JP2003289060A - Cleaning liquid for substrate for semiconductor device and cleaning method - Google Patents
Cleaning liquid for substrate for semiconductor device and cleaning methodInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイス用
基板の洗浄液および洗浄方法に関し、金属汚染やパーテ
ィクル汚染が問題となる半導体、ガラス、金属、セラミ
ックス、樹脂、磁性体、超伝導体などの基板表面の洗浄
に使用される洗浄液に関する。詳しくは、本発明は、高
清浄な基板表面が要求される、半導体素子やディスプレ
イデバイス用などの半導体デバイス用基板を製造する工
程における、半導体デバイス用基板表面を洗浄するため
の洗浄液および洗浄方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cleaning liquid and a cleaning method for a semiconductor device substrate, and a substrate of semiconductor, glass, metal, ceramics, resin, magnetic material, superconductor, etc. in which metal contamination or particle contamination is a problem. The present invention relates to a cleaning liquid used for cleaning a surface. More specifically, the present invention relates to a cleaning liquid and a cleaning method for cleaning the surface of a semiconductor device substrate in the process of manufacturing a semiconductor device substrate for semiconductor elements or display devices, which requires a highly clean substrate surface. .
【0002】本発明の洗浄液および洗浄方法は、特に、
シリコン等の半導体材料、窒化シリコン、酸化シリコ
ン、ガラス、低誘電率(Low−k)材料などの絶縁材
料、遷移金属または遷移金属化合物などを表面の一部ま
たは全面に有する半導体デバイス用基板に於いて、基板
表面に付着したシリカ粒子、アルミナ粒子、有機物粒子
の様な微小粒子(パーティクル)、レジスト残渣などの
有機汚染、金属汚染を除去し、併せて再付着を抑制し、
基板表面の荒れや腐食を引き起こすことなく高度に清浄
化することが出来る。The cleaning liquid and cleaning method of the present invention are
A semiconductor device substrate having a semiconductor material such as silicon, an insulating material such as silicon nitride, silicon oxide, glass, a low dielectric constant (Low-k) material, or a transition metal or a transition metal compound on a part or the entire surface thereof. In addition, silica particles, alumina particles, fine particles (particles) such as organic particles, organic contaminants such as resist residues, and metallic contaminants attached to the substrate surface are removed, and reattachment is suppressed,
It can be highly cleaned without causing the surface of the substrate to be rough or corroded.
【0003】[0003]
【従来の技術】TFT液晶などのフラットパネルディス
プレイ、マイクロプロセッサー、メモリー、CCD等の
半導体デバイスの製造工程では、シリコン、酸化シリコ
ン(SiO2)、ガラス等の基板表面にサブミクロン乃
至クォータミクロンの寸法でパターン形成や薄膜形成を
行っている。従って、これらの製造の各工程に於いて
は、当該基板表面の僅かな汚染も除去し、基板表面を高
度に清浄化することが極めて重要な課題となっている。
汚染の中でも、特に、微小な汚染であるパーティクル汚
染および金属汚染は、その全てを除去することが困難で
ある。しかし、斯かる汚染によって半導体デバイスの電
気的特性や歩留まりが低下するため、この様な汚染を次
工程に持ち込む前に極力除去する必要がある。そして、
この様な汚染の除去には、洗浄液による基板表面の洗浄
が一般的に行われている。2. Description of the Related Art In the process of manufacturing semiconductor devices such as flat panel displays such as TFT liquid crystal, microprocessors, memories and CCDs, the sub-micron or quarter-micron size is applied to the surface of a substrate such as silicon, silicon oxide (SiO 2 ) and glass. Pattern formation and thin film formation are performed by. Therefore, in each of these manufacturing steps, it is extremely important to remove even a slight contamination of the surface of the substrate and highly clean the surface of the substrate.
Among the contaminations, it is difficult to remove all of the particulate contaminations and the metallic contaminations, which are minute contaminations. However, such contamination lowers the electrical characteristics and yield of semiconductor devices, so it is necessary to remove such contamination as much as possible before bringing it to the next step. And
To remove such contaminants, cleaning of the substrate surface with a cleaning liquid is generally performed.
【0004】近年、半導体デバイスの製造に於いては一
層のスループット向上、生産効率化が要求されている。
そして、益々微細化・高集積化傾向にある半導体デバイ
ス製造用の基板については、基板表面のパーティクル汚
染および金属汚染の除去性のみならず除去後の再付着防
止性に優れ、且つ、迅速に基板表面を高度に清浄化し得
る洗浄液および洗浄方法が望まれている。In recent years, further improvement in throughput and improvement in production efficiency have been required in the manufacture of semiconductor devices.
For semiconductor device manufacturing substrates, which are becoming more and more miniaturized and highly integrated, the substrate surface is excellent not only in removing particle contamination and metal contamination on the substrate surface but also in preventing re-deposition after removal. A cleaning liquid and a cleaning method capable of highly cleaning a surface are desired.
【0005】一般に、パーティクル汚染の除去に使用す
る洗浄液としては、アルカリ性水溶液が有効であること
が知られている。半導体デバイス用基板表面の洗浄に
は、アンモニア水溶液、水酸化カリウム水溶液、水酸化
テトラメチルアンモニウム水溶液などのアルカリ性水溶
液が使用されている。また、アンモニア、過酸化水素、
水を含む洗浄液(「SC−1洗浄液」又は「APM洗浄
液」という。)による洗浄(「SC−1洗浄」又は「A
PM洗浄」という。)も広く使用されている(例えば非
特許文献1参照)。It is generally known that an alkaline aqueous solution is effective as a cleaning liquid used for removing particle contamination. An alkaline aqueous solution such as an aqueous ammonia solution, an aqueous potassium hydroxide solution, or an aqueous tetramethylammonium hydroxide solution is used for cleaning the surface of the semiconductor device substrate. Also, ammonia, hydrogen peroxide,
Cleaning with a cleaning liquid containing water (referred to as "SC-1 cleaning liquid" or "APM cleaning liquid") ("SC-1 cleaning" or "A")
PM cleaning ". ) Is also widely used (see Non-Patent Document 1, for example).
【0006】そして、最近では、この様なアルカリ性洗
浄液の性能を改善すべく、具体的には半導体デバイス用
基板表面のエッチングを抑制し、また、表面荒れを抑制
し且つ基板表面の濡れ性も向上させ、そして、パーティ
クル汚染の除去性を向上させること等を目的として、ア
ルカリ性洗浄液に様々な界面活性剤を添加することが種
々提案されている。Recently, in order to improve the performance of such an alkaline cleaning solution, specifically, the etching of the substrate surface for semiconductor devices is suppressed, the surface roughness is suppressed, and the wettability of the substrate surface is also improved. Various additions of various surfactants to the alkaline cleaning liquid have been proposed for the purpose of improving the removal property of particle contamination.
【0007】例えば、洗浄液による基板表面の荒れを抑
制するため、アルカリ性の過酸化水素水溶液に界面活性
剤を添加し、基板表面に対する洗浄液の接触角を10度
以下にすることが提案されている(例えば特許文献1参
照)。また、基板表面への洗浄液の濡れ性を向上させる
ため、エチレンオキサイドの付加モル数が3〜10であ
るエチレンオキサイド付加型非イオン系界面活性剤を添
加した過酸化水素含有アルカリ性洗浄液が提案されてい
る(例えば特許文献2参照)。For example, in order to prevent the surface of the substrate from being roughened by the cleaning liquid, it has been proposed to add a surfactant to an alkaline aqueous solution of hydrogen peroxide so that the contact angle of the cleaning liquid with respect to the substrate surface is 10 degrees or less ( See, for example, Patent Document 1. Further, in order to improve the wettability of the cleaning liquid on the substrate surface, a hydrogen peroxide-containing alkaline cleaning liquid to which an ethylene oxide addition type nonionic surfactant having an ethylene oxide addition mole number of 3 to 10 is added has been proposed. (For example, see Patent Document 2).
【0008】また、代表的な半導体デバイス基板である
シリコン基板の表面のエッチングを抑制するため、アル
カリ性洗浄液に様々な界面活性剤を添加することが提案
されている(例えば特許文献3参照)。特に、有機物汚
染の除去性能を向上させるために、特定の界面活性剤を
含有する半導体デバイス用基板の洗浄に使用する洗浄液
が提案されている(例えば特許文献4参照)。汚染除去
性向上のため、過酸化水素含有アルカリ性洗浄液にアル
キルベンゼンスルホン酸を添加することも提案されてい
る(例えば特許文献5参照)。また、パーティクル除去
性向上のため、フルオロアルキルスルホンアミド化合物
よりなるフッ素系界面活性剤をAPM洗浄液に添加する
ことも提案されている(例えば特許文献6参照)。Further, in order to suppress the etching of the surface of a silicon substrate, which is a typical semiconductor device substrate, it has been proposed to add various surfactants to an alkaline cleaning liquid (see, for example, Patent Document 3). In particular, a cleaning liquid used for cleaning a semiconductor device substrate containing a specific surfactant has been proposed in order to improve the performance of removing organic contaminants (see, for example, Patent Document 4). It has also been proposed to add alkylbenzene sulfonic acid to a hydrogen peroxide-containing alkaline cleaning liquid in order to improve the stain removal property (see, for example, Patent Document 5). In addition, it has been proposed to add a fluorine-based surfactant made of a fluoroalkylsulfonamide compound to the APM cleaning liquid in order to improve the particle removing property (see, for example, Patent Document 6).
【0009】また、半導体デバイス用基板の洗浄に於い
ては、上記のアルカリ性洗浄液以外に、酸性洗浄液も有
用である。一般的に、酸性洗浄液は基板表面の金属汚染
除去には有効だが、パーティクル汚染の除去には不向き
であることから、パーティクル汚染の除去性向上などを
目的として、酸性洗浄液にも様々な界面活性剤を添加す
ることが提案されている。例えば、特定の界面活性剤と
フッ化水素酸を使用してシリコンウエーハを洗浄するこ
とが提案されている(例えば特許文献7参照)。In cleaning the semiconductor device substrate, an acidic cleaning liquid is also useful in addition to the above alkaline cleaning liquid. Generally, an acidic cleaning solution is effective for removing metal contamination on the substrate surface, but it is not suitable for removing particle contamination.Therefore, various surfactants are used in the acidic cleaning solution for the purpose of improving the ability to remove particle contamination. Has been proposed. For example, it has been proposed to clean a silicon wafer using a specific surfactant and hydrofluoric acid (see, for example, Patent Document 7).
【0010】また、シリコンウエーハの洗浄に使用する
フッ酸水溶液に、界面活性剤およびオゾンを添加するこ
とが提案されている(例えば特許文献8参照)。金属配
線を表面に有する基板に吸着した金属不純物およびパー
ティクル汚染の除去のため、分散剤および/または界面
活性剤に有機酸化合物を添加することも提案されている
(例えば特許文献9参照)。Further, it has been proposed to add a surfactant and ozone to a hydrofluoric acid aqueous solution used for cleaning a silicon wafer (see, for example, Patent Document 8). It has also been proposed to add an organic acid compound to a dispersant and / or a surfactant in order to remove metal impurities and particle contamination adsorbed on a substrate having a metal wiring on its surface (see, for example, Patent Document 9).
【0011】また、近年、半導体デバイスの微細化・高
積層化に伴い、半導体デバイスにおける微小な半導体素
子間を繋ぐ、配線(以下、単に「配線」という。)や、
半導体素子における電極(以下、単に「電極」とい
う。)に使用する金属材料として、新たに銅(Cu)や
タングステン(W)等の新金属材料が導入されつつあ
る。具体的には、例えば、配線材料としては、従来から
使用されたきたアルミニウム(Al)より抵抗値が低い
Cuが採用されつつある。In recent years, with the miniaturization and high stacking of semiconductor devices, wiring (hereinafter, simply referred to as “wiring”) connecting minute semiconductor elements in the semiconductor device,
New metal materials such as copper (Cu) and tungsten (W) are being introduced as metal materials used for electrodes (hereinafter, simply referred to as “electrodes”) in semiconductor elements. Specifically, for example, as a wiring material, Cu having a lower resistance value than that of aluminum (Al) which has been conventionally used is being adopted.
【0012】また、他の新規な材料として、積層構造を
有する半導体素子間の層間絶縁膜が挙げられる。この層
間絶縁膜としては、従来から使用されているSiO2膜
よりも、誘電率の低い、有機ポリマー材料や無機ポリマ
ー材料からなる膜を使用した低誘電率膜が採用されつつ
ある。この層間絶縁膜は、半導体デバイスの製造工程
中、金属配線がその表面に形成された後に行う基板の洗
浄工程(以下、「後工程」ということがある。)の際、
配線と共に基板上に露出している。Another novel material is an interlayer insulating film between semiconductor elements having a laminated structure. As this interlayer insulating film, a low dielectric constant film using a film made of an organic polymer material or an inorganic polymer material having a lower dielectric constant than that of a conventionally used SiO 2 film is being adopted. This interlayer insulating film is used in a substrate cleaning process (hereinafter, may be referred to as a “post process”) performed after the metal wiring is formed on the surface of the semiconductor device during the manufacturing process.
It is exposed on the board together with the wiring.
【0013】また、電極には、抵抗値が低く微細加工に
有利な電極材料として、タングステンが導入されつつあ
る。電極は、通常、金属配線形成前の基板の洗浄工程
(以下、「前工程」ということがある。)の際、基板表
面上に露出している。従来、前工程に於いて洗浄する基
板表面は全てSi化合物で構成されていたので、僅かな
汚染でも半導体デバイスに影響が出るために、基板表面
を高度に清浄化する必要があった。そのため、RCA洗
浄による強力な洗浄が必須であった。Further, tungsten is being introduced into electrodes as an electrode material having a low resistance value and advantageous for fine processing. The electrodes are usually exposed on the surface of the substrate during the step of cleaning the substrate before forming the metal wiring (hereinafter sometimes referred to as “pre-process”). Conventionally, the surface of the substrate to be cleaned in the previous step was entirely composed of a Si compound, and therefore even slight contamination affects the semiconductor device, so that it was necessary to highly clean the surface of the substrate. Therefore, strong cleaning by RCA cleaning is essential.
【0014】近年は、上述した様な新材料が表面に露出
している様な基板をも、高度に洗浄すべく、先述した様
々な提案の適応が試みられている。In recent years, attempts have been made to apply the above-mentioned various proposals in order to highly clean even a substrate in which the above-mentioned new material is exposed on the surface.
【0015】[0015]
【非特許文献1】W.Kern and D.A.Puotinen: RCA Revie
w, p.187, June (1970)[Non-Patent Document 1] W. Kern and DAPuotinen: RCA Revie
w, p.187, June (1970)
【特許文献1】特開平5−335294号公報[Patent Document 1] JP-A-5-335294
【特許文献2】特許第3169024号公報[Patent Document 2] Japanese Patent No. 3169024
【特許文献3】特開2001−40389号公報[Patent Document 3] JP 2001-40389 A
【特許文献4】特開平11−121418号公報[Patent Document 4] Japanese Patent Laid-Open No. 11-121418
【特許文献5】特開平7−245281号公報[Patent Document 5] Japanese Patent Laid-Open No. 7-245281
【特許文献6】特開平5−251416号公報[Patent Document 6] JP-A-5-251416
【特許文献7】特開平7−216392号公報[Patent Document 7] JP-A-7-216392
【特許文献8】特開平8−69990号公報[Patent Document 8] Japanese Unexamined Patent Publication No. 8-69990
【特許文献9】特開2001−7071号公報[Patent Document 9] Japanese Patent Laid-Open No. 2001-7071
【0016】[0016]
【発明が解決しようとする課題】Al配線を使用した従
来の後工程では、Al配線が強酸や強アルカリに弱いこ
とや、前工程に比べて金属汚染の影響が低いことから、
超純水や有機溶媒による簡単な洗浄のみが行われてい
た。しかし、Alに代わりCuを使用すると、以下の様
な二つの問題が新たに生じた。In the conventional post-process using Al wiring, the Al wiring is vulnerable to strong acid and strong alkali, and the influence of metal contamination is lower than that in the previous step.
Only simple cleaning with ultrapure water or organic solvent was performed. However, when Cu is used instead of Al, the following two problems newly arise.
【0017】第一に、CuはSiにとって最も嫌われる
汚染物質の一つであり、半導体素子表面の酸化膜(Si
O2膜)中におけるCuの拡散速度が速く、その悪影響
度はAlを遙かに上回ることが問題となっていた。First, Cu is one of the pollutants most disliked by Si, and the oxide film (Si
The diffusion rate of Cu in the (O 2 film) is high, and the adverse effect thereof is far higher than that of Al.
【0018】第二に、Alと異なりCuはドライエッチ
ングが出来ない点が問題である。Cuによる配線を形成
するには、予め(Cu配線を形成するための)溝を掘っ
た絶縁膜にCuめっきを施して配線を形成し、次いで、
不要部分をCMP(Chemical Mechani
cal Polishing)等の方法によって削り取
る方法、所謂ダマシン法による配線形成をせざるを得な
い。Secondly, unlike Al, Cu cannot be dry-etched, which is a problem. In order to form a wiring made of Cu, an insulating film having a groove (for forming a Cu wiring) previously formed is subjected to Cu plating to form a wiring, and then,
Unnecessary parts are CMP (Chemical Mechanical)
There is no choice but to form a wiring by a so-called damascene method, which is a scraping method such as cal polishing).
【0019】上記のダマシン法による配線形成では大量
のCuと、CMPに使用したスラリー中の研磨粒子(酸
化アルミニウム粒子などに代表されるパーティクル)
が、Cu配線や低誘電率膜表面を汚染してしまうことが
問題となる。この様な基板表面の汚染は、もはや超純水
や有機溶媒による簡単な洗浄では除去できず、深刻な問
題となっていた。In the wiring formation by the damascene method described above, a large amount of Cu and polishing particles (particles typified by aluminum oxide particles) in the slurry used for CMP are used.
However, contamination of the Cu wiring and the surface of the low dielectric constant film poses a problem. Such contamination of the substrate surface can no longer be removed by simple cleaning with ultrapure water or an organic solvent, which is a serious problem.
【0020】上記の様な汚染に対して、強酸や強アルカ
リによる従来のRCA洗浄を行うと、CuやW等の新金
属材料は過酸化水素に対して溶解してしまうという問題
が新たに生じていた。そして、更に、低誘電率膜表面は
疎水性なので洗浄液の濡れ性が悪く、洗浄液をはじいて
しまい、特に、パーティクル汚染の除去を充分に除去し
難いという問題がある。When the conventional RCA cleaning with a strong acid or a strong alkali is carried out against the above-mentioned contamination, a new problem arises that new metal materials such as Cu and W are dissolved in hydrogen peroxide. Was there. Further, since the surface of the low dielectric constant film is hydrophobic, the wettability of the cleaning liquid is poor and the cleaning liquid is repelled, and in particular, it is difficult to sufficiently remove the particle contamination.
【0021】従って、上記の様な新材料を表面に有する
基板の洗浄工程では、今後、過酸化水素水を含有する、
RCA洗浄液を使用した洗浄が不可能となる等、深刻な
問題が生じており、過酸化水素などの薬液に弱い新金属
材料を表面に有する基板を洗浄するに当たり、新たな洗
浄液の開発が強く望まれている。Therefore, in the step of cleaning the substrate having the above-mentioned new material on its surface, hydrogen peroxide water will be contained in the future.
There are serious problems such as the inability to clean using RCA cleaning liquid. When cleaning a substrate with a new metal material that is weak against chemicals such as hydrogen peroxide on the surface, the development of a new cleaning liquid is strongly desired. It is rare.
【0022】これに対し、前述した様に、界面活性剤を
含有する洗浄液の開発がなされてきた。しかし、金属汚
染除去やパーティクル汚染除去と共に、再付着防止が充
分になされ、且つ、下記(1)〜(3)に記載の課題を
満足する洗浄液は、これ迄になく、基板の表面洗浄に於
ける課題となっていた。On the other hand, as described above, a cleaning liquid containing a surfactant has been developed. However, in addition to the removal of metal contamination and the removal of particle contamination, re-deposition prevention is sufficiently performed, and a cleaning liquid satisfying the problems described in (1) to (3) below has never been available in the surface cleaning of a substrate. It was a challenge to get rid of.
【0023】(1)室温あるいは加温時に、界面活性剤
が洗浄液中に油滴となって析出・白濁することなく、洗
浄性能の低下や、基板表面への油滴の残留などを引き起
こさないこと。
(2)発泡性が小さく、洗浄装置の動作に悪影響を与え
ないこと。
(3)界面活性剤が自然環境に悪影響を与えない物質で
あり、洗浄廃液が適切に処理できること。(1) At room temperature or at the time of heating, the surfactant does not become oil droplets in the cleaning liquid and are not deposited or clouded, and the cleaning performance is not deteriorated and the oil droplets do not remain on the substrate surface. . (2) The foamability is small and does not adversely affect the operation of the cleaning device. (3) The surfactant is a substance that does not adversely affect the natural environment, and the cleaning waste liquid can be appropriately treated.
【0024】例えば、アニオン系界面活性剤は、一般的
に曇点が無いので、高い洗浄効果を期待して洗浄液の温
度を高く(例えば80℃以上)して使用することが可能
である。しかし、高発泡性であるので洗浄装置での操作
性に悪影響を及ぼす恐れがある。For example, since anionic surfactants generally have no cloud point, it is possible to use the cleaning liquid at a high temperature (for example, 80 ° C. or higher) in expectation of high cleaning effect. However, since it is highly foamable, it may adversely affect the operability of the cleaning device.
【0025】また、非イオン系界面活性剤は、洗浄性能
が高く、低発泡性ではあるが、曇点は一般的に低い。従
って、高い洗浄効果を期待し、洗浄液の温度を高くして
洗浄を行うと、この界面活性剤が洗浄液中に油滴状とし
て現れ、基板上に残留するという問題がある。The nonionic surfactant has high cleaning performance and low foaming property, but its cloud point is generally low. Therefore, when a high cleaning effect is expected and cleaning is performed at a high temperature of the cleaning liquid, this surfactant appears as oil drops in the cleaning liquid and remains on the substrate.
【0026】[0026]
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上述した
課題につき、界面活性剤を使用する半導体デバイス用基
板洗浄液について鋭意検討した。特に、洗浄液に使用す
る界面活性剤、とりわけ非イオン系界面活性剤であるエ
チレンオキサイド型界面活性剤に着目した。Means for Solving the Problems With respect to the above-mentioned problems, the present inventors diligently studied a semiconductor device substrate cleaning liquid using a surfactant. In particular, attention was paid to the surfactant used in the cleaning liquid, especially to the ethylene oxide type surfactant which is a nonionic surfactant.
【0027】エチレンオキサイド型界面活性剤は、炭化
水素基とポリオキシエチレン基を同一分子構造内に有す
るものである。本発明者らは、この様な構造のエチレン
オキサイド型界面活性剤に於いて、炭化水素基に含まれ
る炭素数(m)とポリオキシエチレン基中のオキシエチ
レン基の数(n)との比率(m/n)が1〜1.5、炭
素数(m)が9以上、ポリオキシエチレン基中のオキシ
エチレン基数(n)が7以上の条件を満たす特定範囲内
の界面活性剤に着目した。The ethylene oxide type surfactant has a hydrocarbon group and a polyoxyethylene group in the same molecular structure. In the ethylene oxide type surfactant having such a structure, the present inventors have found the ratio of the number of carbon atoms (m) contained in the hydrocarbon group to the number of oxyethylene groups (n) in the polyoxyethylene group. Focusing on surfactants within a specific range satisfying the conditions that (m / n) is 1 to 1.5, carbon number (m) is 9 or more, and oxyethylene group number (n) in polyoxyethylene group is 7 or more. .
【0028】この特定範囲内のエチレンオキサイド型界
面活性剤の多くは、室温、大気圧の条件下に於いて、固
体であり且つ水への溶解度が低い。故に、この様なエチ
レンオキサイド型界面活性剤は、工業的生産工程に於い
て取り扱い性が低く、使用が避けられていた。しかし、
この様な、特定範囲内のエチレンオキサイド型界面活性
剤を加熱溶融させ、水に溶解させて調製した、アルカリ
又は有機酸を含有する半導体デバイス用基板洗浄液は、
意外にも、実質的に過酸化水素を含有せずとも、良好な
洗浄性能を示した。とりわけ、一般的な汚染洗浄効果か
らは予測できない、微小粒子汚染に対する洗浄性(粒径
0.1μmオーダーのパーティクル除去性)に優れてい
た。しかも、上記の半導体デバイス用基板洗浄液は、疎
水性のために水性洗浄液をはじき易く、パーティクル除
去性が低い低誘電率膜表面へも、充分な濡れ性を示し、
優れた洗浄効果を奏した。本発明者らは、これらのこと
を見出し、本発明を完成させるに至った。Many of the ethylene oxide type surfactants within this specific range are solid and have low solubility in water under the conditions of room temperature and atmospheric pressure. Therefore, such an ethylene oxide type surfactant has low handleability in an industrial production process, and its use has been avoided. But,
Such a semiconductor device substrate cleaning liquid containing an alkali or an organic acid prepared by heating and melting an ethylene oxide type surfactant within a specific range and dissolving it in water,
Surprisingly, it showed good cleaning performance without containing hydrogen peroxide. In particular, it was excellent in cleanability against fine particle contamination (removability of particles having a particle size of 0.1 μm order), which cannot be predicted from a general stain cleaning effect. Moreover, the above-mentioned semiconductor device substrate cleaning liquid is easy to repel an aqueous cleaning liquid because of its hydrophobicity, and exhibits sufficient wettability even to a low dielectric constant film surface with low particle removability,
It has an excellent cleaning effect. The present inventors have found these things and completed the present invention.
【0029】すなわち、本発明の要旨は、少なくとも、
以下の成分(A)、(B)及び(C)を含有することを
特徴とする半導体デバイス用基板の洗浄液および当該洗
浄液を使用する洗浄方法に存する。That is, the gist of the present invention is at least:
A cleaning liquid for a substrate for a semiconductor device and a cleaning method using the cleaning liquid are characterized by containing the following components (A), (B) and (C).
【0030】成分(A):置換基(フェニル基を除く)
を有していてもよい炭化水素基とポリオキシエチレン基
とを有し、炭化水素基中の炭素数(m)とポリオキシエ
チレン基中のオキシエチレン基数(n)の比率(m/
n)が1〜1.5であり、炭素数(m)が9以上、オキ
シエチレン基数(n)が7以上であるエチレンオキサイ
ド型界面活性剤。
成分(B):水
成分(C):アルカリ又は有機酸Component (A): Substituent (excluding phenyl group)
Having a hydrocarbon group and a polyoxyethylene group which may have, a ratio of the number of carbon atoms (m) in the hydrocarbon group and the number of oxyethylene groups (n) in the polyoxyethylene group (m /
n) is 1 to 1.5, the number of carbon atoms (m) is 9 or more, and the number of oxyethylene groups (n) is 7 or more, an ethylene oxide type surfactant. Component (B): Water Component (C): Alkali or organic acid
【0031】[0031]
【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の洗浄液は、少なくとも、成分(A)として特定
の界面活性剤、成分(B)として水、成分(C)として
アルカリ又は有機酸を含有する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described in detail below.
The cleaning liquid of the present invention contains at least a specific surfactant as the component (A), water as the component (B), and an alkali or organic acid as the component (C).
【0032】本発明に於いて、成分(A)として使用す
る界面活性剤は、置換基(フェニル基を除く)を有して
いてもよい炭化水素基とポリオキシエチレン基とを有
し、炭化水素基中の炭素数(m)とポリオキシエチレン
基中のオキシエチレン基数(n)の比率(m/n)が1
〜1.5であり、炭素数(m)が9以上、オキシエチレ
ン基数(n)が7以上であるエチレンオキサイド型界面
活性剤である。In the present invention, the surfactant used as the component (A) has a hydrocarbon group which may have a substituent (excluding phenyl group) and a polyoxyethylene group, and The ratio (m / n) of the number of carbon atoms (m) in the hydrogen group and the number of oxyethylene groups (n) in the polyoxyethylene group is 1
It is an ethylene oxide type surfactant having a carbon number (m) of 9 or more and an oxyethylene group number (n) of 7 or more.
【0033】上記の比率(m/n)が1未満の場合は、
液中におけるパーティクル除去能力やシリコンの腐食抑
制が不十分となる。また、オキシエチレン鎖長増による
水への溶解性の低下、廃液処理の負荷も増加する。一
方、1.5を超える場合は、アルカリ液中で洗浄時にO
/W型のエマルジョンを形成し、界面活性剤が細かい油
滴となって析出して白濁してしまい、洗浄性能の低下や
油滴の残留などの問題を引き起こす。比率(m/n)
は、好ましくは1〜1.4である。When the ratio (m / n) is less than 1,
The ability to remove particles in the liquid and the suppression of silicon corrosion are insufficient. In addition, the solubility in water decreases due to the increase in oxyethylene chain length, and the load of waste liquid treatment also increases. On the other hand, if it exceeds 1.5, it becomes O when washed in an alkaline solution.
A / W type emulsion is formed, and the surfactant is deposited as fine oil droplets and becomes cloudy, which causes problems such as deterioration of cleaning performance and residual oil droplets. Ratio (m / n)
Is preferably 1 to 1.4.
【0034】上記の炭素数(m)が9未満の場合は、
(m/n)比が前記最適範囲内であってもパーティクル
除去性が低下する。また、(m)が大きすぎる場合は、
水への溶解性の低下や廃液処理の負荷も増加するので好
ましくない。従って、炭素数(m)は、好ましくは9〜
16、更に好ましくは10〜14である。ただし、成分
(A)を構成する炭化水素基が、置換基として炭化水素
基を有する際には、主鎖となる炭化水素基と、置換基で
ある炭化水素基における炭素数の合計数をmとする。When the carbon number (m) is less than 9,
Even if the (m / n) ratio is within the optimum range, the particle removability is deteriorated. If (m) is too large,
It is not preferable because the solubility in water decreases and the load of waste liquid treatment increases. Therefore, the carbon number (m) is preferably 9 to
16, more preferably 10-14. However, when the hydrocarbon group constituting the component (A) has a hydrocarbon group as a substituent, the total number of carbon atoms in the hydrocarbon group as the main chain and the hydrocarbon group as the substituent is m. And
【0035】また、上記の(n)が7未満の場合は、
(m/n)比が前記最適範囲内であってもパーティクル
除去性が低下する。(n)が大きすぎる場合は、廃液処
理の負荷が大きくなり、また、界面活性剤が洗浄液中で
分解し易くなる。従って、(n)は、好ましくは7〜1
6、更に好ましくは7〜14である。If (n) is less than 7,
Even if the (m / n) ratio is within the optimum range, the particle removability is deteriorated. When (n) is too large, the load of waste liquid treatment becomes large, and the surfactant is easily decomposed in the cleaning liquid. Therefore, (n) is preferably 7-1.
6, and more preferably 7 to 14.
【0036】本発明で規定する上記のエチレンオキサイ
ド型界面活性剤を使用することにより、洗浄液の濡れ性
とパーティクルの除去性の両方が良くなる。上記のエチ
レンオキサイド型界面活性剤としては、例えば、ポリオ
キシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレン脂
肪酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポ
リオキシエチレンアルキルエーテル硫酸塩などが挙げら
れる。特に、パーティクル汚染の除去性や再付着防止能
などの観点から、下記一般式(II)で表されるポリオキ
シエチレンアルキルエーテルが好ましい。By using the above ethylene oxide type surfactant defined in the present invention, both the wettability of the cleaning liquid and the removability of particles are improved. Examples of the above ethylene oxide type surfactants include polyoxyethylene alkyl ether, polyoxyethylene fatty acid ester, polyoxyethylene alkylamine, and polyoxyethylene alkyl ether sulfate. In particular, polyoxyethylene alkyl ether represented by the following general formula (II) is preferable from the viewpoints of removability of particle contamination and anti-redeposition ability.
【0037】[0037]
【化2】R2O−(CH2CH2O)nH (II)
(但し、R2は、水酸基、アミノ基、アルコキシ基、ハ
ロゲンにて置換されていてもよいアルキル基を示し、ア
ルキル基に含まれる炭素数(m)は9以上であり、
(n)は7以上の数を表す。)Embedded image R 2 O— (CH 2 CH 2 O) n H (II) (wherein R 2 represents a hydroxyl group, an amino group, an alkoxy group, or an alkyl group which may be substituted with halogen, The number of carbon atoms (m) contained in the group is 9 or more,
(N) represents a number of 7 or more. )
【0038】上記のポリオキシエチレンアルキルエーテ
ルの具体例としては、ポリオキシエチレン(n=8)ノ
ニルエーテル、ポリオキシエチレン(n=9)デシルエ
ーテル、ポリオキシエチレン(n=11)ウンデシルエ
ーテル、ポリオキシエチレン(n=10)ラウリルエー
テル、ポリオキシエチレン(n=11)ラウリルエーテ
ル、ポリオキシエチレン(n=10)トリデシルエーテ
ル、ポリオキシエチレン(n=12)トリデシルエーテ
ル、ポリオキシエチレン(n=11)テトラデシルエー
テル、ポリオキシエチレン(n=13)テトラデシルエ
ーテル、ポリオキシエチレン(n=12)ペンタデシル
エーテル、ポリオキシエチレン(n=14)ペンタデシ
ルエーテル、ポリオキシエチレン(n=12)セチルエ
ーテル、ポリオキシエチレン(n=15)セチルエーテ
ル、ポリオキシエチレン(n=18)オレイルエーテル
等が挙げられる。なお、上記のnにおける数値は前記の
一般式(II)におけるnを表す。Specific examples of the above polyoxyethylene alkyl ether include polyoxyethylene (n = 8) nonyl ether, polyoxyethylene (n = 9) decyl ether, polyoxyethylene (n = 11) undecyl ether, Polyoxyethylene (n = 10) lauryl ether, polyoxyethylene (n = 11) lauryl ether, polyoxyethylene (n = 10) tridecyl ether, polyoxyethylene (n = 12) tridecyl ether, polyoxyethylene ( n = 11) tetradecyl ether, polyoxyethylene (n = 13) tetradecyl ether, polyoxyethylene (n = 12) pentadecyl ether, polyoxyethylene (n = 14) pentadecyl ether, polyoxyethylene (n = 12) Cetyl ether, polyoxy Ethylene (n = 15) cetyl ether, polyoxyethylene (n = 18) oleyl ether, and the like. In addition, the numerical value in said n represents n in the said General formula (II).
【0039】本発明に於いては、本発明の範囲内であれ
ば(m)及び(n)の異なる複数のエチレンオキサイド
型界面活性剤を任意の割合で併用してもよい。更に複数
種の界面活性剤を併用する際、全界面活性剤の(m/
n)の平均値が1〜1.5、(m)の平均値が9以上、
(n)の平均値が7以上の条件を満たせば、各々個別の
界面活性剤に於いて(m/n)が1.0未満または1.
5を超えていても、また、(m)が9未満、(n)が7
未満であってもよい。In the present invention, a plurality of ethylene oxide type surfactants having different (m) and (n) may be used in combination at any ratio within the scope of the present invention. Furthermore, when a plurality of kinds of surfactants are used in combination, (m /
The average value of n) is 1 to 1.5, the average value of (m) is 9 or more,
If the average value of (n) satisfies the condition of 7 or more, (m / n) is less than 1.0 or 1.
5 is exceeded, (m) is less than 9, and (n) is 7
It may be less than.
【0040】洗浄液中における成分(A)の含有量は、
通常0.0001〜1重量%、好ましくは0.0003
〜0.5重量%、更に好ましくは0.001〜0.1重
量%、特に好ましくは0.001〜0.05重量%であ
る。成分(A)の濃度が低すぎる場合は、パーティクル
汚染除去性能が十分でなく、一方、成分(A)の濃度が
高すぎる場合は、パーティクル汚染の除去性能に変化が
なく、泡立ちが顕著となり洗浄工程に不向きとなった
り、また、廃液を生分解処理する場合の負荷が増大する
場合がある。The content of the component (A) in the cleaning liquid is
Usually 0.0001 to 1% by weight, preferably 0.0003
To 0.5% by weight, more preferably 0.001 to 0.1% by weight, and particularly preferably 0.001 to 0.05% by weight. If the component (A) concentration is too low, the particle contamination removal performance is not sufficient, while if the component (A) concentration is too high, there is no change in the particle contamination removal performance and foaming becomes noticeable. It may be unsuitable for the process, and the load when biodegrading waste liquid may increase.
【0041】成分(A)は、通常販売されている形態に
於いて1〜数千ppm程度のNa、K、Fe等の金属不
純物が含有している場合がある。斯かる場合は、成分
(A)が金属汚染源となる。そのため、成分(A)とし
て使用する界面活性剤は、精製して使用するのが好まし
い。そして、金属不純物各々の含有量は、通常10pp
m以下、好ましくは1ppm以下、更に好ましくは0.
1ppm以下とされる。精製方法としては、例えば、界
面活性剤を水で溶解した後、イオン交換樹脂に通液し、
樹脂に金属不純物を捕捉させる方法が好適である。The component (A) may contain metal impurities such as Na, K and Fe in an amount of about 1 to several thousand ppm in a commercially available form. In such a case, the component (A) becomes a metal pollution source. Therefore, the surfactant used as the component (A) is preferably purified before use. The content of each metal impurity is usually 10 pp.
m or less, preferably 1 ppm or less, more preferably 0.
It is set to 1 ppm or less. As a purification method, for example, after the surfactant is dissolved in water, it is passed through an ion exchange resin,
A method of trapping metal impurities in the resin is suitable.
【0042】上記の様に精製された成分(A)を使用す
ることで、金属不純物含有量が極めて低減された洗浄液
を得ることが出来る。本発明の洗浄液としては、洗浄液
中の金属不純物のうち、少なくとも、Na、Mg、A
l、K、Ca、Fe、Cu、Pb、Znの各々の含有量
が、20ppb以下、中でも5ppb以下、特に0.1
ppb以下であることが好ましい。By using the component (A) purified as described above, it is possible to obtain a cleaning liquid in which the content of metal impurities is extremely reduced. The cleaning liquid of the present invention includes at least Na, Mg, and A among the metal impurities in the cleaning liquid.
The content of each of l, K, Ca, Fe, Cu, Pb, and Zn is 20 ppb or less, especially 5 ppb or less, and particularly 0.1.
It is preferably ppb or less.
【0043】なお、本発明に於いては、本発明の効果を
損ねない範囲で成分(A)以外の界面活性剤を使用して
もよい。成分(A)以外の界面活性剤としては、カチオ
ン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤およびノニオン
系界面活性剤の何れでもよい。中でも、アニオン系界面
活性剤やノニオン系界面活性剤を使用することが好まし
く、具体的には、例えば、アニオン系界面活性剤とし
ては、炭素数8〜12のアルキ ルベンゼンスルホン酸
およびその塩、炭素数8〜12のアルキルメチルタウリ
ン酸 およびその塩、炭素数8〜12のアルキル硫酸エ
ステル及びその塩などが挙げられ る。ノニオン系界面
活性剤としては、ポリオキシアルキレンのみからなる界
面活 性剤などが挙げられる。In the present invention, a surfactant other than the component (A) may be used as long as the effect of the present invention is not impaired. The surfactant other than the component (A) may be any of a cationic surfactant, an anionic surfactant and a nonionic surfactant. Above all, it is preferable to use an anionic surfactant or a nonionic surfactant. Specifically, for example, as the anionic surfactant, an alkylbenzenesulfonic acid having 8 to 12 carbon atoms and its Examples thereof include salts, alkylmethyl tauric acid having 8 to 12 carbon atoms and salts thereof, alkyl sulfuric acid esters having 8 to 12 carbon atoms and salts thereof, and the like. Examples of nonionic surfactants include surfactants composed only of polyoxyalkylene.
【0044】本発明に於いては、成分(B)として水を
使用する。高清浄な基板表面を得たい場合は、通常、脱
イオン水、好ましくは超純水が使用される。また、水の
電気分解によって得られる電解イオン水、水に水素ガス
を溶存させた水素水などを使用することも出来る。In the present invention, water is used as the component (B). When it is desired to obtain a highly clean substrate surface, deionized water, preferably ultrapure water, is usually used. Further, electrolytic ion water obtained by electrolysis of water, hydrogen water in which hydrogen gas is dissolved in water, or the like can also be used.
【0045】本発明に於いては、成分(C)としてアル
カリ又は有機酸を使用する。すなわち、本発明の洗浄液
はアルカリ性洗浄液または酸性洗浄液とされる。In the present invention, an alkali or organic acid is used as the component (C). That is, the cleaning liquid of the present invention is an alkaline cleaning liquid or an acidic cleaning liquid.
【0046】本発明で使用されるアルカリの種類は、特
に限定されないが、代表的なアルカリとしては、水酸化
アンモニウム(アンモニア水溶液)と有機アルカリが挙
げられる。有機アルカリとしては、水酸化第4級アンモ
ニウム、アミン、アミノアルコール等のアミン類が挙げ
られる。水酸化第4級アンモニウムとしては、水酸基、
アルコキシ基、ハロゲンにて置換されていてもよい炭素
数1〜4のアルキル基または炭素数1〜4のヒドロキシ
アルキル基を有するものが好ましく、これらの置換基は
全て同一でも異なっていてもよい。The type of alkali used in the present invention is not particularly limited, but typical alkalis include ammonium hydroxide (aqueous ammonia solution) and organic alkalis. Examples of the organic alkali include amines such as quaternary ammonium hydroxide, amines and amino alcohols. As the quaternary ammonium hydroxide, a hydroxyl group,
Those having an alkoxy group, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms which may be substituted with a halogen, or a hydroxyalkyl group having 1 to 4 carbon atoms are preferable, and all of these substituents may be the same or different.
【0047】上記の様なアルキル基としては、メチル
基、エチル基、プロピル基、ブチル基などの炭素数1〜
4の低級アルキル基が挙げられ、ヒドロキシアルキル基
としては、ヒドロキシメチル基、ヒドロキシエチル基、
ヒドロキシプロピル基、ヒドロキシブチル基などの炭素
数1〜4の低級ヒドロキシアルキル基が挙げられる。Examples of the alkyl group as described above include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group and the like having 1 to 1 carbon atoms.
4 lower alkyl groups, and examples of the hydroxyalkyl group include a hydroxymethyl group, a hydroxyethyl group,
Examples thereof include lower hydroxyalkyl groups having 1 to 4 carbon atoms such as hydroxypropyl group and hydroxybutyl group.
【0048】上記の置換基を有する水酸化第4級アンモ
ニウムの具体例としては、テトラメチルアモニウムヒド
ロキシド(TMAH)、テトラエチルアンモニウムヒド
ロキシド、トリメチル(ヒドロキシエチル)アンモニウ
ムヒドロキシド(通称:コリン)、トリエチル(ヒドロ
キシエチル)アンモニウムヒドロキシド等が挙げられ
る。一方、アミン類としては、エチレンジアミン、モノ
エタノールアミン、トリメタノールアミン等が挙げられ
る。Specific examples of the quaternary ammonium hydroxide having the above substituents include tetramethylammonium hydroxide (TMAH), tetraethylammonium hydroxide, trimethyl (hydroxyethyl) ammonium hydroxide (common name: choline), Examples include triethyl (hydroxyethyl) ammonium hydroxide. On the other hand, examples of amines include ethylenediamine, monoethanolamine, trimethanolamine and the like.
【0049】上述のアルカリの中では、洗浄効果、金属
残留が少ないこと、経済性、洗浄液の安定性などの理由
から、水酸化アンモニウム、テトラメチルアンモニウム
ヒドロキシド(TMAH)、トリメチル(ヒドロキシエ
チル)アンモニウムヒドロキシド(通称:コリン)が好
ましい。これらのアルカリは、単独で使用してもよい
し、2種以上を任意の割合で使用してもよい。Among the above-mentioned alkalis, ammonium hydroxide, tetramethylammonium hydroxide (TMAH), trimethyl (hydroxyethyl) ammonium are used for the reasons of cleaning effect, less residual metal, economy, stability of cleaning solution, etc. Hydroxide (common name: choline) is preferred. These alkalis may be used alone or in any combination of two or more.
【0050】洗浄液中のアルカリの濃度は、適宜選択す
ればよいが、洗浄液のpHが9以上のアルカリ性となる
濃度であることが好ましい。アルカリ濃度が低すぎてp
Hが高くない場合は、本発明の目的である汚染除去効果
が得られない場合がある。一方、pHが高すぎる場合
は、pHを高めたことによる効果が得られずに経済的に
不利であるばかりか、基板表面がエッチングにより損傷
する危険性が増すので好ましくない。従って、アルカリ
性洗浄液のpHは、好ましくは9〜13、更に好ましく
は10〜12.5、特に好ましくは10.5〜12であ
る。The concentration of the alkali in the cleaning liquid may be appropriately selected, but it is preferable that the pH of the cleaning liquid is 9 or more to be alkaline. Alkali concentration is too low p
If H is not high, the effect of removing contaminants, which is the object of the present invention, may not be obtained. On the other hand, if the pH is too high, the effect of increasing the pH cannot be obtained, which is economically disadvantageous, and the risk of damaging the substrate surface by etching increases, which is not preferable. Therefore, the pH of the alkaline cleaning liquid is preferably 9 to 13, more preferably 10 to 12.5, and particularly preferably 10.5 to 12.
【0051】本発明で使用される有機酸の種類は、特に
限定されないが、有機カルボン酸または有機スルホン酸
が好ましい。有機カルボン酸の代表的なものとしては、
蟻酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、イソ酪酸、吉草酸、
エチルメチル酢酸、トリメチル酢酸、蓚酸、コハク酸、
マロン酸、クエン酸、酒石酸、リンゴ酸などが挙げられ
る。これらの中では、酢酸、プロピオン酸、蓚酸、コハ
ク酸、マロン酸、クエン酸、酒石酸、リンゴ酸の群から
選択される1種または2種以上が好ましく、酢酸、蓚
酸、クエン酸の群から選択される1種または2種以上が
更に好ましい。酢酸は、半導体基板のエッチャント材料
などに使用されており、蒸留操作により高純度で金属不
純物の少ない物が安価で入手が可能であり、水分蒸発に
よる粉体の発生も起こらない点で最も好ましい。The type of organic acid used in the present invention is not particularly limited, but organic carboxylic acid or organic sulfonic acid is preferable. Typical organic carboxylic acids include:
Formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, isobutyric acid, valeric acid,
Ethylmethylacetic acid, trimethylacetic acid, oxalic acid, succinic acid,
Malonic acid, citric acid, tartaric acid, malic acid and the like can be mentioned. Among these, one or more selected from the group of acetic acid, propionic acid, oxalic acid, succinic acid, malonic acid, citric acid, tartaric acid and malic acid are preferable, and selected from the group of acetic acid, oxalic acid and citric acid. More preferably, one kind or two or more kinds are used. Acetic acid is used as an etchant material for a semiconductor substrate, etc., and is most preferable in that it can be obtained at a low cost with high purity and a small amount of metal impurities by a distillation operation, and powder generation due to water evaporation does not occur.
【0052】有機スルホン酸の代表的なものとしては、
メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、n−プロパンス
ルホン酸、i−プロパンスルホン酸、n−ブタンスルホ
ン酸、フェニルスルホン酸などが挙げられる。これらの
中では、メタンスルホン酸および/またはエタンスルホ
ン酸が好ましく、メタンスルホン酸が特に好ましい。上
記の有機酸は、単独で使用してもよいし、2種以上を任
意の割合で使用してもよい。Typical organic sulfonic acids include:
Examples thereof include methanesulfonic acid, ethanesulfonic acid, n-propanesulfonic acid, i-propanesulfonic acid, n-butanesulfonic acid and phenylsulfonic acid. Of these, methanesulfonic acid and / or ethanesulfonic acid are preferable, and methanesulfonic acid is particularly preferable. The above organic acids may be used alone or in any combination of two or more.
【0053】洗浄液中の有機酸の濃度は、適宜選択すれ
ばよいが、酸性洗浄液のpHが1〜5となる濃度である
ことが好ましい。有機酸の濃度が低すぎてpHが充分低
くない場合は、本発明の目的である汚染の除去や付着防
止効果が得られない場合がある。一方、濃度が高すぎる
場合は、pHを低下させたことによる効果が得られずに
経済的に不利で有るばかりか、基板表面の腐食の原因に
もなり得るので好ましくない。酸性洗浄液のpHは好ま
しくは2〜3である。The concentration of the organic acid in the cleaning liquid may be appropriately selected, but it is preferable that the acidic cleaning liquid has a pH of 1 to 5. If the concentration of the organic acid is too low and the pH is not sufficiently low, the effects of removing contaminants and preventing adhesion, which are the objects of the present invention, may not be obtained. On the other hand, if the concentration is too high, the effect of lowering the pH cannot be obtained, which is economically disadvantageous and may cause corrosion of the substrate surface, which is not preferable. The pH of the acidic cleaning liquid is preferably 2-3.
【0054】本発明の洗浄液に於いては、錯化剤を含有
させると基板表面の金属汚染を更に低減した極めて高度
に清浄化された表面が得られるので好ましい。錯化剤と
しては、従来公知の任意のものを使用できる。錯化剤の
種類は、基板表面の汚染レベル、金属の種類、基板表面
に要求される清浄度レベル、錯化剤コスト、化学的安定
性などから総合的に判断して選択すればよく、例えば、
以下の(1)〜(4)にて示すものが挙げられる。In the cleaning liquid of the present invention, it is preferable to include a complexing agent because a highly highly cleaned surface with further reduced metal contamination on the substrate surface can be obtained. Any conventionally known complexing agent can be used. The type of complexing agent may be selected by comprehensively judging from the contamination level of the substrate surface, the type of metal, the cleanliness level required for the substrate surface, the cost of the complexing agent, the chemical stability, etc. ,
The following (1) to (4) are listed.
【0055】(1)ドナー原子である窒素とカルボキシ
ル基および/またはホスホン酸基を有する化合物:例え
ば、グリシン等のアミノ酸類;イミノ2酢酸、ニトリロ
3酢酸、エチレンジアミン4酢酸[EDTA]、トラン
ス−1,2−ジアミノシクロヘキサン4酢酸[CyDT
A]、ジエチレントリアミン5酢酸[DTPA]、トリ
エチレンテトラミン6酢酸[TTHA]等の含窒素カル
ボン酸類;エチレンジアミンテトラキス(メチレンホス
ホン酸)[EDTPO]、ニトリロトリス(メチレンホ
スホン酸)[NTPO]、プロピレンジアミンテトラ
(メチレンホスホン酸)[PDTMP]等の含窒素ホス
ホン酸類などが挙げられる。(1) Compounds having nitrogen as a donor atom and carboxyl group and / or phosphonic acid group: for example, amino acids such as glycine; iminodiacetic acid, nitrilotriacetic acid, ethylenediaminetetraacetic acid [EDTA], trans-1 , 2-diaminocyclohexanetetraacetic acid [CyDT
A], nitrogen-containing carboxylic acids such as diethylenetriamine pentaacetic acid [DTPA], triethylenetetramine hexaacetic acid [TTHA]; ethylenediaminetetrakis (methylenephosphonic acid) [EDTPO], nitrilotris (methylenephosphonic acid) [NTPO], propylenediaminetetra Examples thereof include nitrogen-containing phosphonic acids such as (methylenephosphonic acid) [PDTMP].
【0056】(2)芳香族炭化水素環を有し且つ芳香族
炭化水素環を構成する炭素原子に直接結合したOH基お
よび/またはO-基を2つ以上有する化合物:例えば、
カテコール、レゾルシノール、タイロン等のフェノール
類、その誘導体などが挙げられる。(2) A compound having an aromatic hydrocarbon ring and having two or more OH groups and / or O − groups directly bonded to the carbon atoms constituting the aromatic hydrocarbon ring:
Examples thereof include phenols such as catechol, resorcinol, Tyrone, and their derivatives.
【0057】(3)上記(1)及び(2)の構造を併せ
持った化合物:(3) Compound having both the structures of (1) and (2) above:
【0058】(3−1)エチレンジアミンジオルトヒド
ロキシフェニル酢酸[EDDHA]及びその誘導体:例
えば、エチレンジアミンジオルトヒドロキシフェニル酢
酸[EDDHA]、エチレンジアミン−N,N’−ビス
〔(2−ヒドロキシ−5−メチルフェニル)酢酸〕[E
DDHMA]、エチレンジアミン−N,N’−ビス
〔(2−ヒドロキシ−5−クロルフェニル)酢酸〕[E
DDHCA]、エチレンジアミン−N,N’−ビス
〔(2−ヒドロキシ−5−スルホフェニル)酢酸〕[E
DDHSA]等の芳香族含窒素カルボン酸類;エチレン
ジアミン−N,N’−ビス〔(2−ヒドロキシ−5−メ
チルフェニル)ホスホン酸〕、エチレンジアミン−N,
N’−ビス〔(2−ヒドロキシ−5−ホスホフェニル)
ホスホン酸〕等の芳香族含窒素ホスホン酸類が挙げられ
る。(3-1) Ethylenediaminedioltohydroxyphenylacetic acid [EDDHA] and its derivatives: For example, ethylenediaminedioltohydroxyphenylacetic acid [EDDHA], ethylenediamine-N, N'-bis [(2-hydroxy-5-methyl) (Phenyl) acetic acid] [E
DDHMA], ethylenediamine-N, N'-bis [(2-hydroxy-5-chlorophenyl) acetic acid] [E
DDHCA], ethylenediamine-N, N'-bis [(2-hydroxy-5-sulfophenyl) acetic acid] [E
Aromatic nitrogen-containing carboxylic acids such as DDHSA]; ethylenediamine-N, N'-bis [(2-hydroxy-5-methylphenyl) phosphonic acid], ethylenediamine-N,
N'-bis [(2-hydroxy-5-phosphophenyl)
And aromatic nitrogen-containing phosphonic acids.
【0059】(3−2)N,N’−ビス(2−ヒドロキ
シベンジル)エチレンジアミン−N,N’−2酢酸[H
BED]及びその誘導体:例えば、N,N’−ビス(2
−ヒドロキシベンジル)エチレンジアミン−N,N’−
2酢酸[HBED]、N,N’−ビス(2−ヒドロキシ
−5−メチルベンジル)エチレンジアミン−N,N’−
2酢酸[HMBED]、N,N’−ビス(2−ヒドロキ
シ−5−クロルベンジル)エチレンジアミン−N,N’
−2酢酸などが挙げられる。(3-2) N, N'-bis (2-hydroxybenzyl) ethylenediamine-N, N'-2acetic acid [H
BED] and its derivatives: For example, N, N′-bis (2
-Hydroxybenzyl) ethylenediamine-N, N'-
Diacetic acid [HBED], N, N'-bis (2-hydroxy-5-methylbenzyl) ethylenediamine-N, N'-
Diacetic acid [HMBED], N, N′-bis (2-hydroxy-5-chlorobenzyl) ethylenediamine-N, N ′
-2 acetic acid etc. are mentioned.
【0060】(4)その他:例えば、エチレンジアミ
ン、8−キノリノール、o−フェナントロリン等のアミ
ン類;ギ酸、酢酸、シュウ酸、酒石酸などのカルボン酸
類;フッ化水素酸、塩酸、臭化水素、ヨウ化水素などの
ハロゲン化水素、それらの塩;リン酸、縮合リン酸など
のオキソ酸類、それらの塩などが挙げられる。(4) Others: For example, amines such as ethylenediamine, 8-quinolinol and o-phenanthroline; carboxylic acids such as formic acid, acetic acid, oxalic acid and tartaric acid; hydrofluoric acid, hydrochloric acid, hydrogen bromide and iodide. Hydrogen halide such as hydrogen and salts thereof; oxo acids such as phosphoric acid and condensed phosphoric acid; salts thereof and the like.
【0061】上記の錯化剤は、酸の形態のものを使用し
てもよいし、アンモニウム塩などの塩の形態のものを使
用してもよい。The complexing agent may be used in the acid form or in the salt form such as ammonium salt.
【0062】上述した錯化剤の中でも、洗浄効果、化学
的安定性などの理由から、エチレンジアミン4酢酸[E
DTA]、ジエチレントリアミン5酢酸[DTPA]等
の含窒素カルボン酸類;エチレンジアミンテトラキス
(メチレンホスホン酸)[EDTPO]、プロピレンジ
アミンテトラ(メチレンホスホン酸)[PDTMP]等
の含窒素ホスホン酸類;エチレンジアミンジオルトヒド
ロキシフェニル酢酸[EDDHA]及びその誘導体;
N,N’−ビス(2−ヒドロキシベンジル)エチレンジ
アミン−N,N’−2酢酸[HBED]が好ましい。Among the complexing agents mentioned above, ethylenediaminetetraacetic acid [E] is used for reasons such as cleaning effect and chemical stability.
Nitrogen-containing carboxylic acids such as DTA] and diethylenetriamine pentaacetic acid [DTPA]; Nitrogen-containing phosphonic acids such as ethylenediaminetetrakis (methylenephosphonic acid) [EDTPO] and propylenediaminetetra (methylenephosphonic acid) [PDTMP]; Acetic acid [EDDHA] and its derivatives;
N, N'-bis (2-hydroxybenzyl) ethylenediamine-N, N'-2 acetic acid [HBED] is preferred.
【0063】中でも洗浄効果の観点からエレンジアミン
ジオルトヒドロキシフェニル酢酸[EDDHA]、エチ
レンジアミン−N,N’−ビス〔(2−ヒドロキシ−5
−メチルフェニル)酢酸〕[EDDHMA]、ジエチレ
ントリアミン5酢酸[DTPA]、エチレンジアミン4
酢酸[EDTA]、プロピレンジアミンテトラ(メチレ
ンホスホン酸)[PDTMP]が好ましい。上記の錯化
剤は、単独で使用してもよいし、2種以上を任意の割合
で使用してもよい。Among them, from the viewpoint of cleaning effect, elenediamine diorthohydroxyphenylacetic acid [EDDHA], ethylenediamine-N, N'-bis [(2-hydroxy-5)
-Methylphenyl) acetic acid] [EDDHMA], diethylenetriamine 5 acetic acid [DTPA], ethylenediamine 4
Acetic acid [EDTA] and propylenediaminetetra (methylenephosphonic acid) [PDTMP] are preferred. The above complexing agents may be used alone or in any combination of two or more.
【0064】洗浄液中の錯化剤の濃度は、汚染金属不純
物の種類と量、基板表面に要求される清浄度レベルによ
って任意に選択すればよいが、通常1〜10000pp
m、好ましくは5〜1000ppm、更に好ましくは1
0〜200ppmである。錯化剤の濃度が低すぎる場合
は、錯化剤による汚染除去や付着防止効果が得られず、
高すぎる場合は、濃度増加に見合う効果が得られずに経
済的に不利であるばかりか、基板表面に錯化剤が付着
し、表面処理後に残留する危険性が増す。The concentration of the complexing agent in the cleaning liquid may be arbitrarily selected depending on the kind and amount of the contaminating metal impurities and the cleanliness level required for the substrate surface, but it is usually 1 to 10000 pp.
m, preferably 5-1000 ppm, more preferably 1
It is 0 to 200 ppm. If the concentration of the complexing agent is too low, the effect of removing the contamination and preventing the adhesion by the complexing agent cannot be obtained,
If it is too high, the effect corresponding to the increase in the concentration cannot be obtained, which is economically disadvantageous, and the risk that the complexing agent adheres to the substrate surface and remains after the surface treatment increases.
【0065】なお、錯化剤は、通常販売されている試薬
に於いて1〜数千ppm程度のFeAl、Zn等の金属
不純物を含有しているので、本発明で使用する錯化剤が
金属汚染源となる場合が考えられる。これらの金属は、
初期には錯化剤と安定な錯体を形成して存在している
が、表面洗浄液として長時間使用しているうちに錯化剤
が分解してくると、遊離し、基板表面に付着する。その
ため、本発明で使用する錯化剤は、予め、精製して使用
するのが好ましい。そして、含まれる金属不純物各々の
含有量は、通常5ppm以下、好ましくは1ppm以
下、更に好ましくは0.1ppm以下とされる。精製方
法としては、例えば、酸性またはアルカリ性溶液に錯化
剤を溶解した後、不溶性不純物をろ過分離して取り除
き、再び中和して結晶を析出させ、当該結晶を液と分離
する方法が好適である。Since the complexing agent contains metal impurities such as FeAl and Zn of about 1 to several thousand ppm in the commercially available reagents, the complexing agent used in the present invention is a metal. It may be a source of pollution. These metals are
It exists in the initial stage in the form of a stable complex with a complexing agent, but when the complexing agent decomposes during long-term use as a surface cleaning solution, it is released and adheres to the substrate surface. Therefore, the complexing agent used in the present invention is preferably purified before use. The content of each of the metal impurities contained is usually 5 ppm or less, preferably 1 ppm or less, and more preferably 0.1 ppm or less. As a purification method, for example, a method of dissolving the complexing agent in an acidic or alkaline solution, removing insoluble impurities by filtration, neutralizing again to precipitate crystals, and separating the crystals from the liquid are preferable. is there.
【0066】また、本発明の洗浄液は、その性能を損な
わない範囲に於いて、その他の成分を任意の割合で含有
していてもよい。他の成分としては、含硫黄有機化合物
(2−メルカプトチアゾリン、2−メルカプトイミダゾ
リン、2−メルカプトエタノール、チオグリセロール
等)、含窒素有機化合物(ベンゾトリアゾール、アルキ
ルベンゾトリアゾール、テトラソール、3−アミノトリ
アゾール、N(R)3(Rは炭素数1〜4のアルキル
基)、N(ROH)3(Rは炭素数1〜4のアルキル
基)、ウレア、チオウレア等)、水溶性ポリマー(ポリ
エチレングリコール、ポリビニルアルコール等)、アル
キルアルコール系化合物(ROH(Rは炭素数1〜4の
アルキル基))等の防食剤、硫酸、塩酸などの酸、ヒド
ラジン等の還元剤、水素、アルゴン、窒素などの溶存ガ
ス、フッ酸、フッ化アンモニウム、BHF等のドライエ
ッチング後に強固に付着したポリマー等の除去効果が期
待できるエッチング促進剤などが挙げられる。Further, the cleaning liquid of the present invention may contain other components in an arbitrary ratio as long as the performance thereof is not impaired. Other components include sulfur-containing organic compounds (2-mercaptothiazoline, 2-mercaptoimidazoline, 2-mercaptoethanol, thioglycerol, etc.), nitrogen-containing organic compounds (benzotriazole, alkylbenzotriazole, tetrazole, 3-aminotriazole). , N (R) 3 (R is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms), N (ROH) 3 (R is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms), urea, thiourea, etc., a water-soluble polymer (polyethylene glycol, Polyvinyl alcohol, etc., anti-corrosion agents such as alkyl alcohol compounds (ROH (R is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms)), acids such as sulfuric acid and hydrochloric acid, reducing agents such as hydrazine, dissolved hydrogen, argon, nitrogen, etc. Polymer, etc. firmly adhered after dry etching such as gas, hydrofluoric acid, ammonium fluoride, BHF, etc. Etching accelerators and the like that can be expected to have the effect of removing
【0067】そして、本発明の洗浄液に含有させる他の
成分として過酸化水素、オゾン、酸素などの酸化剤も挙
げられる。半導体デバイス用基板の洗浄工程に於いて、
酸化膜のないシリコン(ベアシリコン)基板表面を洗浄
する際には、酸化剤の配合により、基板表面へのエッチ
ングによる表面荒れを抑えることが出来るので好まし
い。本発明のアルカリ性洗浄液に過酸化水素を含有させ
る場合には、洗浄液中の過酸化水素濃度は、通常0.0
1〜5重量%、好ましくは0.1〜1重量%とされる。Other components to be contained in the cleaning liquid of the present invention include oxidizing agents such as hydrogen peroxide, ozone and oxygen. In the process of cleaning semiconductor device substrates,
When the surface of a silicon (bare silicon) substrate without an oxide film is washed, the surface roughness due to etching on the surface of the substrate can be suppressed by mixing an oxidizing agent, which is preferable. When the alkaline cleaning solution of the present invention contains hydrogen peroxide, the concentration of hydrogen peroxide in the cleaning solution is usually 0.0
The amount is 1 to 5% by weight, preferably 0.1 to 1% by weight.
【0068】ところで、洗浄する基板の表面には、過酸
化水素と反応して溶解する金属材料からなる半導体デバ
イスの配線やデバイス素子電極が露出している場合があ
る。この様な金属材料としては、例えば、CuやWなど
の遷移金属または遷移金属化合物が挙げられる。この
際、洗浄に使用する洗浄液は、実質的に過酸化水素を含
有しないことが好ましい。本発明の洗浄液は、従来のA
PM洗浄液とは異なり、過酸化水素を実質的に含有しな
くても、この様な金属材料に悪影響を及ぼすことなく、
充分な洗浄性能を示す。On the surface of the substrate to be cleaned, the wiring of the semiconductor device and the device element electrode made of a metal material which reacts with hydrogen peroxide to be dissolved may be exposed. Examples of such a metal material include transition metals or transition metal compounds such as Cu and W. At this time, it is preferable that the cleaning liquid used for cleaning contains substantially no hydrogen peroxide. The cleaning liquid of the present invention is
Unlike PM cleaning liquid, even if it does not substantially contain hydrogen peroxide, it does not adversely affect such metallic materials,
Shows sufficient cleaning performance.
【0069】なお、本発明の洗浄液に於いて、「実質的
に過酸化水素を含有しない」とは、洗浄する基板上の材
料、例えばCuやW等の配線材料や電極材料、及び低誘
電率膜に対し、過酸化水素による腐食や変質などの悪影
響を生じさせないことを意味する。つまり、これらの材
料が、半導体デバイスとした際に、配線や電極などとし
て充分に機能することを意味する。そのためには、本発
明の洗浄液に過酸化水素が含まれない様にし、含有され
たとしてもその含有量を少なく抑えるほど好ましい。そ
の含有量は、例えば、10ppm以下、好ましくは1p
pm、更に好ましくは10ppb以下とされる。In the cleaning liquid of the present invention, "substantially free of hydrogen peroxide" means the material on the substrate to be cleaned, such as the wiring material or electrode material such as Cu or W, and the low dielectric constant. This means that the film is not adversely affected by hydrogen peroxide such as corrosion and deterioration. That is, it means that these materials sufficiently function as wirings and electrodes when used as a semiconductor device. For that purpose, it is preferable that the cleaning liquid of the present invention does not contain hydrogen peroxide, and even if it is contained, the content thereof is suppressed to be small. The content is, for example, 10 ppm or less, preferably 1 p
pm, and more preferably 10 ppb or less.
【0070】本発明の洗浄液は、金属汚染やパーティク
ル汚染が問題となる半導体、ガラス、金属、セラミック
ス、樹脂、磁性体、超伝導体などの基板表面の洗浄に使
用される。特に高清浄な基板表面が要求される、半導体
素子、ディスプレイデバイス用などの半導体デバイス用
基板を製造する工程における、半導体デバイス用基板表
面の洗浄に好適に使用される。これらの基板の表面に
は、配線、電極などが存在していてもよい。配線や電極
の材料としては、Si、Ge、GaAs等の半導体材
料;SiO2、窒化シリコン、ガラス、低誘電率材料、
酸化アルミニウム、遷移金属酸化物(酸化チタン、酸化
タンタル、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム等)、
(Ba、Sr)TiO3(BST)、ポリイミド、有機
熱硬化性樹脂などの絶縁材料;W、Cu、Al等の金属
またはこれらの合金、シリサイド、窒化物などが挙げら
れる。低誘電率材料とは、比誘電率が3.5以下である
材料の総称である。因に、SiO2の比誘電率は3.8
〜3.9である。The cleaning liquid of the present invention is used for cleaning the substrate surface of semiconductors, glass, metals, ceramics, resins, magnetic materials, superconductors, etc., where metal contamination or particle contamination is a problem. Particularly, it is suitably used for cleaning the surface of a semiconductor device substrate in the process of manufacturing a semiconductor device substrate for semiconductor elements, display devices, etc., which requires a highly clean substrate surface. Wiring, electrodes, etc. may be present on the surface of these substrates. As the material for the wirings and electrodes, semiconductor materials such as Si, Ge and GaAs; SiO 2 , silicon nitride, glass, low dielectric constant materials,
Aluminum oxide, transition metal oxides (titanium oxide, tantalum oxide, hafnium oxide, zirconium oxide, etc.),
Insulating materials such as (Ba, Sr) TiO 3 (BST), polyimide and organic thermosetting resins; metals such as W, Cu and Al or alloys thereof, silicides, nitrides and the like. The low dielectric constant material is a general term for materials having a relative dielectric constant of 3.5 or less. Incidentally, the relative permittivity of SiO 2 is 3.8.
˜3.9.
【0071】特に、本発明の洗浄液は、表面に遷移金属
または遷移金属化合物を有する半導体デバイス用基板の
洗浄に好適に使用される。遷移金属としては、W、C
u、Ti、Cr、Co、Zr、Hf、Mo、Ru、A
u、Pt、Ag等が挙げられ、遷移金属化合物として
は、これらの遷移金属のチッ化物、酸化物、シリサイド
等が挙げられる。これらの中では、W及び/又はCuが
好ましい。In particular, the cleaning liquid of the present invention is suitably used for cleaning a semiconductor device substrate having a transition metal or a transition metal compound on the surface. Transition metals include W and C
u, Ti, Cr, Co, Zr, Hf, Mo, Ru, A
Examples of the transition metal compound include u, Pt, and Ag, and examples of the transition metal compound include nitrides, oxides, and silicides of these transition metals. Among these, W and / or Cu are preferable.
【0072】表面にタングステンを有する基板の洗浄を
行う工程としては、タングステンをゲート電極材料とし
て使用した場合の、ゲート電極とシリコン等を有する基
板表面の洗浄が挙げられる。具体的には、半導体デバイ
スにタングステン膜を形成した後の洗浄工程、特に、タ
ングステン膜をドライエッチングした後の洗浄工程、そ
の後にシリコン露出部にイオン注入した後の洗浄工程が
挙げられる。Examples of the step of cleaning the substrate having tungsten on the surface include cleaning of the surface of the substrate having the gate electrode and silicon when tungsten is used as the gate electrode material. Specifically, a cleaning step after forming a tungsten film on a semiconductor device, in particular, a cleaning step after dry etching the tungsten film, and a cleaning step after ion implantation into a silicon exposed portion are mentioned.
【0073】本発明の洗浄液を使用すれば、超音波照射
やブラシスクラブを行わなくても、パーティクルや金属
の除去を行なうことが出来る。従って、本発明の洗浄液
は、超音波洗浄やブラシスクラブを行うと壊れてしまう
恐れが大きい、極微細な(例えば、ゲート電極の幅が
0.15μm程度の)ゲート電極をタングステンで形成
した場合の、ゲート電極および基板表面の洗浄に好適で
ある。By using the cleaning liquid of the present invention, it is possible to remove particles and metals without performing ultrasonic irradiation or brush scrubbing. Therefore, the cleaning liquid of the present invention is highly likely to be broken when ultrasonic cleaning or brush scrubbing is performed, and therefore, when an extremely fine gate electrode (for example, a gate electrode width is about 0.15 μm) is formed of tungsten. Suitable for cleaning the gate electrode and the substrate surface.
【0074】表面にCuを有する基板の洗浄を行う工程
としては、Cuを配線材料として使用した場合の、Cu
配線と層間絶縁膜などを有する基板表面の洗浄が挙げら
れる。具体的には、半導体デバイスにCu膜を形成した
後の洗浄工程、特にCu膜に対してCMP(Chemical M
echanical Polishing)を行った後の洗浄工程、配線上
の層間絶縁膜にドライエッチングによりホールを開けた
後の洗浄工程が挙げられる。The step of cleaning the substrate having Cu on the surface includes Cu when Cu is used as a wiring material.
The cleaning of the surface of the substrate having the wiring and the interlayer insulating film may be mentioned. Specifically, the cleaning step after forming the Cu film on the semiconductor device, particularly the CMP (Chemical MMP) for the Cu film.
Examples include a cleaning step after performing echanical polishing) and a cleaning step after forming a hole in the interlayer insulating film on the wiring by dry etching.
【0075】また、本発明の洗浄液は、表面に層間絶縁
膜材料となる低誘電率材料を有する半導体デバイス用基
板の洗浄にも好適に使用される。低誘電率材料として
は、有機ポリマー材料、無機ポリマー(シロキサン系)
材料、多孔質(ポーラス)材料と、大きく3つに分けら
れる。有機ポリマー材料としては、Polyimide、BCB
(Benzocyclobutene)、Flare(Honeywell社)、SiLK(Dow C
hemical)等が挙げられ、無機ポリマー材料としては、F
SG(Fluorinated silicate glass)、BLACK DIAMOND(Ap
plied Materials)、Aurora(日本ASM)等が挙げられる。The cleaning liquid of the present invention is also suitably used for cleaning a semiconductor device substrate having a low dielectric constant material serving as an interlayer insulating film material on its surface. Low dielectric constant materials include organic polymer materials and inorganic polymers (siloxane-based)
Materials and porous materials are roughly classified into three types. Organic polymer materials include Polyimide and BCB
(Benzocyclobutene), Flare (Honeywell), SiLK (Dow C)
hemical) and the like, and examples of the inorganic polymer material include F
SG (Fluorinated silicate glass), BLACK DIAMOND (Ap
plied Materials), Aurora (Japan ASM), etc.
【0076】本発明の洗浄液は、上述の様に、基板表面
に於ける電極や配線材料の有無に拘わらず、半導体デバ
イス用基板の表面洗浄に好適に使用される。その中で
も、本発明の洗浄液は、基板表面に於ける水の接触角が
60゜以上の疎水性を示す半導体デバイス用基板の洗浄
に好適に使用される。As described above, the cleaning liquid of the present invention is suitably used for cleaning the surface of a semiconductor device substrate regardless of the presence or absence of electrodes or wiring materials on the substrate surface. Among them, the cleaning liquid of the present invention is preferably used for cleaning a semiconductor device substrate having a hydrophobic contact angle of 60 ° or more on the surface of the substrate.
【0077】本発明の洗浄液の調製方法は、従来公知の
方法によればよい。洗浄液の構成成分(例えば、界面活
性剤、水酸化アンモニウム、水、必要に応じて錯化剤な
ど、他の成分)のうち、何れか2成分または3成分以上
を予め配合し、その後に残りの成分を混合してもよい
し、一度に全部を混合してもよい。The cleaning solution of the present invention may be prepared by a conventionally known method. Of the constituents of the cleaning liquid (for example, surfactant, ammonium hydroxide, water, and other components such as complexing agent if necessary), any two or three or more components are mixed in advance, and then the remaining components are mixed. The components may be mixed or all at once.
【0078】前述の様に、本発明の半導体デバイス用基
板洗浄液は、今後の新材料、つまり過酸化水素などの薬
液に対して耐性の低い金属材料が表面にある半導体デバ
イス用基板でも、これら新材料を実質的に腐食しないの
で、前工程および後工程の何れにも使用可能な、優れた
洗浄効果を奏する洗浄液となる。As described above, the semiconductor device substrate cleaning solution of the present invention can be applied to new materials for the future, that is, even for semiconductor device substrates having a metal material having low resistance to a chemical solution such as hydrogen peroxide on the surface. Since the material is not substantially corroded, the cleaning liquid can be used in both the pre-process and the post-process and has an excellent cleaning effect.
【0079】すなわち、本発明の他の要旨は、以下の条
件(a)、(b)及び(c)を満たすことを特徴とす
る、少なくとも半導体素子電極または金属配線を表面に
有する、半導体デバイス用基板洗浄液に存する。That is, another aspect of the present invention is for a semiconductor device having at least a semiconductor element electrode or a metal wiring on the surface, which satisfies the following conditions (a), (b) and (c): It exists in the substrate cleaning solution.
【0080】(a)実質的に半導体素子電極および金属
配線を腐食しない。
(b)汚染金属量が1000〜5000(×1010a
toms/cm2)である基板を洗浄した場合に於い
て、洗浄後の汚染金属量が10(×1010atoms
/cm2)以下である。
(c)粒径0.1μm以上のパーティクルを8000〜
100000(個/0.03m2)有する半径rの略円
形状基板表面をt(分)間洗浄した場合に於いて、洗浄
後、基板と中心を同じくする基板表面上の円周内でのパ
ーティクル個数が、t=0.5〜1の際、円周半径0.
6rの円周内で200/t個以下、または、円周半径
0.9rの円周内では800/t個以下である。(A) Substantially no corrosion of semiconductor element electrodes and metal wiring. (B) The amount of contaminating metal is 1000 to 5000 (× 10 10 a
In the case of cleaning a substrate having a thickness of 10 (toms / cm 2 ), the amount of contaminated metal after cleaning is 10 (× 10 10 atoms)
/ Cm 2 ) or less. (C) Particles having a particle size of 0.1 μm or more
In the case where a substantially circular substrate surface having a radius r of 100,000 (pieces / 0.03 m 2 ) is washed for t (minutes), particles in a circle on the substrate surface having the same center as the substrate after cleaning When the number is t = 0.5 to 1, the circumference radius is 0.
It is 200 / t or less within the circumference of 6r, or 800 / t or less within the circumference of a radius of 0.9r.
【0081】なお、上記の(b)及び(c)の規定は、
本発明の洗浄液の特性を規定したものであり、本発明の
洗浄液が使用される洗浄条件を規定したものではない。
また、本発明の洗浄液に於いて、「実質的に半導体素子
電極及び金属配線を腐食しない」とは、洗浄する基板上
の半導体素子電極や金属配線、具体的には、例えばWや
Cu等の電極材料や配線材料に対して、腐食や変質など
の悪影響を生じさせず、これらの材料が、半導体デバイ
スとした際に、電極や配線などとして充分に機能するこ
とを意味する。The above definitions of (b) and (c) are as follows.
The characteristics of the cleaning liquid of the present invention are specified, and the cleaning conditions under which the cleaning liquid of the present invention is used are not specified.
Further, in the cleaning liquid of the present invention, "substantially does not corrode the semiconductor element electrode and the metal wiring" means that the semiconductor element electrode and the metal wiring on the substrate to be cleaned, specifically, such as W and Cu. It means that these materials do not cause adverse effects such as corrosion and alteration to the electrode material and the wiring material, and that these materials sufficiently function as electrodes and wiring when used as a semiconductor device.
【0082】上記の本発明の洗浄液に於いて、条件
(b)及び(c)を満たすということは、金属汚染、パ
ーティクル汚染、何れの汚染をも充分に除去することが
可能であることを示す。Satisfaction of the conditions (b) and (c) in the above-mentioned cleaning liquid of the present invention means that metal contamination, particle contamination and any contamination can be sufficiently removed. .
【0083】条件(c)は、洗浄対象が略円板状基板の
表面、つまり略円形状基板表面の際、短時間の洗浄であ
っても、基板表面の位置によらず、基板表面を高度に清
浄化出来ることを意味する。つまり粒径0.1μm以上
のパーティクルを8000〜100000(個/0.0
3m2)有する半径rの略円形状基板表面を洗浄時間
t:0.5〜1[分]として洗浄した後、基板と中心を
同じくする基板表面上の比較的内周部である円周半径
0.6rの円周内では、残留するパーティクルを200
/t個以下まで除去し、且つ、比較的外周部までをも含
む円周半径0.9rの円周内に於いても、パーティクル
を800/t個以下とし、基板表面を高度に清浄化でき
ることを意味する。The condition (c) is that when the object to be cleaned is the surface of the substantially disk-shaped substrate, that is, the surface of the substantially circular substrate, even if the cleaning is performed for a short time, the substrate surface is highly advanced regardless of the position of the substrate surface. It means that it can be cleaned. That is, particles having a particle diameter of 0.1 μm or more are 8000 to 100000 (particles / 0.0
After cleaning a substantially circular substrate surface having a radius r of 3 m 2 ) for a cleaning time t: 0.5 to 1 [minutes], a circumferential radius which is a relatively inner peripheral portion on the substrate surface having the same center as the substrate Within the circumference of 0.6r, 200 particles remain
/ T particles or less, and even within the circumference with a radius of 0.9r including even the outer peripheral portion, the number of particles should be 800 / t or less, and the substrate surface can be highly cleaned. Means
【0084】また、上述した、本発明の半導体デバイス
用基板洗浄液における、「洗浄した場合に於いて」と
は、後述する様な洗浄方法によって、半導体デバイス用
基板を洗浄液によって洗浄した場合であることを示す。
洗浄方法は、通常、半導体デバイス用基板の洗浄時に採
用されうる方法であれば特に限定されない。中でも、洗
浄液の基板への接触方法は、基板上に洗浄液を流しなが
ら基板を高速回転させるスピン式とし、洗浄液の液温度
は室温〜90℃の範囲とすることが安定した結果が得ら
れるので好ましい。In the above-mentioned semiconductor device substrate cleaning liquid of the present invention, "when cleaned" means that the semiconductor device substrate is cleaned with the cleaning liquid by a cleaning method described later. Indicates.
The cleaning method is not particularly limited as long as it is a method that can be adopted when cleaning the semiconductor device substrate. Among them, the method of contacting the cleaning liquid with the substrate is a spin type in which the substrate is rotated at a high speed while flowing the cleaning liquid over the substrate, and the liquid temperature of the cleaning liquid is preferably in the range of room temperature to 90 ° C. because stable results can be obtained. .
【0085】更に、洗浄の際、物理力による洗浄方法、
例えば洗浄ブラシを使用したスクラブ洗浄などの機械的
洗浄や、基板に周波数0.5メガヘルツ以上の超音波を
照射する超音波洗浄、そしてこれらを併用する洗浄方法
などを採用することにより、より安定した洗浄結果が得
られるので好ましい。Further, at the time of cleaning, a cleaning method using physical force,
For example, mechanical cleaning such as scrubbing using a cleaning brush, ultrasonic cleaning in which a substrate is irradiated with ultrasonic waves having a frequency of 0.5 MHz or more, and cleaning methods using these in combination make it more stable. It is preferable because the washing result can be obtained.
【0086】本発明の洗浄方法は、洗浄液を基板に直接
接触させる方法で行われる。洗浄液の基板への接触方法
には、洗浄槽に洗浄液を満たして基板を浸漬させるディ
ップ式、ノズルから基板上に洗浄液を流しながら基板を
高速回転させるスピン式、基板に液を噴霧して洗浄する
スプレー式などが挙げられる。この様な洗浄を行うため
の装置としては、カセットに収容された複数枚の基板を
同時に洗浄するバッチ式洗浄装置、1枚の基板をホルダ
ーに装着して洗浄する枚葉式洗浄装置などがある。The cleaning method of the present invention is performed by directly contacting the cleaning liquid with the substrate. The method of contacting the cleaning liquid with the substrate is a dip type in which the cleaning liquid is filled in a cleaning tank to immerse the substrate, a spin type in which the substrate is rotated at a high speed while flowing the cleaning liquid over the substrate from a nozzle, and the liquid is sprayed onto the substrate for cleaning. A spray type etc. are mentioned. As an apparatus for performing such cleaning, there are a batch type cleaning apparatus for simultaneously cleaning a plurality of substrates contained in a cassette, a single wafer cleaning apparatus for mounting one substrate on a holder and cleaning the same. .
【0087】洗浄時間は、バッチ式洗浄装置の場合、通
常30秒から30分、好ましくは1〜15分、枚葉式洗
浄装置の場合、通常1秒から15分、好ましくは5秒か
ら5分である。洗浄時間が短すぎる場合は洗浄効果が十
分でなく、長すぎる場合は、洗浄効果の向上は小さく、
スループットの低下を招く。本発明の洗浄液は、上記の
何れの方法にも適用できるが、短時間でより効率的な汚
染除去が出来る点から、スピン式やスプレー式の洗浄に
好ましく使用される。そしては、洗浄時間の短縮、洗浄
液使用量の削減が問題となっている枚葉式洗浄装置に適
用するならば、これらの問題が解消されるので好まし
い。The cleaning time is usually 30 seconds to 30 minutes, preferably 1 to 15 minutes in the case of a batch type cleaning apparatus, and usually 1 second to 15 minutes, preferably 5 seconds to 5 minutes in the single wafer cleaning apparatus. Is. If the cleaning time is too short, the cleaning effect is not sufficient, and if it is too long, the improvement of the cleaning effect is small,
This causes a decrease in throughput. The cleaning liquid of the present invention can be applied to any of the above-mentioned methods, but is preferably used for spin-type or spray-type cleaning because it enables more efficient decontamination in a short time. Then, if it is applied to a single-wafer cleaning apparatus in which the reduction of the cleaning time and the reduction of the amount of cleaning liquid used are problems, these problems are solved, which is preferable.
【0088】洗浄液の温度は、通常は室温とされるが、
洗浄効果を向上させる目的で、40〜70℃程度に加温
することが好ましい。更に、表面にシリコンが露出して
いる基板を洗浄する場合は、シリコン表面に有機物汚染
が残留し易いため、基板を温度300℃以上の加熱処理
工程に供して熱分解させるか、または、オゾン水処理に
よって有機物を酸化分解処することが好ましい。The temperature of the cleaning liquid is usually room temperature,
For the purpose of improving the cleaning effect, it is preferable to heat to about 40 to 70 ° C. Further, when cleaning a substrate having exposed silicon on the surface, organic substances are likely to remain on the silicon surface. Therefore, the substrate is subjected to a heat treatment step at a temperature of 300 ° C. or higher for thermal decomposition, or ozone water is used. It is preferable to oxidatively decompose the organic matter by the treatment.
【0089】また、本発明の洗浄方法は、物理力による
洗浄方法、例えば、洗浄ブラシを使用したスクラブ洗浄
などの機械的洗浄や超音波洗浄と併用させることが好ま
しい。特に、超音波照射またはブラシスクラブを併用す
るならば、パーティクル汚染の除去性が更に向上し、洗
浄時間の短縮にも繋がるので好ましい。特に、CMP後
の洗浄で樹脂製ブラシを使用して洗浄するのが好まし
い。The cleaning method of the present invention is preferably used in combination with a cleaning method by physical force, for example, mechanical cleaning such as scrub cleaning using a cleaning brush or ultrasonic cleaning. In particular, it is preferable to use ultrasonic irradiation or brush scrub together because the removal property of particle contamination is further improved and the cleaning time is shortened. In particular, it is preferable to use a resin brush for cleaning after CMP.
【0090】樹脂製ブラシの材質は、任意に選択し得る
が、例えばPVA(ポリビニルアルコール)を使用する
のが好ましい。また、基板に周波数0.5メガヘルツ以
上の超音波を照射するならば、界面活性剤との相乗作用
により、パーティクルの除去性が著しく向上するので好
ましい。更に、本発明の洗浄方法の前および/または後
に、水の電気分解によって得られる電解イオン水、また
は、水に水素ガスを溶存させた水素水による洗浄を組み
合わせてもよい。The material of the resin brush can be selected arbitrarily, but it is preferable to use PVA (polyvinyl alcohol), for example. Further, it is preferable to irradiate the substrate with ultrasonic waves having a frequency of 0.5 MHz or more, because the synergistic action with the surfactant significantly improves the particle removability. Furthermore, before and / or after the cleaning method of the present invention, cleaning with electrolytic ion water obtained by electrolysis of water or hydrogen water in which hydrogen gas is dissolved in water may be combined.
【0091】[0091]
【実施例】次に、実施例により、本発明を具体的に説明
するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施
例により限定されるものではない。EXAMPLES Next, the present invention will be specifically described by way of examples, but the present invention is not limited to the following examples unless it exceeds the gist.
【0092】実施例1、2及び比較例1〜3
(スクラブ式洗浄によるパーティクル汚染の洗浄性評
価)低誘電率膜(SiOC:炭素含有SiO2)付きの
8インチシリコン基板(半径rが4インチの円板状基
板)を、SiO2スラリー溶液に10分間浸漬した。浸
漬後の基板を超純水で1分間水洗し、マルチスピンナー
((株)カイジョー製「KSSP−201」)でスピン
乾燥させた。その後、レーザー表面検査装置(日立電子
エンジニアリング社製「LS−5000」)により、基
板表面に付着した微粒子数を測定し、0.2μm以上の
SiO2粒子が一定数量以上(ただし、上限は1000
00個)付着していることを確認した。Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3 (Evaluation of Cleanability of Particle Contamination by Scrub Cleaning) 8-inch silicon substrate with low dielectric constant film (SiOC: carbon-containing SiO 2 ) (radius r is 4 inches) The disc-shaped substrate (1) was immersed in the SiO 2 slurry solution for 10 minutes. The substrate after the immersion was washed with ultrapure water for 1 minute, and spin-dried with a multi-spinner (“KSSP-201” manufactured by Kaijo Corporation). After that, the number of fine particles adhering to the substrate surface was measured by a laser surface inspection device (“LS-5000” manufactured by Hitachi Electronics Engineering Co., Ltd.), and a certain number of SiO 2 particles of 0.2 μm or more (however, the upper limit was 1000
It was confirmed that they were attached.
【0093】表1に示す洗浄液を使用し、上記のマルチ
スピンナーにより、PVA製のブラシで上記のSiO2
粒子付着基板をブラシスクラブ洗浄し、パーティクルを
除去した。洗浄液による洗浄は室温で1分間行なった。
その後、超純水で基板を1分間洗浄した後、スピン乾燥
し、洗浄済基板を得た。結果を表1に示す。Using the cleaning liquids shown in Table 1, the above-mentioned multi-spinner was used to brush the above-mentioned SiO 2 with a brush made of PVA.
The particle-attached substrate was brush scrubbed to remove particles. The washing with the washing solution was performed at room temperature for 1 minute.
Then, the substrate was washed with ultrapure water for 1 minute and then spin-dried to obtain a washed substrate. The results are shown in Table 1.
【0094】[0094]
【表1】 [Table 1]
【0095】実施例3〜6及び比較例4〜8
(スクラブ式洗浄によるパーティクル汚染の洗浄性評
価)先ず、実施例1と同様にSiO2粒子付着基板を作
成した。次いで、表2に示す洗浄液を使用し、洗浄時間
を0.5分間とした以外は、実施例1と同様にSiO2
粒子付着基板を洗浄し、洗浄済基板を得た。結果を表2
に示す。Examples 3 to 6 and Comparative Examples 4 to 8 (Evaluation of Cleanability of Particle Contamination by Scrub Cleaning) First, a SiO 2 particle-attached substrate was prepared in the same manner as in Example 1. Then, using a washing liquid shown in Table 2, the cleaning time except for using inter 0.5 minutes, in the same manner as in Example 1 SiO 2
The particle-attached substrate was washed to obtain a washed substrate. The results are shown in Table 2.
Shown in.
【0096】表2中の濡れ性評価は次の方法で行った。
すなわち、低誘電率膜(SiOC:炭素含有SiO2)
付きのテスト片(2cm角)を表2に記載の各洗浄液に
垂直に漬ける。0.5分後、テスト片を垂直に引き出
し、テスト片の全面積に対する洗浄液が付いた面積の割
合で評価した。評価基準は、○:80%以上,△:50
%以上80%未満,×:50%未満とした。The wettability evaluation in Table 2 was performed by the following method.
That is, a low dielectric constant film (SiOC: carbon-containing SiO 2 )
Test pieces (2 cm square) marked with are soaked vertically in each of the cleaning solutions shown in Table 2. After 0.5 minutes, the test piece was pulled out vertically and evaluated by the ratio of the area with the cleaning liquid to the total area of the test piece. The evaluation criteria are ◯: 80% or more, △: 50
% To less than 80%, x: less than 50%.
【0097】[0097]
【表2】 [Table 2]
【0098】実施例7〜10
(スクラブ式洗浄によるパーティクル汚染の洗浄性評
価)低誘電率膜(SiOC:炭素含有SiO2)付きの
8インチシリコン基板(半径rが4インチの円板状基
板)を、0.5重量%フッ酸で1分間表面処理した後、
SiO2スラリー溶液に10分間浸漬した。浸漬後の基
板を超純水で1分間水洗し、マルチスピンナー((株)
カイジョー製「KSSP−201」)でスピン乾燥させ
た。その後、レーザー表面検査装置(日立電子エンジニ
アリング社製「LS−6600」)で基板表面に付着し
た微粒子数を測定し、0.11μm以上のSiO2粒子
が一定数量以上(ただし、上限は100000個)付着
していることを確認した。Examples 7 to 10 (Evaluation of Cleanability of Particle Contamination by Scrub Cleaning) 8-inch silicon substrate with a low dielectric constant film (SiOC: carbon-containing SiO 2 ) (disk-shaped substrate with radius r of 4 inches) Was surface treated with 0.5 wt% hydrofluoric acid for 1 minute,
It was immersed in the SiO 2 slurry solution for 10 minutes. After the immersion, wash the substrate with ultrapure water for 1 minute, then use Multi Spinner
It was spin dried with "KSSP-201" manufactured by Kaijo. After that, the number of fine particles adhering to the substrate surface was measured with a laser surface inspection device (“LS-6600” manufactured by Hitachi Electronics Engineering Co., Ltd.), and a certain number or more of SiO 2 particles of 0.11 μm or more (however, the upper limit is 100,000). It was confirmed that they were attached.
【0099】表3に示す洗浄液を使用し、前述のマルチ
スピンナーにより、PVA製のブラシで上記のSiO2
粒子付着基板をブラシスクラブ洗浄し、パーティクルを
除去した。洗浄液による洗浄は室温で0.5分間行なっ
た。その後、超純水で基板を1分間洗浄した後、スピン
乾燥して、洗浄済基板を得た。結果を表3に示す。Using the cleaning liquids shown in Table 3, the above-mentioned multi-spinner was used to remove the above-mentioned SiO 2 with a PVA brush.
The particle-attached substrate was brush scrubbed to remove particles. The cleaning with the cleaning solution was performed at room temperature for 0.5 minutes. Then, the substrate was washed with ultrapure water for 1 minute and then spin-dried to obtain a washed substrate. The results are shown in Table 3.
【0100】[0100]
【表3】 [Table 3]
【0101】実施例11、12及び比較例9
(スクラブ式洗浄によるパーティクル汚染の洗浄性評
価)先ず、実施例1と同様にSiO2粒子付着基板を作
成した。次いで、表4に示す洗浄液を使用し、洗浄時間
を0.5分間とした以外は、実施例1と同様にSiO2
粒子付着基板を洗浄し、洗浄済基板を得た。結果を表4
に示す。Examples 11 and 12 and Comparative Example 9 (Evaluation of Cleanability of Particle Contamination by Scrub Cleaning) First, a SiO 2 particle-attached substrate was prepared in the same manner as in Example 1. Then, using the cleaning liquid shown in Table 4, except that the cleaning time was 0.5 minutes, SiO 2 was the same as in Example 1.
The particle-attached substrate was washed to obtain a washed substrate. The results are shown in Table 4.
Shown in.
【0102】[0102]
【表4】 [Table 4]
【0103】実施例13及び比較例10
基板表面に厚さ約100nmの熱酸化膜の付いた4イン
チシリコン基板(半径rが2インチの円板状基板)を大
気中に3時間暴露し、気中浮遊物を付着させた。基板表
面検査装置(日立電子エンジニアリング社製「LS−5
000」)で測定した結果、基盤には粒径0.2μm以
上のパーティクルが1万個以上(ただし、上限は100
000個)付着していた。この基板を50℃に温度制御
された表3に記載の各洗浄液に各10分間浸漬処理した
後、10分間純水による流水洗浄を行ない、スピンドラ
イヤーにて乾燥した。洗浄処理後の基板上に残存するパ
ーティクル数の測定結果を表5に示す。Example 13 and Comparative Example 10 A 4-inch silicon substrate (a disk-shaped substrate having a radius r of 2 inches) having a thermal oxide film with a thickness of about 100 nm on the surface of the substrate was exposed to the atmosphere for 3 hours and exposed to air. A medium suspension was attached. Substrate surface inspection device ("LS-5" manufactured by Hitachi Electronics Engineering Co., Ltd.
000 ”), the substrate has 10,000 or more particles with a particle size of 0.2 μm or more (however, the upper limit is 100).
(000 pieces) were attached. This substrate was immersed in each cleaning solution shown in Table 3 whose temperature was controlled at 50 ° C. for 10 minutes, washed with running pure water for 10 minutes, and dried by a spin dryer. Table 5 shows the measurement results of the number of particles remaining on the substrate after the cleaning treatment.
【0104】比較例11
実施例13に於いて、洗浄液として、29重量%水酸化
アンモニウム水溶液、50重量%過酸化水素水、超純水
を容量比1:4:20にて混合して調製した溶液(AP
M洗浄液)を使用した以外は、実施例13と同様に行な
って評価した。結果を表5に示す。Comparative Example 11 A cleaning liquid in Example 13 was prepared by mixing 29% by weight aqueous ammonium hydroxide solution, 50% by weight aqueous hydrogen peroxide and ultrapure water at a volume ratio of 1: 4: 20. Solution (AP
Evaluation was performed in the same manner as in Example 13 except that M cleaning solution) was used. The results are shown in Table 5.
【0105】比較例11の洗浄液は、洗浄後の付着粒子
数が比較的少ないが、洗浄液に過酸化水素を含むため
に、今後の新材料への適用が出来ず、将来的には使用不
可能となる。The cleaning liquid of Comparative Example 11 has a relatively small number of adhered particles after cleaning, but since the cleaning liquid contains hydrogen peroxide, it cannot be applied to new materials in the future and cannot be used in the future. Becomes
【0106】[0106]
【表5】 [Table 5]
【0107】実施例14及び比較例12〜14
自然酸化膜の付いた4インチシリコン基板(半径rが2
インチの円板状基板)を0.5重量%HF水溶液に5分
間浸漬処理して表面酸化膜を除去した基板を得た。これ
をSilicon(IV)Nitride粒子(Johnson Matthey社製「S
tk#12145」)0.02g/Lが添加され且つ50℃に温
度制御された表4に記載の各洗浄液に10分間浸漬処理
し後、5分間純水による流水洗浄を行ない、スピンドラ
イヤーにて乾燥した。基板表面検査装置(日立電子エン
ジニアリング社製「LS−5000」)により、洗浄処
理後の基板上に残存する粒径0.2μm以上のパーティ
クルの数を測定した。結果を表6に示す。Example 14 and Comparative Examples 12 to 14 A 4-inch silicon substrate provided with a natural oxide film (having a radius r of 2)
Inch disk-shaped substrate) was immersed in a 0.5 wt% HF aqueous solution for 5 minutes to obtain a substrate from which the surface oxide film was removed. This is the Silicon (IV) Nitride particle ("S" manufactured by Johnson Matthey).
tk # 12145 ") 0.02 g / L was added and immersed in each cleaning solution shown in Table 4 whose temperature was controlled at 50 ° C for 10 minutes, and then washed with running pure water for 5 minutes with a spin dryer. Dried. A substrate surface inspection device (“LS-5000” manufactured by Hitachi Electronics Engineering Co., Ltd.) was used to measure the number of particles having a particle size of 0.2 μm or more remaining on the substrate after the cleaning treatment. The results are shown in Table 6.
【0108】[0108]
【表6】 [Table 6]
【0109】実施例15、比較例15、16
0.5重量%HF水溶液に5分間浸漬処理することによ
り表面自然酸化膜を除去した4インチシリコン基板(半
径rが2インチの円板状基板)を用意した。これを各温
度制御された表5に記載の洗浄液に所定時間浸漬処理し
た後、5分間純水による流水洗浄を行ない、スピンドラ
イヤーにて乾燥した。基板乾燥後、直ちに原子間力顕微
鏡(Digital Instruments社製Nano ScopeIIIa)で
基板表面のZ軸変位の標準偏差であるRms(nm)を
測定した。結果を表7に示す。Example 15 and Comparative Examples 15 and 16 A 4-inch silicon substrate from which a surface natural oxide film was removed by immersion in a 0.5 wt% HF aqueous solution for 5 minutes (a disk-shaped substrate having a radius r of 2 inches) Prepared. This was immersed in the cleaning liquid of each temperature controlled shown in Table 5 for a predetermined time, washed with running pure water for 5 minutes, and dried by a spin dryer. Immediately after the substrate was dried, the standard deviation Rms (nm) of the Z-axis displacement on the substrate surface was measured with an atomic force microscope (Nano Scope IIIa manufactured by Digital Instruments). The results are shown in Table 7.
【0110】上記の基板の表面荒れについて目視による
評価を行ない。次の結果を得た。すなわち、比較例15
及び16の場合は、基板表面に直径約1〜10mm程度
の無数のクレーター状凹凸と基板表面全体に亘る干渉縞
の様な表面荒れが観察されたが、実施例15の場合は観
察されなかった。The surface roughness of the above substrate is visually evaluated. The following results were obtained. That is, Comparative Example 15
In the cases of Nos. 16 and 16, countless crater-like irregularities having a diameter of about 1 to 10 mm and surface roughness such as interference fringes over the entire surface of the substrate were observed, but in Example 15, it was not observed. .
【0111】[0111]
【表7】 [Table 7]
【0112】実施例16〜19及び比較例17〜19
0.5重量%HF水溶液に5分間浸漬処理することによ
り表面酸化膜を除去した膜厚約100nmの多結晶ポリ
シリコンのテスト片を用意した。このテスト片を50℃
に温度制御された表6に記載の各洗浄液に10分間浸漬
処理した後、5分間純水による流水洗浄を行ない、窒素
ブローにて乾燥した。多結晶ポリシリコンの膜厚は、光
干渉式膜厚測定器(ナノメトリクス社製「ナノスペック
L−6100」)で測定した。洗浄処理前後の膜厚測定
よりエッチングレートを算出した。結果を表8に示す。Examples 16 to 19 and Comparative Examples 17 to 19 Test pieces of polycrystalline polysilicon having a film thickness of about 100 nm were prepared by removing the surface oxide film by immersion in a 0.5 wt% HF aqueous solution for 5 minutes. . This test piece is 50 ℃
After immersion treatment for 10 minutes in each cleaning solution whose temperature was controlled in Table 6, the sample was washed with running pure water for 5 minutes and dried by nitrogen blowing. The film thickness of the polycrystalline polysilicon was measured by an optical interference type film thickness meter (“Nanospec L-6100” manufactured by Nanometrics Co., Ltd.). The etching rate was calculated by measuring the film thickness before and after the cleaning treatment. The results are shown in Table 8.
【0113】[0113]
【表8】 [Table 8]
【0114】実施例20、参考例1
0.3重量%アンモニア水溶液に5分間浸漬処理するこ
とにより表面酸化膜を除去した膜厚約100nmのタン
グステンのテスト片を用意した。このテスト片を、40
℃に温度制御された表9に記載の各洗浄液に10分間浸
漬処理した後、5分間純水による流水洗浄を行ない、窒
素ブローにて乾燥した。タングステンの膜厚は、全反射
蛍光X線(Jeol社製「RIX−3000」)を使用
し、反射強度からの換算により導出した。洗浄処理前後
の膜厚測定よりエッチングレートを算出した。結果を表
9に示す。Example 20, Reference Example 1 A test piece of tungsten having a film thickness of about 100 nm was prepared by removing the surface oxide film by immersing in a 0.3% by weight aqueous ammonia solution for 5 minutes. 40 pieces of this test piece
Immersion treatment was performed for 10 minutes in each of the cleaning solutions shown in Table 9 whose temperature was controlled at 0 ° C., followed by washing with running deionized water for 5 minutes, and drying with nitrogen blow. The film thickness of tungsten was derived by conversion from reflection intensity using total reflection fluorescent X-ray ("RIX-3000" manufactured by Jeol Co.). The etching rate was calculated by measuring the film thickness before and after the cleaning treatment. The results are shown in Table 9.
【0115】ここで、実施例20と参考例1とを比較し
て明らかな通り、本発明の洗浄液は、単なるアルカリ水
溶液に対して、基板表面のエッチングレートを抑制し、
半導体デバイス用基板洗浄液として優れていることが分
かる。Here, as is clear from comparison between Example 20 and Reference Example 1, the cleaning liquid of the present invention suppresses the etching rate of the substrate surface with respect to a simple alkaline aqueous solution,
It can be seen that it is excellent as a substrate device cleaning liquid for semiconductor devices.
【0116】比較例20
実施例20に於いて、洗浄液として、比較例11と同様
のAPM洗浄液を使用した以外は、実施例20と同様に
行なって評価した。結果を表9に示す。Comparative Example 20 Evaluation was carried out in the same manner as in Example 20, except that the same APM cleaning liquid as in Comparative Example 11 was used as the cleaning liquid in Example 20. The results are shown in Table 9.
【0117】[0117]
【表9】 [Table 9]
【0118】実施例21、比較例21
4インチシリコン基板(半径rが2インチの円板状基
板)を、金属イオン(Fe、Cu)を含有したAPM洗
浄液に浸漬した。このAPM洗浄液は、29重量%アン
モニア水、31重量%過酸化水素水および水を容量比
1:1:5で混合し、これに金属含有量がFe(20p
pb)、Cu(1ppm)となる様に金属イオン含有水
溶液を添加して調製した。浸漬後のシリコン基板を超純
水で10分間水洗し、窒素ブローにより乾燥し、金属で
汚染されたシリコン基板を得た。Example 21, Comparative Example 21 A 4-inch silicon substrate (a disk-shaped substrate having a radius r of 2 inches) was immersed in an APM cleaning liquid containing metal ions (Fe, Cu). This APM cleaning solution was prepared by mixing 29% by weight aqueous ammonia, 31% by weight aqueous hydrogen peroxide and water at a volume ratio of 1: 1: 5, and a metal content of Fe (20 p).
pb) and Cu (1 ppm) were prepared by adding a metal ion-containing aqueous solution. The soaked silicon substrate was washed with ultrapure water for 10 minutes and dried by nitrogen blowing to obtain a silicon substrate contaminated with metal.
【0119】このシリコン基板上の汚染金属(Fe、C
u)の分析は、汚染されたシリコン基板および洗浄後の
シリコン基板共に、次の方法で行なった。すなわち、基
板表面にある金属を、フッ酸0.1重量%と過酸化水素
1重量%を含む水溶液で基板を処理することによって回
収し、誘導結合プラズマ質量分析計(ICP−MS)で
金属量を測定し、基板表面での金属濃度(atoms/
cm2)に換算する。Contaminating metals (Fe, C) on this silicon substrate
The analysis of u) was performed on the contaminated silicon substrate and the cleaned silicon substrate by the following method. That is, the metal on the surface of the substrate is recovered by treating the substrate with an aqueous solution containing 0.1% by weight of hydrofluoric acid and 1% by weight of hydrogen peroxide, and the amount of metal is measured by an inductively coupled plasma mass spectrometer (ICP-MS). Of the metal concentration on the substrate surface (atoms /
cm 2 ).
【0120】金属で汚染された上記のシリコン基板の洗
浄を、表10に示す洗浄液を使用し、洗浄液温度60
℃、洗浄時間10分とし、ディップ式洗浄法により行っ
た。汚染されたシリコン基板の分析結果および洗浄済シ
リコン基板表面の残留金属(Fe,Cu)を表10に示
す。For cleaning the above-mentioned silicon substrate contaminated with metal, the cleaning liquid shown in Table 10 was used, and the cleaning liquid temperature was 60.
C., the washing time was 10 minutes, and the dip washing method was used. Table 10 shows the analysis results of the contaminated silicon substrate and the residual metals (Fe, Cu) on the surface of the cleaned silicon substrate.
【0121】[0121]
【表10】 [Table 10]
【0122】以上の結果から、本発明の洗浄液は、疎水
性である低誘電率膜に付着した微粒子(パーティクル)
の除去性に優れていることが明らかである。また、水酸
化アンモニウム溶液やAPM溶液による従来の洗浄方法
に比し、気中浮遊物由来のパーティクル付着物に対して
も、より優れた除去性を有していることが判る。From the above results, the cleaning liquid of the present invention was found to have fine particles (particles) attached to the hydrophobic low dielectric constant film.
It is clear that the removability of Further, it can be seen that, as compared with the conventional cleaning method using an ammonium hydroxide solution or an APM solution, it has more excellent removability with respect to particle adhered substances derived from airborne substances.
【0123】同様に、系内に微粒子(パーティクル)等
が混入しても、本発明の洗浄方法で除去することによ
り、基板への付着を抑制することが可能となる。更に、
従来の洗浄方法と比較し、アルカリ性の洗浄液に於いて
もシリコン表面のラフネス(表面あれ)を極めて小さく
抑制することが可能であり、ポリシリコンやタングステ
ンへのエッチングによる加工寸法変化などの副作用が殆
ど無く、洗浄性とラフネス抑制および低エッチング性を
両立することが可能となる。Similarly, even if fine particles (particles) enter the system, they can be prevented from adhering to the substrate by removing them by the cleaning method of the present invention. Furthermore,
Compared with the conventional cleaning method, it is possible to suppress the roughness of the silicon surface (surface roughness) to an extremely small level even with an alkaline cleaning solution, and there are almost no side effects such as changes in processing dimensions due to etching on polysilicon or tungsten. Therefore, it is possible to achieve both the cleaning property, the roughness suppression, and the low etching property.
【0124】そして、本発明の洗浄液は、過酸化水素な
どの薬液に対して耐性の低い材料が表面にある半導体デ
バイス用基板であっても、前工程および後工程の何れに
も使用可能な、優れた洗浄効果を奏する洗浄液であるこ
とが明白である。The cleaning liquid of the present invention can be used in both the pre-process and the post-process even if it is a semiconductor device substrate having a material having a low resistance to a chemical liquid such as hydrogen peroxide on its surface. It is obvious that the cleaning liquid has an excellent cleaning effect.
【0125】[0125]
【発明の効果】本発明の洗浄液によれば、シリコン等の
半導体材料、窒化シリコン、酸化シリコン、ガラス、低
誘電率材料などの絶縁材料、遷移金属または遷移金属化
合物などを表面の一部あるいは全面に有する半導体デバ
イス用基板に於いて、基板表面に付着した微粒子(パー
ティクル)、有機汚染、金属汚染を洗浄により効果的に
除去し、系内に微粒子などが混入した際にも付着抑制が
可能である。特に、薬液をはじき易い疎水性の低誘電率
材料の濡れ性を良くし、洗浄性に優れている。また、ア
ルカリ性洗浄液に於いても、洗浄性に加え、シリコン表
面のラフネス抑制および低エッチング性を両立すること
が可能であり、半導体デバイス、ディスプレイデバイス
等の製造工程における汚染洗浄用などの表面処理方法と
して、工業的に非常に有用である。According to the cleaning liquid of the present invention, a semiconductor material such as silicon, an insulating material such as silicon nitride, silicon oxide, glass, a low dielectric constant material, a transition metal or a transition metal compound is partially or entirely surfaced. In the substrate for semiconductor devices, which is described in 1., it is possible to effectively remove fine particles (particles), organic contamination, and metal contamination attached to the surface of the substrate by cleaning, and it is possible to suppress adhesion even when fine particles and the like enter the system. is there. In particular, it improves the wettability of a hydrophobic low dielectric constant material that easily repels chemicals and excels in detergency. Further, even in an alkaline cleaning liquid, it is possible to achieve both the suppression of the roughness of the silicon surface and the low etching property in addition to the cleaning property, and a surface treatment method such as for cleaning contaminants in the manufacturing process of semiconductor devices, display devices, etc. As, it is very useful industrially.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C11D 3/04 C11D 3/04 3/20 3/20 3/30 3/30 3/34 3/34 (72)発明者 森永 均 福岡県北九州市八幡西区黒崎城石1番1号 三菱化学株式会社内 Fターム(参考) 4H003 AC07 BA12 DA15 DC04 EA23 EB08 EB13 EB19 EB22 ED02 FA07 FA28 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) C11D 3/04 C11D 3/04 3/20 3/20 3/30 3/30 3/34 3/34 ( 72) Inventor Hitoshi Morinaga 1-1-1 Kurosaki Shiroishi, Hachimansai-ku, Kitakyushu City, Fukuoka Prefecture Mitsubishi Chemical Corporation F-term (reference) 4H003 AC07 BA12 DA15 DC04 EA23 EB08 EB13 EB19 EB22 ED02 FA07 FA28
Claims (21)
及び(C)を含有することを特徴とする半導体デバイス
用基板の洗浄液。 成分(A):置換基(フェニル基を除く)を有していて
もよい炭化水素基とポリオキシエチレン基とを有し、炭
化水素基中の炭素数(m)とポリオキシエチレン基中の
オキシエチレン基数(n)の比率(m/n)が1〜1.
5であり、炭素数(m)が9以上、オキシエチレン基数
(n)が7以上であるエチレンオキサイド型界面活性
剤。 成分(B):水 成分(C):アルカリ又は有機酸1. At least the following components (A) and (B):
And (C) are contained, The cleaning liquid of the semiconductor device substrate characterized by the above-mentioned. Component (A): having a hydrocarbon group which may have a substituent (excluding phenyl group) and a polyoxyethylene group, and having a carbon number (m) in the hydrocarbon group and a polyoxyethylene group The ratio (m / n) of the number of oxyethylene groups (n) is 1 to 1.
An ethylene oxide type surfactant having 5 and having 9 or more carbon atoms (m) and 7 or more oxyethylene groups (n). Component (B): Water Component (C): Alkali or organic acid
16である請求項1に記載の洗浄液。2. The carbon number (m) in the component (A) is 9 to.
16. The cleaning liquid according to claim 1, which is 16.
Hが9以上である請求項1又は2に記載の洗浄液。3. An alkali containing as a component (C), p
The cleaning liquid according to claim 1 or 2, wherein H is 9 or more.
れるアルカリ化合物である請求項3に記載の洗浄液。 【化1】(R1)4N+OH− (I) (但し、R1は水素原子、又は水酸基、アルコキシ基、
ハロゲンにて置換されていてもよいアルキル基を示し、
R1は全て同一でも異なっていてもよい。)4. The cleaning liquid according to claim 3, wherein the component (C) is an alkali compound represented by the following general formula (I). Embedded image (R 1 ) 4 N + OH − (I) (wherein R 1 is a hydrogen atom, a hydroxyl group, an alkoxy group,
Indicates an alkyl group which may be substituted with halogen,
R 1 may be the same or different. )
は炭素数1〜4のアルキル基および/またはヒドロキシ
アルキル基を有する水酸化第4級アンモニウムである請
求項4に記載の洗浄液。5. The cleaning liquid according to claim 4, wherein the component (C) is ammonium hydroxide or quaternary ammonium hydroxide having an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms and / or a hydroxyalkyl group.
が1〜5である請求項1又は2に記載の洗浄液。6. An organic acid as component (C), which has a pH of
Is 1-5, The cleaning liquid of Claim 1 or 2.
たは有機スルホン酸である請求項6に記載の洗浄液。7. The cleaning liquid according to claim 6, wherein the component (C) is an organic carboxylic acid and / or an organic sulfonic acid.
酸、蓚酸、コハク酸、マロン酸、クエン酸、酒石酸、リ
ンゴ酸から成る群より選ばれる少なくとも1種である請
求項7に記載の洗浄液。8. The cleaning liquid according to claim 7, wherein the organic carboxylic acid is at least one selected from the group consisting of acetic acid, propionic acid, oxalic acid, succinic acid, malonic acid, citric acid, tartaric acid, and malic acid.
エタンスルホン酸、n−プロパンスルホン酸、i−プロ
パンスルホン酸、n−ブタンスルホン酸から成る群より
選ばれる少なくとも1種である請求項7に記載の洗浄
液。9. The organic sulfonic acid is methanesulfonic acid,
The cleaning liquid according to claim 7, which is at least one selected from the group consisting of ethanesulfonic acid, n-propanesulfonic acid, i-propanesulfonic acid, and n-butanesulfonic acid.
1重量%である請求項1〜9の何れかに記載の洗浄液。10. The content of component (A) is from 0.0001 to
The cleaning liquid according to claim 1, which is 1% by weight.
ルエーテル類である請求項1〜10の何れかに記載の洗
浄液。11. The cleaning liquid according to claim 1, wherein the component (A) is a polyoxyethylene alkyl ether.
何れかに記載の洗浄液。12. The cleaning liquid according to claim 1, further containing a complexing agent.
1〜12の何れかに記載の洗浄液。13. The cleaning liquid according to claim 1, which contains substantially no hydrogen peroxide.
を使用することを特徴とする半導体デバイス用基板の洗
浄方法。14. A method of cleaning a semiconductor device substrate, which comprises using the cleaning liquid according to claim 1.
照射しながら基板を洗浄する請求項14に記載の洗浄方
法。15. The cleaning method according to claim 14, wherein the substrate is cleaned while irradiating an ultrasonic wave having a frequency of 0.5 MHz or more.
用基板をブラシ洗浄する請求項14又は15に記載の洗
浄方法。16. The cleaning method according to claim 14, wherein the semiconductor device substrate after chemical mechanical polishing is brush-cleaned.
使用する請求項14〜16の何れかに記載の洗浄方法。17. The cleaning method according to claim 14, wherein the cleaning liquid is heated to a temperature of 40 to 70 ° C. before use.
以上の加熱処理か又はオゾン水処理を行う請求項14に
記載の洗浄方法。18. After washing with a washing liquid, the temperature is further 300 ° C.
The cleaning method according to claim 14, wherein the heat treatment or the ozone water treatment is performed.
を有する半導体デバイス用基板に適用する請求項14に
記載の洗浄方法。19. The cleaning method according to claim 14, which is applied to a semiconductor device substrate having an insulating film having a contact angle of water of 60 ° or more on its surface.
属化合物を有する半導体デバイス用基板に適用する請求
項14に記載の洗浄方法。20. The cleaning method according to claim 14, which is applied to a semiconductor device substrate having silicon, a transition metal, or a transition metal compound on its surface.
満たすことを特徴とする、少なくとも半導体素子電極ま
たは金属配線を表面に有する、半導体デバイス用基板洗
浄液。 (a)実質的に半導体素子電極および金属配線を腐食し
ない。 (b)汚染金属量が1000〜5000(×1010a
toms/cm2)である基板を洗浄した場合に於い
て、洗浄後の汚染金属量が10(×1010atoms
/cm2)以下である。 (c)粒径0.1μm以上のパーティクルを8000〜
100000(個/0.03m2)有する半径rの略円
形状基板表面をt(分)間洗浄した場合に於いて、洗浄
後、基板と中心を同じくする基板表面上の円周内でのパ
ーティクル個数が、t=0.5〜1の際、円周半径0.
6rの円周内で200/t個以下、または、円周半径
0.9rの円周内では800/t個以下である。21. A semiconductor device substrate cleaning liquid having at least a semiconductor element electrode or a metal wiring on the surface, which satisfies the following conditions (a), (b) and (c): (A) Substantially does not corrode semiconductor element electrodes and metal wiring. (B) The amount of contaminating metal is 1000 to 5000 (× 10 10 a
In the case of cleaning a substrate having a thickness of 10 (toms / cm 2 ), the amount of contaminated metal after cleaning is 10 (× 10 10 atoms)
/ Cm 2 ) or less. (C) Particles having a particle size of 0.1 μm or more
In the case where a substantially circular substrate surface having a radius r of 100,000 (pieces / 0.03 m 2 ) is washed for t (minutes), particles in a circle on the substrate surface having the same center as the substrate after cleaning When the number is t = 0.5 to 1, the circumference radius is 0.
It is 200 / t or less within the circumference of 6r, or 800 / t or less within the circumference of a radius of 0.9r.
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