化物塩以外のアミン塩(B2)、フッ化物塩以外のテトラアルキルアンモニウム塩(B3)よりなる群から選ばれる少なくとも1種のフッ化物塩以外の塩(B)、並びに水(C)を含むことを特徴とする。
NiSi(ニッケルシリサイド)を有する構造を形成した際のドライプロセス後の残渣には、シリコン(Si)、ニッケル(Ni)及びこれらの酸化物やフッ化物が含まれる。
<フッ化物塩(A)>
フッ化アンモニウム(A1)、フッ化アミン(A2)、フッ化テトラアルキルアンモニウム(A3)よりなる群から選ばれる少なくとも1種のフッ化物塩(A)は、主に残渣に含まれるシリコン含有成分とニッケル含有成分を除去することができる。
フッ化アミン(A2)としては、特に制限はなく、例えば、フッ化メチルアミン、フッ化エチルアミン、フッ化ブチルアミン等の直鎖アミン、フッ化ジメチルアミン、フッ化ジエチルアミン、フッ化トリエチルアミン等の分枝アミン等が挙げられる。このうち直鎖のフッ化メチルアミン、フッ化エチルアミン、フッ化ブチルアミンが最も好ましい。
フッ化テトラアルキルアンモニウム(A3)としては、特に制限はなく、例えば、フッ化テトラC1−6アルキルアンモニウム等が挙げられ、より具体的には、例えば、フッ化テトラメチルアンモニウム、フッ化テトラエチルアンモニウム、フッ化テトラブチルアンモニウム等が挙げられる。このうちフッ化テトラメチルアンモニウムが最も好ましい。
これらのフッ化アンモニウム(A1)、フッ化アミン(A2)及びフッ化テトラアルキルアンモニウム(A3)よりなる群から選ばれる少なくとも1種のフッ化物塩(A)としては、市販の結晶を用いても良いし、これらの塩を形成する酸と塩基とを水中で混合して生成した水溶液、又はこれを乾燥させた結晶、その水和物結晶等を用いても良い。
これらのフッ化物塩を含む、pH7〜9の残渣除去液中に存在する少ないHFをFと反応させて、HFよりもHF2−が多い組成を実現させることにより、絶縁膜のサイドエッチングを抑制して、残渣除去性を向上させることができる。
フッ化アンモニウム(A1)、フッ化アミン(A2)、フッ化テトラアルキルアンモニウム(A3)よりなる群から選ばれる少なくとも1種のフッ化物塩(A)の配合量(濃度)は、HFよりもHF2−が多い組成を実現させる点から、残渣除去液中、一般に5重量%以上である。好ましくは10〜60重量%、より好ましくは15〜40重量%、特に好ましくは、15〜25重量%である。
これらのフッ化物塩(A)の配合量(濃度)が高いほど残渣除去能力は高く、絶縁膜のエッチングが生じにくい。また、残渣除去液の寿命も延びる。一方、濃度が高すぎると残渣除去液の粘度が高くなるとともに結晶化しやすくなるため上限を上記の範囲とするのが好適である。なお、5重量%未満では、残渣除去性も悪く、絶縁膜のエッチングも生じやすく、絶縁膜の積層部分に段差を生じる。
<フッ化物塩以外の塩(B)>
フッ化物塩(A)と同時に、フッ化物塩以外のアンモニウム塩(B1)、フッ化物塩以外のアミン塩(B2)、フッ化物塩以外のテトラアルキルアンモニウム塩(B3)よりなる群から選ばれる少なくとも1種のフッ化物塩以外の塩(B)を含めることにより、塩濃度を上げ、フッ化物塩(A)の解離に関与する水量を減らして解離を制御し、残渣除去性の向上と絶縁膜のサイドエッチングを抑制する効果が得られる。
フッ化物塩以外のアンモニウム塩(B1)、フッ化物塩以外のアミン塩(B2)及びフッ化物塩以外のテトラアルキルアンモニウム塩(B3)よりなる群から選ばれる少なくとも1種のフッ化物塩以外の塩(B)としては、塩化物塩、臭化物塩等のハロゲン塩;ギ酸塩(ギ酸:pKa3.55)、酢酸塩(酢酸:pKa4.56)、プロピオン酸塩(プロピオン酸:pKa4.67)等のモノカルボン酸塩;シュウ酸塩(シュウ酸:pKa 3.82)、マロン酸塩(マロン酸:pKa5.28)、クエン酸塩(クエン酸:pKa5.69)等のポリカルボン塩;炭酸塩(炭酸:pKa6.35);リン酸塩(リン酸:pKa7.2)等が挙げられる。
これらの塩の中で、陰イオンがNiと錯体を形成するため、アンモニウム、アミン、テトラC1−6アルキルアンモニウムの塩化物塩、酢酸塩、シュウ酸塩、マロン酸塩、クエン酸塩等が好ましい。
具体的には、塩化アンモニウム、塩化アミン、塩化テトラメチルアンモニウム、塩化テトラエチルアンモニウム、塩化テトラブチルアンモニウム等の塩化物塩;酢酸アンモニウム、酢酸メチルアミン、酢酸エチルアミン、酢酸テトラメチルアンモニウム、酢酸テトラエチルアンモニウム、酢酸テトラブチルアンモニウム等の酢酸塩;シュウ酸アンモニウム、シュウ酸テトラメチルアンモニウム、シュウ酸テトラエチルアンモニウム、シュウ酸テトラブチルアンモニウム等のシュウ酸塩;マロン酸アンモニウム、マロン酸メチルアミン、マロン酸エチルアミン、マロン酸テトラメチルアンモニウム、マロン酸テトラエチルアンモニウム、マロン酸テトラブチルアンモニウム等のマロン酸塩;クエン酸アンモニウム、クエン酸メチルアミン、クエン酸エチルアミン、クエン酸テトラメチルアンモニウム、クエン酸テトラエチルアンモニウム、クエン酸テトラブチルアンモニウム等のクエン酸塩等が好ましい。
より好ましくは、pKaが4以上の弱酸の塩であり、特に好ましくは、酢酸アンモニウム、酢酸メチルアミン、酢酸エチルアミン、酢酸テトラメチルアンモニウム、マロン酸アンモニウム、マロン酸メチルアミン、マロン酸エチルアミン、マロン酸テトラメチルアンモニウム、マロン酸テトラエチルアンモニウム、マロン酸テトラブチルアンモニウムである。これ等のうち、モノカルボン酸のアンモニウム塩、アミン塩、テトラアルキルアンモニウム塩である酢酸アンモニウム、酢酸メチルアミン、酢酸エチルアミン、酢酸テトラメチルアンモニウムがさらに好ましく、酢酸メチルアミン、酢酸エチルアミン、酢酸テトラメチルアンモニウムが最も好ましい。
なお、フッ化物塩以外のテトラアルキルアンモニウム塩(B3)として、塩化テトラアルキルアンモニウム、酢酸テトラアルキルアンモニウム等のプロトン(H)を発生しないテトラアルキルアンモニウム塩(B3)を添加した場合、シリコン酸化膜等の絶縁膜のエッチングを増加させることなく、ニッケル含有成分を除去することができる。
これらのフッ化物塩以外のアンモニウム塩(B1)、フッ化物塩以外のアミン塩(B2)及びフッ化物塩以外のテトラアルキルアンモニウム塩(B3)よりなる群から選ばれる少なくとも1種のフッ化物塩以外の塩(B)としては、市販の結晶を用いても良いし、これらの塩を形成する酸と塩基とを水中で混合して生成した水溶液、又はこれを乾燥させた結晶、その水和物結晶等を用いても良い。
フッ化物塩以外のアンモニウム塩(B1)、フッ化物塩以外のアミン塩(B2)及びフッ化物塩以外のテトラアルキルアンモニウム塩(B3)よりなる群から選ばれる少なくとも1種のフッ化物塩以外の塩(B)の配合量(濃度)は、ニッケル含有残渣除去性の向上とHF2−発生の効率化の点から、残渣除去液中、一般に3重量%以上である。好ましくは4〜50重量%、より好ましくは5〜35重量%、特に好ましくは、10〜25重量%である。
なお、フッ化テトラアルキルアンモニウム(A3)及びフッ化物塩以外のテトラアルキルアンモニウム(B3)の合計配合量(合計濃度)は、粘性を低くする点から、残渣除去液中、15重量%未満である。好ましくは3〜14.9重量%、より好ましくは5〜14.9重量%、特に好ましくは8〜14.9重量%である。
<フッ化物塩(A)とフッ化物塩以外の塩(B)の組合せ>
上述したフッ化物塩(A)とフッ化物塩以外の塩(B)としては、解離平衡の制御の点から、同じ塩基からなるフッ化物塩(A)及びフッ化物塩以外の塩(B)を組み合わせて使用することが好ましい。なかでも、フッ化アンモニウム(A1)とフッ化物塩以外のアンモニウム塩(B1)との組合せ、フッ化アミン(A2)とフッ化物塩以外のアミン塩(B2)との組合せが好ましい。
また、効率よくHF2−を発生させ、絶縁膜のサイドエッチングを抑制して、残渣除去性を向上させるためには、フッ化アンモニウム(A1)、フッ化アミン(A2)、フッ化テトラアルキルアンモニウム(A3)よりなる群から選ばれる少なくとも1種のフッ化物塩(A)と、フッ化物塩以外のアンモニウム塩(B1)、フッ化物塩以外のアミン塩(B2)、フッ化物塩以外のテトラアルキルアンモニウム塩(B3)よりなる群から選ばれる少なくとも1種のフッ化物塩以外の塩(B)との混合比は、モル比で、(A):(B)=3:1〜1:3の範囲が好ましい。
<残渣除去液のpH>
本発明のドライプロセス後の残渣除去液のpHは、絶縁膜がエッチングされて、多層部分などに段差を生じないように調整することが必要である。絶縁膜が構造上弱い場合には、pHが7未満では、残渣除去液の中でHFが多く発生し、絶縁膜がサイドエッチングされやすく、設計寸法どおりの構造を形成できなくなる。そのため、絶縁膜の種類によらず、エッチングを抑制するためにはpH7以上であることが必要となる。好ましくはpH7〜9、より好ましくはpH7〜8.5、特に好ましくはpH7.5〜8.5である。pH9を越えると残渣除去のための処理時間が長くなるため、シリコンウェハーの裏面がエッチングされやすくなるため好ましくない。
<他の成分>
さらに、必要に応じ、界面活性剤、有機溶媒等を添加することにより、より優れた機能を追加することが可能である。
界面活性剤は、疎水性の層間絶縁膜に対して濡れ性を増し、パターンの形状によっては残渣除去液がいきわたらない場合等を防ぐために使用できる。その種類は、カチオン系、アニオン系、ノニオン系等、特に限定されない。
具体的には、カチオン系界面活性剤としては、例えば、RNHで表される1級アミン、RNHで表される2級アミン、RNで表される3級アミン、[RN]で表される4級アミン(Rは水素原子、フッ素原子もしくはOH基で置換されていてもよい炭素数1〜12の直鎖もしくは分岐鎖状アルキル基、又はフッ素原子もしくはOH基で置換されていてもよいフェニル基;Mは一価の陰イオンである)等が挙げられる。具体的には、CH(CHNH、(CH(CHNH、(CH(CHN、(CH(CHNCl、CH(CHN((CHOH)、CF(CFNH、(CF(CFNH、(CF(CFN、(CF(CFNCl、CF(CFN((CHOH)、CNH、(CH(CHNH(nは1〜30の整数である。)等が挙げられる。
アニオン系界面活性剤としては、親水基が−COOM、−SOM、−OSOM(Mは水素原子、金属原子又はアンモニウム基である。)であるカルボン酸型、スルホン酸型又は硫酸エステル型の界面活性剤が好ましい。
カルボン酸型界面活性剤としては、具体的には、CF(CFCOOH、(CFCF(CFCOOH、HCF(CFCOOH、CF(CF(CHCOOH、CF(CFCF=CH(CHCOOH、Cl(CFCFCl)CFCOOH(nは2〜17、mは1〜2、pは1〜9の整数である)で示されるものや、これらのアルカリ金属塩、アンモニウム塩、第一アミン塩、第二アミン塩、第三アミン塩等が挙げられる。
また、スルホン酸型界面活性剤及び硫酸エステル型界面活性剤としては、例えば、C2n+1SOM、C2n+1O(CHCHO)SOM、C2n+1PhSOM、C2n+1PhO(CHCHO)SOM又はC2n+1Ph(SOH)OPhSOM(Mは水素原子、金属原子又はアンモニウム基;Phはフェニレン基;nは5〜20の整数;mは0〜20の整数である)。これらの具体例としては、C1225O(CHCHO)SOH、C19PhO(CHCHO)SOH、C1225O(CHCHO)SOH、C11PhSOH、C17OPhSOH、RCH=CH(CHSOH(Rは、水素原子がフッ素原子で置換されていてもよい炭化水素基である)、C1225OSOH、C1225Ph(SOH)OPhSOHで示されるものや、これらの金属塩、アンモニウム塩、第一アミン塩、第二アミン塩、第三アミン塩等が挙げられる。
非イオン系界面活性剤としては、親水基が−R’(CHCHO)R”又は−R’O(CHCHO)R”(R”は水素原子、炭素数1〜10のアルキル基;R’は、水素原子がフッ素原子で置換されていてもよい炭素数1〜20の炭化水素基;qは0〜20の整数を示す)で示されるポリエチレングリコール型の界面活性剤が好ましい。具体的には、C17O(CHCHO)CH(rは2〜30の整数である)、C19Ph(CHCHO)10H、C1225O(CHCHO)H、C19PhO(CHCHO)10H、C19PhO(CHCHO)H、C17PhO(CHCHO)H、C17Ph(CHCHO)10H(Phはフェニレン基である)等が挙げられる。
界面活性剤の配合量(濃度)は、残渣除去液中、一般に0.00001〜5重量%、好ましくは0.0001〜3重量%が好ましい。0.00001重量%より少ないと界面活性効果が小さい傾向があり、5重量%より多く配合してもその効果の変化は少なくなる傾向がある。
有機溶媒は、残渣中に有機成分が存在する場合に、この有機成分の除去を容易にするために使用することができる。有機溶媒は、特に限定されないが、H(プロトン)を解離させず、ドナー数が高いものが好ましい。例えば、ジメチルスルホキシド(DMSO)などのスルホキシド類、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルアセトアミド(DMA)、N−メチルピロリドン(NMP)などのアミド類等が挙げられる。
有機溶媒の配合量(濃度)は、残渣除去液中、一般に1〜40重量%程度であればよい。好ましくは3〜20重量%、さらに好ましくは、5〜10重量%である。
本発明の残渣除去液に含まれる水の割合は、残渣除去液中、通常30〜95重量%程度、好ましくは40〜80重量%程度であり、水以外の成分の配合量に応じて決定することができる。
<好ましい組成>
以下に、具体的な好ましい残渣除去液を例示する。
例えば、フッ化アンモニウム(A1)、フッ化アミン(A2)、フッ化テトラアルキルアンモニウム(A3)よりなる群から選ばれる少なくとも1種のフッ化物塩(A)とフッ化物塩以外のアンモニウム塩(B1)、フッ化物塩以外のアミン塩(B2)、フッ化物塩以外のテトラアルキルアンモニウム塩(B3)よりなる群から選ばれる少なくとも1種のフッ化物塩以外の塩(B)と水(C)とを含む残渣除去液の場合、フッ化物塩(A)の配合量(濃度)は6〜60重量%程度(好ましくは15〜40重量%程度)、フッ化物塩以外の塩(B)は4〜50重量%程度(好ましくは10〜25重量%程度)、残りは水(C)である。この残渣除去液の好ましいpHは7〜9程度(好ましくは7〜8程度)である。
例えば、フッ化アンモニウム(A1)、フッ化アミン(A2)、フッ化テトラアルキルアンモニウム(A3)よりなる群から選ばれる少なくとも1種のフッ化物塩(A)とフッ化物塩以外のアンモニウム塩(B1)、フッ化物塩以外のアミン塩(B2)、フッ化物塩以外のテトラアルキルアンモニウム塩(B3)よりなる群から選ばれる少なくとも1種のフッ化物塩以外の塩(B)と水(C)と有機溶媒とを含む残渣除去液の場合、フッ化物塩(A)の配合量は6〜60重量%程度(好ましくは15〜40重量%程度)、フッ化物塩以外の塩(B)は4〜50重量%程度(好ましくは10〜25重量%程度)、有機溶媒の配合量は1〜40重量%程度(好ましくは3〜20重量%程度)、残りは水(C)である。この残渣除去液のpHは7〜9程度(好ましくは7〜8程度)である。なお、有機溶媒としては、DMSO、DMF、DMA等が好適である。
例えば、フッ化アンモニウム(A1)、フッ化アミン(A2)、フッ化テトラアルキルアンモニウム(A3)よりなる群から選ばれる少なくとも1種のフッ化物塩(A)とフッ化物塩以外のアンモニウム塩(B1)、フッ化物塩以外のアミン塩(B2)、フッ化物塩以外のテトラアルキルアンモニウム塩(B3)よりなる群から選ばれる少なくとも1種のフッ化物塩以外の塩(B)と水(C)と界面活性剤とを含む残渣除去液の場合、フッ化物塩(A)の配合量は10〜60重量%程度(好ましくは15〜40重量%程度)、フッ化物塩以外の塩(B)は4〜50重量%程度(好ましくは5〜35重量%程度)、界面活性剤の配合量は0.00001〜5重量%程度(好ましくは0.0001〜3重量%程度)、残りは水(C)である。この残渣除去液のpHは7〜9程度(好ましくは7〜8程度)である。なお、界面活性剤としては、C1225Ph(SOH)OPh(SOH)(Phはフェニレン基である)やそのアンモニウム塩等が好適である。
II.除去対象残渣
本発明の残渣除去液で処理される対象物は、主として除去されるべきニッケルシリサイド(NiSi)上に形成される酸化膜、ドライプロプロセス後の残渣、及び保護されるべきNiSi表面である。
NiSi酸化膜としては、ドライエッチング及び/又はアッシング時に形成されたNiSi酸化物、或いはプロセス間の移動などにより大気に曝された場合に、金属が自然に酸化されてできたNiSiの自然酸化膜等が挙げられる。これらの組成としては、NiO、SiO等が多く含まれる。
ドライプロプロセス後の残渣は、導電性金属として、NiSiを用いて成膜したウェハーにおいて、NiSi構造のNiSi表面上のNiSi酸化膜、及び/又は、ドライエッチング及び/又はアッシングにより形成されたNiSi酸化物を含むNiSi変質物からなる。この残渣は、主にパターンが形成されたNiSi上やシリコン酸化膜やシリコン窒化膜などの絶縁膜で形成されたパターンの側壁および層間絶縁膜基板表面に付着する。
NiSi上に形成される残渣は、ドライエッチング及び/又はアッシングにより、損傷を受けて酸化及び/又はフッ素化されたNiSi酸化物とそのNiSiとの混合物からなる変質物残渣であり、電気抵抗が増大したものである。このNiSi変質物は、酸化及び/又はフッ素化されたNiSi酸化物及びNiSiからなるので、その電気抵抗はNiO、SiOに近い絶縁層となる。
シリコン酸化膜やシリコン窒化膜等の絶縁膜で形成されたパターンの側壁に付着する残渣は、NiSi変質物のほかにNiSi自体がドライエッチングでスパッタリングされたものがあり、SiやNiを含んでいる場合がある。また、層間絶縁膜基板表面の残渣は、アッシングすることにより除去しきれなかったレジスト、反射防止膜及び埋め込み剤等の有機物や無機マスクを用いたプロセスでの残留物に、ドライエッチングの際にホールやトレンチの底から飛来した若干のSi、NiやNiSi変質物を含んだものであると推測できる。
本明細書において、絶縁膜とは、主にシリコン酸化膜(SiO)及びこのドープ膜、シリコン窒化膜(SiN)、Low−k膜、porous−Low−k膜等のことであり、例えば、フッ素を含んだシリコン酸化膜(FSG膜)も包含される。また、シリコン酸化膜は、プラズマ、塗布、熱等のその製法によらない。
Low−k膜、porous−Low−k膜は、比誘電率が1より大きく4以下程度、好ましくは3以下程度、より好ましくは2.8以下程度、さらに好ましくは2.6以下程度の絶縁膜を意味する。Low−k膜は主に塗布またはプラズマCVDにより生成される。
具体的には、LKDシリーズ(商品名、JSR(株)製)、HSGシリーズ(商品名、日立化成工業(株)製)、Nanoglass(商品名、Honeywell社製)、IPS(商品名、触媒化成工業(株)製)、ZM(商品名、Dow Corning社製)、XLK(商品名、Dow Corning社製)、FO(商品名、Dow Corning社製)、Orion(商品名、Tricon社製)、NCS(商品名、触媒化成工業(株)製)、SiLK、porous−SiLK(商品名、Dow Corning社製)等の無機SOG(HSG:水素化シルセスキオキサン)、有機SOG膜(MSQ膜:メチルシルセスキオキサン膜)、ポリアリルエーテル等を主成分とする有機ポリマー膜とよばれる塗布膜や、Black Diamond(商品名、アプライドマテリアルズ社製)、コーラル(商品名、Novellus社製)、オーロラ(商品名、ASM社製)に代表されるプラズマCVD膜等があるが、これらに限定されるものではない。
レジストとしては、KrF(クリプトンエフ)、ArF、Fレジスト等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
III.NiSi酸化物及び/又はドライプロセス後の残渣の除去
本発明の残渣除去方法は、主として、NiSiを有する半導体基板に存在する残渣を除去する方法である。具体的には、NiSi(ニッケルシリサイド)を含む電流端子電極を有し、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、低誘電率膜(Low−k膜)のいずれか1種以上の層間絶縁膜を有する半導体基板に存在するドライプロセス後の残渣を、上記の残渣除去液を用いて除去するものである。
本発明は半導体デバイスの製造方法をも提供する。該製造方法は、(1)ニッケルシリサイド(NiSi)を含む電流端子電極を有し、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜及び低誘電率膜(Low−k膜)よりなる群から選ばれる少なくとも1種の層間絶縁膜を有する半導体基板をドライエッチング及び/又はアッシングする工程、並びに(2)上記(1)で処理された半導体基板を上記の残渣除去液と接触させる工程を含むことを特徴とする。
残渣除去の処理は、被処理物である半導体基板を残渣除去液に接触させて行う。残渣除去液への接触方法は、NiSi酸化物、及び/又は、ドライプロセス後の残渣が除去でき、NiSiの腐食を抑えて、絶縁膜に実質的にダメージを与えなければ特に限定されることはなく、対象残渣、残渣除去液の種類、温度等の条件に応じて適宜設定することができる。
接触方法としては、例えば、残渣除去液をためた槽に、カセットに入った多量の被処理物(ウェハー)を浸漬させるバッチ式、回転させた被処理物(ウェハー)の上から残渣除去液をかけて洗浄する枚葉式、被処理物(ウェハー)に残渣除去液をスプレーで吹付け続けて洗浄するスプレー式等、種々の接触方法が用いられる。
残渣除去液の温度は、例えば10〜60℃程度、好ましくは15〜40℃程度である。接触時間も限定されず適宜選択することができ、例えば、0.5分〜30分程度、好ましくは1分〜15分程度である。
また、バッチ式の場合は、必要に応じて、撹拌下の残渣除去液にウェハーを浸漬してもよい。撹拌の速度も限定されず、適宜選択することができる。不要物が除去しにくい場合、例えば被処理物を残渣除去液に浸漬して超音波洗浄を行ってもよい。超音波は、80kHz以上であればよく、好ましくは80kHz〜10MHz、例えば100kHz〜3MHzである。
本発明のNiSi酸化物の除去方法は、さらに、NiSi酸化物、及び/又は、ドライプロセス後の残渣を除去したウェハーを、純水で洗浄することにより行うことができる。この洗浄工程により本発明の残渣除去液を洗い流すことができる。
本発明の残渣除去液を用いてNiSi酸化物、及び/又は、ドライプロセス後の残渣の除去を行った半導体基板は、様々な種類の半導体装置(デバイス)へと加工することができる。
以下に実施例を示し、発明の特徴を明確にする。本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
コンタクトホールが形成されたNiSi構造を持つテストパターン付きウェハーを用いた。該ウェハーは、NiSi基板上に、NSG(常圧CVDで形成したSiO膜)、シリコン窒化膜SiN、及びP−SiO膜(プラズマで形成したSiO膜)が順に積層された絶縁膜を有する。
テストパターン付きウェハーをフルオロカーボンプラズマでドライエッチングした後に、酸素プラズマでアッシングした。ドライプロセス後の残渣は、ビアホール底に多く存在し、ビアホール側壁とlow−k基板表面に若干みられる。
このテストパターン付きウェハーを、実施例及び比較例で示した薬液に撹拌下(約600rpm)所定時間浸漬した。その後、超純水の流水でリンス、乾燥してドライプロセス後の残渣除去処理を行った。
この残渣除去処理の後、コンタクトホールについて、ドライプロセス後の残渣除去の状態と断面形状を電子顕微鏡(SEM)で観察した。
テスト結果の判定基準を表1に示す。
Figure 2009289774
実施例1〜20
実施例1〜20の残渣除去液を表2に記載の組成及び配合割合で調製した。テストパターン付きウェハーの残渣除去液への浸漬温度及び時間も表2に示す。すべての残渣除去液のpHは、7.5〜8.5の範囲に収まるように調整した。
Figure 2009289774
実施例1〜20の残渣除去液を用いてテストした結果を表3に示す。
Figure 2009289774
表2及び3より、実施例1〜20の残渣除去液を用いて実験した場合、いずれの評価も優れていた。
実施例21
実施例15の残渣除去液に、C1225Ph(SONH)OPh(SONH)を500ppm添加した場合、残渣除去時間が5分から4分に短縮できた。
比較例1〜11
比較例1〜11の薬液を表4に記載の組成及び配合割合で調製した。テストパターン付きウェハーの薬液への浸漬温度及び時間も表4に示す。すべての薬液のpHは7.5〜8.5の範囲に収まるように調整した。
Figure 2009289774
比較例1〜11の薬液を用いてテストした結果を表5に示す。
Figure 2009289774
比較例1〜3では、Fが少なくHF が生成できないため、残渣除去性が悪い。また、生成したHFにより絶縁膜にサイドエッチングを生じやすい。
比較例4〜7では、フッ素化合物がないため、残渣除去性が悪い。
比較例8〜11では、フッ化物以外の塩が存在するため、絶縁膜のサイドエッチングは抑制されているが、フッ化物イオン(F)の量が足りないため、残渣除去性が悪い。

Claims (15)

  1. ニッケルシリサイド(NiSi)を含む半導体基板をドライエッチング及び/又はアッシングした後に存在する残渣の除去液であって、
    (A)フッ化アンモニウム(A1)、フッ化アミン(A2)、フッ化テトラアルキルアンモニウム(A3)よりなる群から選ばれる少なくとも1種のフッ化物塩、
    (B)フッ化物塩以外のアンモニウム塩(B1)、フッ化物塩以外のアミン塩(B2)、フッ化物塩以外のテトラアルキルアンモニウム塩(B3)よりなる群から選ばれる少なくとも1種のフッ化物塩以外の塩、並びに
    (C)水
    を含み、
    フッ化物塩(A)の濃度が5重量%以上、フッ化物塩以外の塩(B)の濃度が3重量%以上、フッ化テトラアルキルアンモニウム(A3)及びフッ化物塩以外のテトラアルキルアンモニウム塩(B3)の合計濃度が15重量%未満であり、pHが7〜9である残渣除去液。
  2. フッ化アミン(A2)が、フッ化メチルアミン、フッ化エチルアミン及びフッ化ブチルアミンよりなる群から選ばれる少なくとも1種である請求項1に記載の残渣除去液。
  3. フッ化テトラアルキルアンモニウム(A3)が、フッ化テトラメチルアンモニウム、フッ化テトラエチルアンモニウム及びフッ化テトラブチルアンモニウムよりなる群から選ばれる少なくとも1種である請求項1又は2に記載の残渣除去液。
  4. フッ化物塩以外の塩(B)が、pKaが4以上である弱酸の塩である請求項1〜3のいずれかに記載の残渣除去液。
  5. 弱酸の塩が、モノカルボン酸のアンモニウム塩、モノカルボン酸のアミン塩及びモノカルボン酸のテトラアルキルアンモニウム塩よりなる群から選ばれる少なくとも1種である請求項4に記載の残渣除去液。
  6. 弱酸の塩が、酢酸アンモニウム、酢酸メチルアミン、酢酸エチルアミン及び酢酸テトラメチルアンモニウムよりなる群から選ばれる少なくとも1種である請求項4又は5に記載の残渣除去液。
  7. フッ化物塩以外のテトラアルキルアンモニウム塩(B3)が、塩化テトラアルキルアンモニウム及び酢酸テトラアルキルアンモニウムよりなる群から選ばれる少なくとも1種である請求項1〜3のいずれかに記載の残渣除去液。
  8. フッ化物塩以外の塩(B)が、フッ化物塩(A)と同じ塩基からなる塩である請求項1〜7に記載の残渣除去液。
  9. フッ化物塩(A)がフッ化アンモニウム(A1)であり、フッ化物塩以外の塩(B)がフッ化物塩以外のアンモニウム塩(B1)である請求項1〜8のいずれかに記載の残渣除去液。
  10. フッ化物塩(A)がフッ化アミン(A2)であり、フッ化物塩以外の塩(B)がフッ化物塩以外のアミン塩(B2)である請求項1〜8のいずれかに記載の残渣除去液。
  11. さらに界面活性剤を含む請求項1〜10のいずれかに記載の残渣除去液。
  12. さらに有機溶媒を含む請求項1〜11のいずれかに記載の残渣除去液。
  13. ニッケルシリサイド(NiSi)を含む半導体基板をドライエッチング及び/又はアッシングした後に存在する残渣を除去する方法であって、
    該ドライエッチング及び/又はアッシング後の半導体基板を、請求項1〜12のいずれかに記載の残渣除去液と接触させることを特徴とする残渣除去方法。
  14. 前記半導体基板が、ニッケルシリサイド(NiSi)を含む電流端子電極を有し、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜及び低誘電率膜(Low−k膜)よりなる群から選ばれる少なくとも1種の層間絶縁膜を有する請求項13に記載の残渣除去方法。
  15. (1)ニッケルシリサイド(NiSi)を含む電流端子電極を有し、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜及び低誘電率膜(Low−k膜)よりなる群から選ばれる少なくとも1種の層間絶縁膜を有する半導体基板をドライエッチング及び/又はアッシングする工程、並びに
    (2)上記(1)で処理された半導体基板を請求項1〜12のいずれかに記載の残渣除去液と接触させる工程を含むことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2020129552A1 (ja) * 2018-12-21 2020-06-25 東京応化工業株式会社 半導体基板の製造方法

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