JP3490604B2 - Method for producing quaternary ammonium base type semiconductor surface treating agent - Google Patents
Method for producing quaternary ammonium base type semiconductor surface treating agentInfo
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Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体素子製造
において、酸化・拡散工程での半導体基体表面処理洗浄
において、半導体写真食刻工程で用いられるレジストの
現像液や剥離液として、そして半導体基体の食刻等の目
的で、更には半導体基体の平滑化処理においてCMP
(Chemical mechanical polish)の研磨液やそのCMP
平滑化処理後の後処理洗浄液として用いられる第四アン
モニウム塩基型半導体表面処理剤及びその製造方法に関
する。
【0002】
【従来の技術】従来より、これらの技術分野において
は、半導体表面処理剤としてテトラメチルアンモニウム
ハイドロキサイド(TMAH)やトリメチル(ヒドロキ
シエチル)アンモニウムハイドロキサイド(コリン)の
第四アンモニウム塩基が主として用いられており、これ
らの第四アンモニウム塩基は、有機アルカリ化合物であ
るためにナトリウムやカリウム等のアルカリ金属の含有
量が極めて少なく、メタルフリーの半導体表面処理剤と
して大きな特徴を有している。そして、その詳細は、特
公昭53−20376号、特公昭53−20377号、
特公昭55−40133号、及び特公昭56−3409
0号の各公報(半導体表面洗浄作用)や、特公昭53−
20376号公報、及び特公昭63−2427号の各公
報(レジストの現像・剥離作用)や、特公昭56−40
976号公報、及び特公昭56−53211号公報(半
導体基体の食刻作用)等に記載されている。
【0003】ところで、近年における半導体集積回路に
おける微細化の進展は著しく、64MDRAM、256
MDRAM等に代表される次世代テバイスの設計最小寸
法は0.2μm前後のレベルにまできている。この程度
の微細化レベルになると、当然にエキシマ等の短波長で
の露光方式が必要になり、レジスト材料についても化学
増幅系のものが必要になってくる。
【0004】この化学増幅系のレジストについては、例
えば下記反応式(6)
【化7】
に示すように、露光により生じた少量の酸(H+ )の触
媒反応により酸分解基(Y)が脱離してアルカリ可溶性
になるメカニズムによってレジストの溶解が進み、エキ
シマの露光波長に近いレベルの解像度を達成できるとい
う点に大きな特徴がある。
【0005】しかしながら、この化学増幅系のレジスト
についても問題があり、それは、露光後加熱までの放置
の間に、大気雰囲気による影響を受け易く、微細パター
ンの形状制御が不十分になり、パターニングの再現性が
乏しくなる等の現象が発生することである。
【0006】この問題は、大気中に微量に含まれるアミ
ン等の塩基性物質による汚染によって発生するものであ
り、レジスト表面でH+ が失活する現象によりレジスト
パターンの形状不良(例えば、表面が硬化し、微細パタ
ーンが現像されなくなる現象等)が発生する。そして、
この現象が発生すると、当然に0.2μmレベルの寸法
制御が難しくなり、エキシマリソグラフィーシステム自
体の適用が意味をなさなくなる。
【0007】この大気中に微量に含まれるアミン系の浮
遊物の発生源としては、主に半導体表面の洗浄液や現像
液等として使用されているTMAHやコリン等の第四ア
ンモニウム塩基や、RCA処理液(SC−1、NH3 −
H2 O2 −H2 Oの1:1:6混合液、W. Kern, RCA R
eview 31, p187(1970))としてのNH4 OH等が挙げら
れる。そして、これらの処理液は、60〜80℃の温度
で用いられることが多く、半導体製造工程全体に対して
アミン汚染源となっているのが現状であり、今後の半導
体素子の微細化を進めるにあたって、クリンルーム大気
中からこのアミン系浮遊物を無くすことが極めて重要な
課題になっており、根本的な解決策として遊離アミンの
分解発生が少ないノンメタル系半導体用処理液の開発が
要請されている。
【0008】また、最近では、微細化のレベルが256
MDRAMや1GDRAMになるにつれて、STI(Sh
allow trench isolation)構造、DTI(Deep trench
isolation )構造等での微細トレンチ形成や、CMPに
よる半導体素子表面の平坦化等のプロセスが不可欠にな
っている。そして、これらの製造プロセスにおいては、
微小開口部での洗浄性を向上させることが素子歩留りの
面からますます重要になり、この点からより表面浸透性
に優れたノンメタル系半導体用処理液の開発も要請され
ている。特に、トレンチ微小開口部側壁の表面荒れの低
減化処理剤、CMP後処理としての表面洗浄剤、更には
CMP研磨溶剤液として、従来の処理剤以上の性能を有
するものの開発が望まれている。
【0009】ところで、従来より半導体処理剤として用
いられているコリンは、その化学構造上「−CH2 CH
2 OH」基を有しており、TMAH等よりも表面浸透性
に対する期待は高いが、遊離アミンの分解発生の度合い
が比較的大きく、今後の微細化に対応する表面処理液と
しては必ずしも充分であるとはいえない。また、現在の
コリンは、その製造上、ポリエチレングリコール等の副
生物がある程度の割合で含まれており(特公昭63−2
427号公報参照)、上記の構造上の差異がどの程度洗
浄特性に関与しているかは必ずしも明らかではない。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる背景に
基づいてなされたものであり、その目的とするところ
は、コリンに変わる半導体表面処理剤として、より優れ
た保存安定性と表面浸透性とを有し、今後の微細リソグ
ラフィー製造ラインに適応した遊離アミンの分解発生が
極めて少ない水酸化第四アンモニウム塩基型の新しい半
導体表面処理剤とその製造方法を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、有
効成分として下記一般式(1)
【化8】
(但し、式中R1 〜R3 は炭素数1〜4のアルキル基を
示し、m及びnは1〜6の整数であり、また、x は1〜
6の整数である)で表される水酸化第四アンモニウムを
含む第四アンモニウム塩基型半導体表面処理剤である。
【0012】 また、本発明は、下記一般式(2)
【化9】
(但し、式中R1〜R3は炭素数1〜4のアルキル基を示
す)で表されるトリアルキルアミンと、下記一般式
(3)
X−(Cm H2mO)x −Cn H2nOH (3)
(但し、式中Xはハロゲン原子を示し、m及びnは1〜
6の整数であり、また、xは1〜6の整数である)で表
される末端にハロゲン原子を有するハロゲン化アルコキ
シアルコール類とを反応させてハロゲン化第四アンモニ
ウムを合成し、このハロゲン化第四アンモニウムの水溶
液を陰イオン交換樹脂で処理して上記一般式(1)で表
される水酸化第四アンモニウムの水溶液を回収し、次い
で隔膜として陽イオン交換膜を用いた電解槽で上記水酸
化第四アンモニウムの水溶液を電解処理する第四アンモ
ニウム塩基型半導体表面処理剤の製造方法である。
【0013】 更に、本発明は、上記一般式(2)で表
されるトリアルキルアミン1モルに対してアルキレンオ
キサイド1.1〜7モルを反応させて得られた下記一般
式(4)
【化10】
(但し、式中R1〜R3は前記と同じであり、mは2〜6
の整数であり、また、xは1又は2である)で表される
水酸化第四アンモニウムの水溶液であり、コリン及びポ
リアルキレングリコールを含む第四アンモニウム塩基型
半導体表面処理剤である。
【0014】 更にまた、本発明は、コリン1モルに対
して炭素数2〜6のアルキレンオキサイド0.1〜5モ
ルを反応させて得られた下記一般式(5)
【化11】
(但し、式中R1〜R3は前記と同じであり、mは2〜6
の整数であり、また、yは0又は1である)で表される
水酸化第四アンモニウムの水溶液であり、コリン及びア
ルキレングリコールを含む第四アンモニウム塩基型半導
体表面処理剤である。
【0015】本発明の第四アンモニウム塩基型半導体表
面処理剤において、その有効成分として含有される水酸
化第四アンモニウムについては、一般式(1)におい
て、置換基R1 〜R3 が炭素数1〜4のアルキル基(互
いに同一であっても異なっていてもよい)であり、m及
びnが1〜6の整数であって、x が1〜6の整数である
化合物であればよいが、製造面や経済面等の観点から、
好ましくは置換基R1 〜R3 がメチル基、エチル基、n
−プロピル基等のアルキル基であって、m及びnが2〜
4であり、また、x が1又は2の化合物である。
【0016】また、本発明の第四アンモニウム塩基型半
導体表面処理剤は、基本的には一般式(1)の水酸化第
四アンモニウムを通常0.01〜50重量%、好ましく
は0.1〜30重量%の範囲で含む水溶液として用いら
れる。更に、本発明の第四アンモニウム塩基型半導体表
面処理剤については、例えば表面濡れ性の改善やエッチ
ングレートのファインコントロール等を目的に陰イオン
系や非イオン系の界面活性剤や過酸化水素等を添加して
もよい。
【0017】本発明の一般式(1)の水酸化第四アンモ
ニウムを製造する方法としては、代表的には、上記一般
式(2)で表されるトリアルキルアミンと、上記一般式
(3)で表される末端にハロゲン原子を有するハロゲン
化アルコキシアルコール類とを反応させる方法や、一般
式(2)で表されるトリアルキルアミンに等モル以上の
エチレンオキサイドを反応させる方法が挙げられる。
【0018】ここで、一般式(2)のトリアルキルアミ
ンとしては、具体的には、トリメチルアミン、エチルジ
メチルアミン、ジエチルメチルアミン、トリエチルアミ
ン、トリn−プロピルアミン、トリn−ブチルアミン等
が好適なものとして挙げられ、また、一般式(3)のハ
ロゲン化アルコキシアルコール類としては、具体的に
は、クロロメトキシメタノール、クロロエトキシエタノ
ール、クロロn−プロポキシn−プロパノール、クロロ
イソプロポキシイソプロパノール、クロロエトキシエト
キシエタノール、ブロモメトキシメタノール、ブロモエ
トキシエタノール、ヨードエトキシエタノール等が好適
なものとして挙げられる。
【0019】一般式(2)のトリアルキルアミンと一般
式(3)のハロゲン化アルコキシアルコール類とを反応
させる方法においては、好ましくは、その何れか一方又
は両者を溶解する溶剤を溶媒として用いて反応させ、次
いで反応生成物のハロゲン化第四アンモニウムを分離し
た後、このハロゲン化第四アンモニウムを純水に溶解し
て陰イオン交換樹脂で処理し、水酸化第四アンモニウム
の水溶液として目的物を得る。
【0020】この目的で使用するのに適した溶剤として
は、例えばメチルアルコール、エチルアルコール、n−
プロピルアルコール、イソプロピルアルコール等のアル
コール類や、ベンゼン、トルエン、キシレン、ジエチル
エーテル、石油エーテル等を挙げることができる。これ
らの溶剤のうち、メチルアルコール、エタノール等のア
ルコール類が、原料や生成物の溶解性が良く経済的であ
るという理由から好ましい。
【0021】また、このトリアルキルアミンとハロゲン
化アルコキシアルコール類とを反応させる際の反応条件
については、特に限定されるものではないが、好ましく
は反応容器としてオートクレーブ等を用い、反応温度1
20℃以下、好ましくは60〜100℃、反応圧力常圧
〜10kg/cm2 及び反応時間1〜8時間の条件で行
うのがよい。
【0022】このようにして得られた水酸化第四アンモ
ニウム水溶液については、好ましくは、隔膜として陽イ
オン交換膜を用いた電解槽を使用し、電圧約5〜50V
及び電流約1〜50A/dm2 の条件で直流電圧を印加
して電解処理し、これによってCl+ 、NO3 - 、SO
4 2- 、Br- 、I- 、更にはポリエチレングリコール等
の不純物を可及的に除去するほか、所定の濃度、例えば
0.01〜50重量%、好ましくは0.1〜30重量%
水酸化第四アンモニウム水溶液まで濃縮し、半導体表面
処理剤として適した、あるいは、搬送等の取り扱いに便
利な高濃度で高純度の水酸化第四アンモニウム水溶液と
する。
【0023】また、一般式(2)で表されるトリアルキ
ルアミンに等モル以上の、好ましくは1.1〜7倍モル
の、より好ましくは2〜5倍モルのアルキレンオキサイ
ドを反応させて水酸化第四アンモニウムを製造する方法
は、特に一般式(4)においてxが1又は2の水酸化第
四アンモニウムを工業的に製造する方法として好ましい
ものである。この方法によれば、反応の制御が容易で経
済的であるという利点がある。
【0024】このトリアルキルアミンに等モル以上のア
ルキレンオキサイドを反応させる方法は、具体的には、
トリアルキルアミンの0.01〜35重量%水溶液中
に、所定の温度、通常5〜100℃、好ましくは10〜
70℃の温度で、所定量のアルキレンオキサイド又はそ
の水溶液を0.01〜1000g/分、好ましくは0.
01〜100g/分の速度で導入し、必要により減圧下
及び/又は加温下に未反応のトリアルキルアミンやアル
キレンオキサイドをストリッピングし、目的の水酸化第
四アンモニウム水溶液を得る。
【0025】本発明の方法によれば、一般式(1)で表
される水酸化第四アンモニウムの水溶液を高純度でかつ
高濃度で製造することができ、また、この方法で得られ
た本発明の水酸化第四アンモニウムの水溶液には、ポリ
エチレングリコールやトリアルキルアミン等の副生物や
未反応物、更には分解発生した遊離アミン等の不純物や
塩素等のハロゲンがほとんど含まれていないか、あるい
は、その含有量が極めて少なく、従来のコリンの場合に
比べて、これら副生物や未反応物、その他の不純物の含
有量を著しく低い値にすることができ、製造上の安定性
や再現性を顕著に改善することができる。
【0026】 更に、コリン1モルに対して炭素数2〜
6のアルキレンオキサイド0.1モル以上、好ましくは
0.1〜5モル、より好ましくは0.5〜3モルを反応
させて水酸化第四アンモニウムを製造する方法は、特に
一般式(5)においてyが0又は1の水酸化第四アンモ
ニウムを工業的に製造する方法として好ましいものであ
る。この方法においても、反応の制御が容易で経済的で
あるという利点がある。
【0027】このコリンにアルキレンオキサイドを反応
させる方法は、具体的には、コリンの水溶液中に、所定
の温度、通常5〜100℃、好ましくは10〜70℃の
温度で、所定量のアルキレンオキサイド又はその水溶液
を導入し、目的の水酸化第四アンモニウム水溶液を得
る。
【0028】
【発明の実施の形態】以下、実施例及び比較例並びに試
験例に基づいて、本発明の好適な実施の形態を具体的に
説明する。
【0029】実施例1
メタノール610gに溶解したトリメチルアミン193
g(3.27モル)と、2−(2−クロロエトキシ)エ
チルアルコール343g(2.75モル)と、メタノー
ル176gとをオートクレーブに仕込み、反応温度80
℃、反応圧力3.0kg/cm2 及び反応時間6.5時
間の条件で反応させた。反応終了後、反応混合物から減
圧蒸留により溶媒のメタノールや未反応のトリメチルア
ミン等を除去して反応生成物の針状結晶522gを得
た。
【0030】 得られた反応生成物を純水21kgに溶
解して水溶液とし、精製してOH型にした陰イオン交換
樹脂(オルガノ社製アンバーライトIRA−400)
3.2リットルを充填したカラムに上記水溶液を通し、
塩素含有量26ppm及び濃度1.01重量%の水酸化
2−(2−ヒドロキシエトキシ)エチルトリメチルアン
モニウムの水溶液(DECH水溶液)30kgを得た。
なお、塩素含有量はイオンクロマトグラフィーで測定
し、また、DECHについてはキャピラリー電気泳動法
で同定し、中和滴定法で定量した。
【0031】次に、黒鉛製陽極が装入されたテフロン製
陽極室とステンレス(SUS316L)製陰極が挿入さ
れたテフロン製陰極室との間にフルオロカーボン系イオ
ン交換膜(デュポン社製商品名:Nafion324)
を配置した構造の電解槽を用意し、この電解槽の陽極室
内に上記DECH水溶液を滞留時間25秒間の条件で循
環させ、また、陰極室内には純水3kgを滞留時間50
秒間の条件で循環させ、上記陽極と陰極の間に電圧約0
〜30V及び電流約2.0A/dm2 の直流電圧を29
時間印加して電解処理し、塩素含有量1ppm以下及び
濃度6.56重量%のDECH水溶液3.6kgを得
た。得られたDECH水溶液は、ポリエチレングリコー
ル濃度が500ppm以下であり、また、トリメチルア
ミン濃度が0.5ppmであった。
【0032】実施例2
メタノール447gに溶解したトリメチルアミン174
g(2.94モル)と、2−[2−(2−クロロエトキ
シ)エトキシ]エチルアルコール463g(2.75モ
ル)と、メタノール231gとをオートクレーブに仕込
み、反応温度85℃、反応圧力2.8kg/cm2 及び
反応時間5時間の条件で反応させた。
【0033】反応終了後、実施例1と同様にして反応混
合物から反応生成物の針状結晶670gを得、次いで陰
イオン交換樹脂カラムで精製し、塩素含有量30ppm
及び濃度2.13重量%の水酸化2−[2−(2−ヒド
ロキシエトキシ)エトキシ]エチルトリメチルアンモニ
ウム水溶液(TECH水溶液)20.7kgを得た。
【0034】得られたTECH水溶液を上記実施例1と
同様にして35時間の電解処理を行い、塩素含有量1p
pm以下及び濃度6.98重量%のDECH水溶液4.
3kgを得た。また、得られたTECH水溶液は、ポリ
エチレングリコール濃度が500ppm以下で、トリメ
チルアミン濃度が0.4ppmであった。
【0035】試験例1(保存安定性)
上記実施例1及び2で得られたDECH水溶液及びTE
CH水溶液を純水で希釈してそれぞれ4.6重量%のD
ECH水溶液及びTECH水溶液を調製し、これらのD
ECH水溶液及びTECH水溶液を恒温槽中に50℃で
保存し、保存中分解発生するトリメチルアミン量の経時
変化を調べた。また、従来より半導体処理剤として用い
られている4.6重量%コリン水溶液(多摩化学工業株
式会社製商品名:TM−3)についても、上記と同様に
保存し、保存中分解発生するトリメチルアミン量の経時
変化を調べた。結果を表1に示す。
【0036】
【表1】
【0037】この表1の結果から明らかなように、30
日経過後におけるトリメチルアミン量は、従来のコリン
水溶液の場合に比べて、本発明のDECH水溶液が約1
/10程度、TECH水溶液の場合が約1/100程度
であり、保存中に分解して発生するトリメチルアミン量
が極めて少ないことが確認された。また、室温中でのア
ミン臭もコリン≫DECH≧TECHの順に少なく、実
施例1及び2のDECH水溶液及びTECH水溶液がコ
リン水溶液に比べてはるかに安定であり、化学増幅型レ
ジストに対して環境雰囲気的に極めて有利な半導体処理
剤であることが判明した。
【0038】試験例2(表面張力)
上記実施例1及び2で得られたDECH水溶液及びTE
CH水溶液を純水で希釈してそれぞれ5.50重量%D
ECH水溶液及び5.78重量%TECH水溶液を調製
し、協和界面科学社製CBVP式表面張力計により25
℃での表面張力を測定し、純水、2.38重量%TMA
H水溶液及び5.00重量%コリン水溶液の場合と比較
した。結果を表2に示す。
【0039】
【表2】
【0040】表2の結果から明らかなように、コリン水
溶液では表面張力が水やTMAH水溶液とほとんど同等
で、表面張力を低下させる効果は確認されないのに対
し、本発明のDECH水溶液及びTECH水溶液では明
らかに表面張力が低下しており、半導体基体の微細開口
部への浸透性や微細レジストパターンに対する現像液の
浸透性等に対して利点がある。
【0041】試験例3(レジスト溶解特性)
ポジレジストとして富士ハント社製商品名:FH640
0L(塗布膜厚1.5μm)を用い、また、レジストの
露光にニコン社製ステッパーNSR1505G3Aを使
用し、左軸に未露光部のレジスト溶解速度(um/分)
を、また、右軸に最小露光量(光照射した領域のレジス
トが完全に現像されるのに必要な露光量)をプロットし
た。ここで、露光量のエネルギー単位としては、上記ス
テッパーの制御表示である「m.sec」で表した。ま
た、ポジレジストの溶解特性に対する実施例1のDEC
H水溶液の濃度依存性を調べ、2.38重量%TMAH
水溶液や5.0重量%コリン水溶液と比較した。結果を
図1に示す。
【0042】この図1の結果から、実施例1のDECH
水溶液は、濃度3.25重量%付近でその現像溶解特性
が2.38重量%TMAH水溶液や5.0重量%コリン
水溶液と同等の性能を有しており、その未露光部レジス
ト溶解速度が0.05μm/分と低く、また、現像後の
レジストプロファイルも2.38重量%TMAHの場合
と同等のレベルのものであった。また、実施例1のDE
CH水溶液は、微細なライン&スペースになるほど顕著
に見られるレジストの裾引き現象が相対的に少なくて良
好な傾向を示した。
【0043】また、本発明の実施例1のDECH水溶液
のレジスト未露光部の溶解性に対する濃度依存性は、そ
の濃度が5.0重量%以上になると急激に増加する顕著
な特性を有しており、コリン水溶液に比べて相対的に低
い濃度で高いレジスト剥離能力が有ることが確認され
た。これは、DECH水溶液とコリン水溶液とにおい
て、実測データーからその濃度とpH依存性との関係が
ほとんど変わらないという点からすると、考え難い現象
であるが、両者におけるエトキシ結合(−CH2 CH2
O−)の違いが直接この現象に関与しているものと考え
られ、化学構造中にこのエトキシ結合が1個以上存在す
ると溶解性に対する液濃度依存性がコリン水溶液等より
も強くなってくるものと考えられる。
【0044】試験例4(エッチング特性)
上記実施例1で得られたDECH水溶液を純水で希釈し
て1.42重量%DECH水溶液を調製し、室温(24
℃)で所定時間浸漬し、Si露出面のエッチング特性を
調べた。結果は、(100)Si露出面のエッチングレ
ートは約400Å/分程度であった。
【0045】また、この1.42重量%DECH水溶液
が、コリン水溶液等と同様に、Si表面に成長した自然
酸化膜をエッチングすることから、Si露出面の自然酸
化膜の成長を抑制しながら、コンタミネーションの少な
い表面処理がコリン水溶液やTMAH水溶液と同等のレ
ベルで可能であることが判明した。
【0046】試験例5(洗浄性)
上記実施例1及び2で得られたDECH水溶液及びTE
CH水溶液を純水で希釈してそれぞれ0.1重量%のD
ECH水溶液及びTECH水溶液を調製し、これに超高
純度過酸化水素を4重量%の割合で添加し、半導体ウエ
ハーの洗浄液(DECH洗浄液及びTECH洗浄液)を
調製した。
【0047】また、64Cu2ppbを添加したHF溶液
中に半導体ウエハーを10分間浸漬し、次いで得られた
64Cu吸着ウエハーを超純水でリンスした後乾燥し、そ
の後、ポリプロピレンのウエハーケース内に24時間放
置し、このウエハーケースから発生する有機アウトガス
で更にウエハー表面を汚染させ、有機汚染64Cu吸着ウ
エハーを準備した。
【0048】上記DECH洗浄液又はTECH洗浄液を
用い、上で準備された有機汚染64Cu吸着ウエハーを7
0℃、10分間の条件で洗浄した。結果は、何れの洗浄
液の場合も、ウエハー表面に残存している64Cu量が約
(3〜4)×1011atom/cm2 程度であって、ウ
エハー表面に吸着した64Cu量の約30〜40%が除去
されていた。
【0049】0.1重量%コリン水溶液に超高純度過酸
化水素を4重量%の割合で添加してコリン洗浄液を調製
し、上記と同様の洗浄試験を行って比較した。結果は、
DECH洗浄液、TECH洗浄液及びコリン洗浄液の何
れも同等の洗浄性を示し、本発明のDECH水溶液及び
TECH水溶液がコリン水溶液と同等の洗浄性を有する
ことが判明した。
【0050】実施例3
還流冷却器とトリメチルアミン導入管とを備えたフラス
コ中に、純水500gに溶解した2−(2−クロロエト
キシ)エチルアルコール343g(2.75モル)を仕
込み、このフラスコを80℃に保たれた水浴中にセット
し、トリメチルアミン導入管からトリメチルアミン23
7g(3.27モル)を1リットル/分の速度で1.5
時間導入して反応させた。
【0051】反応終了後、反応混合物を減圧蒸留して未
反応のトリメチルアミン等を除去し、得られた水溶液を
実施例1と同様にして陰イオン交換樹脂カラムで精製
し、塩素含有量47ppm及び濃度2.06重量%のD
ECH水溶液19.9kgを得た。
【0052】更に、得られたDECH水溶液を上記実施
例1と同様にして30時間の電解処理を行い、塩素含有
量1ppm以下及び濃度5.2重量%のDECH水溶液
4.6kgを得た。また、得られたDECH水溶液は、
ポリエチレングリコール濃度が500ppm以下で、ト
リメチルアミン濃度が0.5ppmであった。
【0053】実施例4
2−(2−クロロエトキシ)エチルアルコール343g
(2.75モル)に代えて2−[2−(2−クロロエト
キシ)エトキシ]エチルアルコール463g(2.75
モル)を用いた以外は、上記実施例3と同様にしてTE
CH水溶液を調製した。
【0054】陰イオン交換樹脂カラムで精製して得られ
たTECH水溶液19.8kgの塩素含有量は42pp
mで、濃度は2.23重量%であった。また、このTE
CH水溶液を電解処理(35時間)して得られたTEC
H水溶液4.7kgの塩素含有量は1ppm以下で、濃
度は6.58重量%であった。また、得られたTECH
水溶液は、ポリエチレングリコール濃度が500ppm
以下で、トリメチルアミン濃度が0.4ppmであっ
た。
【0055】実施例5〜8
純水5640gに溶解したトリメチルアミン281.5
g(4.76モル)に対してエチレンオキサイドを40
0g(9.08モル、実施例5)、555g(12.6
1モル、実施例6)、660g(14.99モル、実施
例7)、及び776g(17.61モル、実施例8)の
割合で使用し、反応温度25〜40℃及びエチレンオキ
サイド導入速度3.3g/分の条件でそれぞれ2時間
(実施例5)、2.7時間(実施例6)、3.2時間
(実施例7)、及び3.7時間(実施例8)反応させ
た。
【0056】このようにして得られた水溶液を濃度5.
0重量%となるように調整したのち、キャピラリー電気
泳動法で同定した。また、ガスクロマトグラフィー分析
により、各水溶液中に含まれる副生物のポリエチレング
リコールの量を測定した。結果を表3に示す。
【0057】
【表3】
【0058】表3に示す結果から明らかなように、トリ
メチルアミンに対するエチレンオキサイドの使用量(反
応モル比)が大きくなるにつれ、DECH、TECH及
びPEGの生成割合が増加し、この反応モル比が2以
上、好ましくは3以上でDECHやTECHが主成分と
なる水酸化第四アンミニウム塩基が得られることが判明
した。
【0059】これら実施例5〜8の水酸化第四アンミニ
ウム水溶液についても、上記実施例1及び2の場合とは
その特性において若干異なるもののほとんど同等の保存
安定性、表面張力、レジスト溶解特性、エッチング特
性、及び洗浄性を示し、また、室温中でのアミン臭も実
施例1及び2のものに比べると若干多いものの実施例5
>実施例6>実施例7≫実施例8の順に少なくなってい
るほか、従来のコリン水溶液に比べればはるかに少な
く、化学増幅型レジストに対して環境雰囲気的に極めて
有利な半導体処理剤であることが判明した。
【0060】実施例9〜11
15重量%コリン水溶液500g(コリン純分75g、
0.619モル)に対してエチレンオキサイドを13.
6g(0.309モル、実施例9)、40.7g(0.
924モル、実施例10)、及び81.8g(1.86
モル、実施例11)の割合で使用し、反応温度25〜4
0℃及びエチレンオキサイド導入速度1.0g/分の条
件でそれぞれ13.6分間(実施例9)、40.7分間
(実施例10)、及び81.8分間(実施例10)反応
させた。
【0061】反応生成物は中和滴定法によりコリン水溶
液に換算して5.0重量%となるように純水で調整し
た。なお、水酸化第四アンモニウム及びエチレングリコ
ール(EG)の定性及び定量は、GPCモードによる液
体クロマトグラフィーにより分析した。結果を表4に示
す。
【0062】
【表4】
【0063】
【発明の効果】本発明によれば、従来のコリンと比較し
て、より優れた保存安定性と表面浸透性とを有し、今後
の微細リソグラフィー製造ラインに適応した遊離アミン
の分解発生が極めて少ない水酸化第四アンモニウム塩基
型の新しい半導体表面処理剤とその製造方法を提供する
ことができる。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the manufacture of semiconductor devices.
Cleaning of semiconductor substrate surface in oxidation / diffusion process
Of resist used in semiconductor photographic etching process
As a developer and stripper, and for etching semiconductor substrates
And CMP in the smoothing process of the semiconductor substrate.
(Chemical mechanical polish) polishing liquid and its CMP
Fourth amplifier used as a post-processing cleaning liquid after smoothing
MONIUM BASE-TYPE SEMICONDUCTOR SURFACE TREATMENT AND PROCESS FOR PRODUCING THE SAME
I do.
[0002]
2. Description of the Related Art Conventionally, in these technical fields,
Is tetramethylammonium as a semiconductor surface treatment agent
Hydroxide (TMAH) or trimethyl (hydroxy
(Shiethyl) ammonium hydroxide (choline)
Quaternary ammonium bases are mainly used,
These quaternary ammonium bases are organic alkali compounds.
Contain alkali metals such as sodium and potassium
Extremely small amount of metal-free semiconductor surface treatment agent
It has great features. And the details are
No. 53-20376, No. 53-20377,
JP-B-55-40133 and JP-B-56-3409
No. 0 (semiconductor surface cleaning action)
Nos. 20376 and JP-B 63-2427
(Development and stripping action of resist), Tokiko 56-40
No. 976 and Japanese Patent Publication No. 56-53211 (half)
Etching action of conductor base).
By the way, in recent semiconductor integrated circuits,
The progress of miniaturization has been remarkable, with 64 MDRAM, 256
Design dimensions of next-generation devices, such as MDRAM
The method has been made to a level of around 0.2 μm. About this
At the miniaturization level of, of course, short wavelengths such as excimer
Exposure method is required, and the resist material
An amplification system is needed.
[0004] With respect to this chemically amplified resist,
For example, the following reaction formula (6)
Embedded image
As shown in the figure, a small amount of acid (H+) Touch
The acid-decomposable group (Y) is eliminated by a medium reaction and alkali-soluble
Dissolution of the resist progresses due to the mechanism
Achieving a level of resolution close to the exposure wavelength of Shima
There is a big feature in this point.
However, this chemically amplified resist
There is also a problem with the
In between, it is easy to be affected by the air atmosphere,
Pattern control is insufficient and patterning reproducibility
Phenomena such as becoming scarce occur.
[0006] This problem is caused by the trace amount contained in the atmosphere.
Caused by contamination with basic substances such as
On the resist surface+Resist is deactivated
Poor pattern shape (e.g. hardened surface, fine pattern
Such as a phenomenon that the pattern is not developed). And
When this phenomenon occurs, the dimensions of 0.2 μm level
Control becomes difficult and the excimer lithography system
The application of the body makes no sense.
[0007] A small amount of amine-based air floating in the atmosphere
The sources of play objects are mainly cleaning liquids on semiconductor surfaces and development
Fourth solution such as TMAH and choline used as liquid
Ammonium base or RCA treatment solution (SC-1, NHThree−
HTwoOTwo-HTwoO: 1: 6 mixture, W. Kern, RCA R
eview31, p187 (1970))FourOH etc.
It is. And these processing liquids have a temperature of 60 to 80 ° C.
Is often used in semiconductor manufacturing processes.
It is a source of amine contamination at present,
In purifying the miniaturization of body elements, clean room air
It is extremely important to eliminate this amine suspension from inside
Has been a challenge and the fundamental solution
Development of treatment liquid for non-metallic semiconductors with little decomposition
Has been requested.
Recently, the level of miniaturization has been increased to 256.
As MDRAMs and 1GDRAMs become available, STI (Sh
allow trench isolation) structure, DTI (Deep trench)
Isolation) For fine trench formation with structure and CMP
Process such as planarization of the semiconductor element surface
ing. And in these manufacturing processes,
Improving the cleaning performance at the minute openings is the key to improving the device yield.
More and more important in terms of surface
Development of non-metallic semiconductor processing solutions with excellent performance
ing. In particular, the surface roughness of the side wall of the trench minute opening is low.
Reduction agent, surface cleaning agent as post-CMP treatment, and
As a CMP polishing solvent, it has higher performance than conventional processing agents.
What is needed is development.
By the way, it has been conventionally used as a semiconductor processing agent.
Choline is known to have the chemical structure "-CHTwoCH
TwoHas "OH" group and is more surface permeable than TMAH etc.
Is high, but the degree of decomposition of free amine
Is relatively large, and a surface treatment
Is not always enough. Also, the current
Choline is used in the production of secondary glycol such as polyethylene glycol.
Organisms are contained in a certain proportion (Japanese Patent Publication No. 63-2
No. 427), how much the above structural difference is
It is not always clear whether they are involved in the purification properties.
[0010]
The present invention is based on this background.
It was made based on the purpose
Is a better semiconductor surface treatment agent instead of choline
It has excellent storage stability and surface permeability,
Decomposition of free amines adapted to laffy production line
A new half of the quaternary ammonium hydroxide base type with very little
An object of the present invention is to provide a conductor surface treatment agent and a method for producing the same.
[0011]
That is, the present invention provides an
The following general formula (1) as an active ingredient
Embedded image
(Where R1~ RThreeRepresents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms
And m and n are integers of 1 to 6, and x is 1 to
6 is an integer of 6)
Quaternary ammonium base type semiconductor surface treatment agent.
Further, the present invention provides the following general formula (2)
Embedded image
(Where R1~ RThreeRepresents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms
Trialkylamine represented by the following general formula:
(3)
X- (CmH2mO)x-CnH2nOH (3)
(Where X represents a halogen atom, and m and n are 1 to
6 and x is an integer of 1 to 6).
Halogenated alkoxy having a halogen atom at the terminal
Quaternary ammonium halides
Quaternary ammonium halideWater soluble
liquidIs treated with an anion exchange resin, and is represented by the above general formula (1).
Quaternary ammonium hydroxideAqueous solution, and then
The above hydroxyl in an electrolytic cell using a cation exchange membrane as the diaphragm
Of aqueous solution of quaternary ammonium fluoride4th Ammo
This is a method for producing a silicon-based semiconductor surface treatment agent.
Further, the present invention provides a compound represented by the above general formula (2).
1 mole of trialkylamine usedAgainstAlkyleneo
Quiside1.1 to 7 moles obtained by reactingThe following general
Equation (4)
Embedded image
(Where R1~ RThreeIs the same as above, and m is 2 to 6
And x is 1 or 2)
Quaternary ammonium hydroxideAqueous solution of choline and po
Quaternary ammonium base type containing lalkylene glycol
It is a semiconductor surface treatment agent.
Further, the present invention relates to a method for preparing
Having 2 to 6 carbon atoms0.1-5mo
Obtained by reactingThe following general formula (5)
Embedded image
(Where R1~ RThreeIs the same as above, and m is 2 to 6
And y is 0 or 1.)
Quaternary ammonium hydroxideAqueous solution of
Quaternary ammonium base type semi-conductors containing alkylene glycol
It is a body surface treatment agent.
[0015] Quaternary ammonium base type semiconductor table of the present invention
Hydroxide contained as an active ingredient in the surface treatment agent
As for the quaternary ammonium chloride, the compound represented by the general formula (1)
And the substituent R1~ RThreeIs an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms (alternating
May be the same or different).
And n is an integer of 1 to 6, and x is an integer of 1 to 6
Any compound may be used, but from the viewpoints of production and economics,
Preferably the substituent R1~ RThreeIs a methyl group, an ethyl group, n
An alkyl group such as a propyl group, wherein m and n are 2 to 2
And x is 1 or 2.
Further, the quaternary ammonium base type semi-organic compound of the present invention
The conductor surface treating agent is basically a hydroxylated compound represented by the general formula (1):
Tetraammonium is usually 0.01 to 50% by weight, preferably
Is used as an aqueous solution containing 0.1 to 30% by weight.
It is. Furthermore, the quaternary ammonium base type semiconductor table of the present invention
For surface treatment agents, for example, improvement of surface wettability and etching
Anion for fine control of grate
Add a non-ionic or non-ionic surfactant or hydrogen peroxide
Is also good.
The quaternary ammonium hydroxide of the general formula (1) of the present invention
As a method for producing nickel, typically,
A trialkylamine represented by the formula (2);
Halogen having a halogen atom at the terminal represented by (3)
Reaction with activated alkoxy alcohols,
At least equimolar to the trialkylamine represented by the formula (2)
A method of reacting ethylene oxide can be used.
Here, the trialkylamide of the general formula (2)
Specific examples of trimethylamine and ethyldiamine
Methylamine, diethylmethylamine, triethylamido
, Tri-n-propylamine, tri-n-butylamine, etc.
Are preferred, and the compound represented by the general formula (3)
Specific examples of the halogenated alkoxy alcohols include:
Is chloromethoxymethanol, chloroethoxyethanol
Chloro, n-propoxy n-propanol, chloro
Isopropoxyisopropanol, chloroethoxyeth
Xyethanol, bromomethoxymethanol, bromoe
Preferred is toxicethanol, iodoethoxyethanol, etc.
It is mentioned as a thing.
The trialkylamine of the general formula (2)
Reaction with halogenated alkoxy alcohols of formula (3)
In the method of causing
Are reacted using a solvent that dissolves both as a solvent.
The quaternary ammonium halide of the reaction product is separated
Then, the quaternary ammonium halide is dissolved in pure water.
Quaternary ammonium hydroxide
The desired product is obtained as an aqueous solution of
As a solvent suitable for use for this purpose
Is, for example, methyl alcohol, ethyl alcohol, n-
Alkali such as propyl alcohol and isopropyl alcohol
Coals, benzene, toluene, xylene, diethyl
Ether and petroleum ether can be exemplified. this
Among these solvents, methyl alcohol, ethanol, etc.
Alcohols are economical because raw materials and products have good solubility.
It is preferable because it is.
The trialkylamine and halogen
Reaction Conditions for Reacting with Alkoxy Alcohols
Is not particularly limited, but is preferably
Is a reaction vessel using an autoclave or the like, and a reaction temperature of 1
20 ° C or lower, preferably 60 to 100 ° C, reaction pressure normal pressure
-10kg / cmTwoAnd a reaction time of 1 to 8 hours.
Good.
The quaternary ammonium hydroxide thus obtained is obtained.
For aqueous solutions of sodium, it is preferable to use positive electrodes as diaphragms.
Using an electrolytic cell with an on-exchange membrane, voltage about 5-50V
And current of about 1 to 50 A / dmTwoDC voltage is applied under the condition of
For electrolytic treatment, thereby obtaining Cl 2+, NOThree -, SO
Four 2-, Br-, I-, And also polyethylene glycol, etc.
In addition to removing impurities as much as possible, a predetermined concentration, for example,
0.01 to 50% by weight, preferably 0.1 to 30% by weight
Concentrate to quaternary ammonium hydroxide aqueous solution
Suitable as a treatment agent or convenient for handling such as transportation
Quaternary ammonium hydroxide aqueous solution of high concentration and high purity
I do.
The trialkyl group represented by the general formula (2)
Equimolar or more, preferably 1.1 to 7 moles
, More preferably 2 to 5 moles of alkylene oxide
For producing quaternary ammonium hydroxide by reacting
Is a hydroxyl group having the general formula (4) wherein x is 1 or 2.
Preferred as a method for industrial production of quaternary ammonium
Things. According to this method, the reaction can be easily controlled.
Has the advantage of being economical.
The trialkylamine has an equimolar or more
The method of reacting the alkylene oxide is, specifically,
In 0.01 to 35% by weight aqueous solution of trialkylamine
At a predetermined temperature, usually 5 to 100 ° C., preferably 10 to 100 ° C.
At a temperature of 70 ° C., a predetermined amount of alkylene oxide or
Of an aqueous solution of 0.01 to 1000 g / min, preferably 0.1 g / min.
Introduced at a rate of 01 to 100 g / min.
And / or unreacted trialkylamine or
Strips the kylene oxide and removes the desired hydroxyl
An aqueous tetraammonium solution is obtained.
According to the method of the present invention, the general formula (1)
Aqueous solution of quaternary ammonium hydroxide with high purity and
Can be produced in high concentrations and can be obtained in this way
The aqueous solution of quaternary ammonium hydroxide of the present invention contains
By-products such as ethylene glycol and trialkylamine
Unreacted substances and impurities such as free amines generated by decomposition
Contains little or no halogens such as chlorine
Is extremely low in the content of conventional choline
In comparison, these by-products, unreacted materials, and other impurities
The weight can be significantly lower and the production stability
And reproducibility can be significantly improved.
Further, the number of carbon atoms is 2 to 1 mol of choline.
6 alkylene oxides0.1 molAbove, preferably
0.1-5 mol, more preferably 0.5-3 mol
The method of producing quaternary ammonium hydroxide by
A quaternary ammonium hydroxide wherein y is 0 or 1 in the general formula (5);
Is a preferred method for industrial production of
You. In this method, too, the control of the reaction is easy and economical.
There is an advantage that there is.
Reaction of this choline with an alkylene oxide
Specifically, a specific method is described in an aqueous solution of choline.
Temperature, usually 5-100 ° C, preferably 10-70 ° C
At a temperature, a predetermined amount of alkylene oxide or an aqueous solution thereof
To obtain the desired quaternary ammonium hydroxide aqueous solution.
You.
[0028]
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, Examples, Comparative Examples, and trials
Specific examples of preferred embodiments of the present invention will be described based on experimental examples.
explain.
Embodiment 1
Trimethylamine 193 dissolved in 610 g of methanol
g (3.27 mol) and 2- (2-chloroethoxy) e
343 g (2.75 mol) of chill alcohol and methanol
In an autoclave, and the reaction temperature was 80
° C, reaction pressure 3.0 kg / cmTwoAnd reaction time 6.5 hours
The reaction was performed under the following conditions. After the reaction is completed, the amount is reduced from the reaction mixture.
The solvent methanol and unreacted trimethyl alcohol
Mines and the like were removed to obtain 522 g of needle-like crystals of the reaction product.
Was.
The obtained reaction product is dissolved in 21 kg of pure water.
Anion exchange after dissolving into aqueous solution and purifying to OH form
Resin (Amberlite IRA-400 manufactured by Organo)
Pass the aqueous solution through a column filled with 3.2 liters,
With a chlorine content of 26 ppm and a concentration of 1.01% by weightHydroxylation
2- (2-hydroxyethoxy) ethyltrimethylan
Aqueous solution of monium(DECH aqueous solution) 30 kg was obtained.
The chlorine content is measured by ion chromatography
And DECH for capillary electrophoresis
And quantified by neutralization titration.
Next, a Teflon-made anode loaded with a graphite anode is used.
Anode compartment and stainless steel (SUS316L) cathode inserted
Between the Teflon cathode chamber
Exchange membrane (trade name: Nafion 324, manufactured by DuPont)
Prepare an electrolytic cell with a structure with
The DEC aqueous solution was circulated within the condition with a residence time of 25 seconds.
And 3 kg of pure water in the cathode chamber for a residence time of 50 kg.
Circulate under the condition of seconds, and apply a voltage of about 0 between the anode and the cathode.
~ 30V and current about 2.0A / dmTwoDC voltage of 29
Electrolysis treatment by applying time, chlorine content 1ppm or less and
3.6 kg of a DECH aqueous solution having a concentration of 6.56% by weight was obtained.
Was. The resulting aqueous DECH solution is polyethylene glycol
Concentration is 500 ppm or less, and trimethyl alcohol
The min concentration was 0.5 ppm.
Embodiment 2
Trimethylamine 174 dissolved in 447 g of methanol
g (2.94 mol) and 2- [2- (2-chloroethoxy)
B) ethoxy] ethyl alcohol 463 g (2.75 m
And 231 g of methanol in an autoclave.
, Reaction temperature 85 ° C, reaction pressure 2.8kg / cmTwoas well as
The reaction was performed under the condition of a reaction time of 5 hours.
After completion of the reaction, the reaction mixture was mixed in the same manner as in Example 1.
670 g of needle crystals of the reaction product were obtained from the compound,
Purified by ion exchange resin column, chlorine content 30ppm
And 2- [2- (2-hydroxide) having a concentration of 2.13% by weight.
Roxyethoxy) ethoxy] ethyltrimethylammonium
20.7 kg of a water solution (aqueous TECH solution) was obtained.
The obtained TECH aqueous solution was used in the same manner as in Example 1 above.
In the same manner, an electrolytic treatment for 35 hours was performed to obtain a chlorine content of 1 p.
3. pm or less and 6.98 wt% concentration of DECH aqueous solution
3 kg were obtained. In addition, the obtained TECH aqueous solution is
If the ethylene glycol concentration is
The tilamine concentration was 0.4 ppm.
Test Example 1 (Storage stability)
DECH aqueous solution obtained in Examples 1 and 2 and TE
CH aqueous solution was diluted with pure water to obtain 4.6% by weight of D
An aqueous solution of ECH and an aqueous solution of TECH are prepared, and these D
ECH aqueous solution and TECH aqueous solution in a thermostat at 50 ° C
Storage and storage of trimethylamine over time
The changes were examined. Also used as a semiconductor processing agent
4.6% by weight choline aqueous solution (Tama Chemical Industry Co., Ltd.)
The same applies to the product name of TM-3)
Storage and storage of trimethylamine over time
The changes were examined. Table 1 shows the results.
[0036]
[Table 1]
As is apparent from the results in Table 1, 30
After the passage of days, the amount of trimethylamine
Compared to the case of the aqueous solution, the aqueous DECH solution of the present invention is about 1
About / 10, about 1/100 for TECH aqueous solution
The amount of trimethylamine generated by decomposition during storage
Was confirmed to be extremely small. In addition,
Min odor is also less in the order of choline ≫ DEC ≥ TECH.
The DEC aqueous solution and the TECH aqueous solution of Examples 1 and 2
It is much more stable than phosphorous solution and chemically amplified
Semiconductor processing that is extremely advantageous in terms of the environmental atmosphere
It turned out to be an agent.
Test Example 2 (Surface tension)
DECH aqueous solution obtained in Examples 1 and 2 and TE
The CH aqueous solution is diluted with pure water to obtain 5.50% by weight D
Prepare ECH aqueous solution and 5.78 wt% TECH aqueous solution
And a CBVP surface tensiometer manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd.
The surface tension at ℃ was measured and pure water, 2.38 wt% TMA
H solution and 5.00% by weight choline solution
did. Table 2 shows the results.
[0039]
[Table 2]
As is clear from the results in Table 2, the choline water
The surface tension of the solution is almost equal to that of water or TMAH aqueous solution
Although no effect of lowering the surface tension was confirmed,
However, in the DEC aqueous solution and the TECH aqueous solution of the present invention,
The surface tension is clearly reduced, and fine openings in the semiconductor substrate
Of developing solution to penetrate into parts and fine resist pattern
There is an advantage for permeability and the like.
Test Example 3 (resist dissolution characteristics)
Product name: FH640 manufactured by Fuji Hunt Company as a positive resist
0L (coating thickness: 1.5 μm)
Use Nikon stepper NSR1505G3A for exposure.
Use the left axis to dissolve the resist in the unexposed area (um / min)
And the right axis indicates the minimum exposure (the resist
Plot the amount of exposure required to fully develop the
Was. Here, the energy unit of the exposure amount is
Expressed in “m.sec” which is the control display of the Tepper. Ma
In addition, the DEC of Example 1 for the dissolution characteristics of a positive resist
The concentration dependency of the H aqueous solution was examined, and 2.38 wt% TMAH was examined.
It was compared with an aqueous solution and a 5.0 wt% choline aqueous solution. The result
As shown in FIG.
From the results shown in FIG. 1, the DECH of the first embodiment
The aqueous solution has a development dissolution characteristic at a concentration of around 3.25% by weight.
Is 2.38 wt% TMAH aqueous solution and 5.0 wt% choline
It has the same performance as the aqueous solution
Dissolution rate is as low as 0.05 μm / min.
When the resist profile is 2.38 wt% TMAH
It was of the same level as. Also, the DE of the first embodiment
CH solution is remarkable as fine lines and spaces
Resist footing phenomenon seen in
It showed a favorable trend.
The aqueous DECH solution of Example 1 of the present invention
The concentration dependency on the solubility of the unexposed resist
Remarkably increases rapidly when the concentration of is more than 5.0% by weight.
Properties and relatively low compared to choline aqueous solution.
High resist stripping ability at high concentration
Was. This is because of the smell of DECH aqueous solution and choline aqueous solution.
From the measured data, the relationship between the concentration and the pH dependence
A phenomenon that is hard to imagine because it hardly changes
Ethoxy bond (-CHTwoCHTwo
O-) differences are directly related to this phenomenon.
And one or more ethoxy bonds are present in the chemical structure.
The dependence of the solution concentration on the solubility
It is thought that will become stronger.
Test Example 4 (Etching characteristics)
The aqueous DECH solution obtained in Example 1 was diluted with pure water.
To prepare a 1.42% by weight aqueous DECH solution at room temperature (24 hours).
C) for a predetermined period of time to improve the etching characteristics of the exposed Si surface.
Examined. The result is the etching rate of the (100) Si exposed surface.
The rate was about 400 ° / min.
The 1.42% by weight aqueous DECH solution
But naturally grown on the Si surface in the same way as the choline solution
Since the oxide film is etched, the natural acid
With low contamination while suppressing the growth of
Surface treatment is equivalent to that of a choline aqueous solution or TMAH aqueous solution.
Bell turned out to be possible.
Test Example 5 (detergency)
DECH aqueous solution obtained in Examples 1 and 2 and TE
CH aqueous solution is diluted with pure water to obtain 0.1% by weight of D
Prepare ECH aqueous solution and TECH aqueous solution, and add
Pure hydrogen peroxide was added at a ratio of 4% by weight,
Cleaning solution of Her (DEC cleaning solution and TECH cleaning solution)
Prepared.
Also,64HF solution with Cu2ppb added
The semiconductor wafer was immersed in for 10 minutes and then obtained
64After rinsing the Cu-adsorbed wafer with ultrapure water and drying,
After that, release in a polypropylene wafer case for 24 hours.
The organic outgas generated from this wafer case
Further contaminates the wafer surface, causing organic contamination64Cu adsorption
I prepared Eher.
The above DEC cleaning solution or TECH cleaning solution is
Organic contamination used and prepared above647 Cu adsorption wafer
Washing was performed at 0 ° C. for 10 minutes. The result is that any wash
Liquid remains on the wafer surface64Cu content is about
(3-4) x 1011atom / cmTwoAbout
Adsorbed on the surface64About 30 to 40% of Cu amount is removed
It had been.
Ultra-high purity peracid in 0.1% by weight choline aqueous solution
Preparation of choline washing solution by adding 4% by weight of hydrogen chloride
Then, the same cleaning test as described above was performed and compared. Result is,
What is DECH cleaning solution, TECH cleaning solution and choline cleaning solution?
They also show the same detergency, the aqueous DECH solution of the present invention and
TECH aqueous solution has detergency equivalent to choline aqueous solution
It has been found.
Embodiment 3
Flush with reflux condenser and trimethylamine inlet tube
2- (2-chloroethoxy) dissolved in 500 g of pure water
343 g (2.75 mol) of xyl) ethyl alcohol
And set the flask in a water bath maintained at 80 ° C.
And the trimethylamine 23
7 g (3.27 mol) at a rate of 1 liter / min.
The reaction was conducted by introducing for an hour.
After completion of the reaction, the reaction mixture was distilled under reduced pressure.
Trimethylamine and the like in the reaction are removed, and the resulting aqueous solution is
Purified by anion exchange resin column in the same manner as in Example 1.
And a chlorine content of 47 ppm and a concentration of 2.06% by weight.
19.9 kg of an ECH aqueous solution was obtained.
Further, the obtained aqueous DECH solution was subjected to the above-described procedure.
Performed an electrolysis treatment for 30 hours in the same manner as in Example 1 and contained chlorine.
DECH aqueous solution with an amount of 1 ppm or less and a concentration of 5.2% by weight
4.6 kg were obtained. Also, the obtained aqueous DECH solution is
If the polyethylene glycol concentration is 500 ppm or less,
Limethylamine concentration was 0.5 ppm.
Embodiment 4
343 g of 2- (2-chloroethoxy) ethyl alcohol
(2.75 mol) instead of 2- [2- (2-chloroethoxy)
463 g of (xy) ethoxy] ethyl alcohol (2.75)
Mol), except that TE was used in the same manner as in Example 3 above.
An aqueous CH solution was prepared.
Obtained by purifying with an anion exchange resin column
19.8 kg of TECH aqueous solution has a chlorine content of 42 pp
m, the concentration was 2.23% by weight. Also, this TE
TEC obtained by electrolytic treatment (35 hours) of CH aqueous solution
The H2 aqueous solution (4.7 kg) has a chlorine content of 1 ppm or less.
The degree was 6.58% by weight. Also, the obtained TECH
The aqueous solution has a polyethylene glycol concentration of 500 ppm
Below, the trimethylamine concentration is 0.4 ppm.
Was.
Examples 5 to 8
Trimethylamine 281.5 dissolved in 5640 g of pure water
g (4.76 mol) of ethylene oxide in 40
0 g (9.08 mol, Example 5), 555 g (12.6
1 mol, Example 6), 660 g (14.99 mol, practice
Example 7) and 776 g (17.61 mol, Example 8)
At a reaction temperature of 25 to 40 ° C and ethylene oxide.
2 hours each at 3.3 g / min side introduction speed
(Example 5) 2.7 hours (Example 6), 3.2 hours
(Example 7) and 3.7 hours (Example 8)
Was.
The aqueous solution thus obtained was concentrated at a concentration of 5.
After adjusting to 0% by weight, capillary
Identified by electrophoresis. Also, gas chromatography analysis
By-product polyethylene contained in each aqueous solution
The amount of recall was measured. Table 3 shows the results.
[0057]
[Table 3]
As is clear from the results shown in Table 3, the bird
The amount of ethylene oxide used for methylamine (anti-
As the molar ratio increases, DEC, TECH and
And the production ratio of PEG increases, and the reaction molar ratio is 2 or more.
Above, preferably at least 3 with DEC or TECH as the main component
Turns out to be a quaternary ammonium hydroxide base
did.
The quaternary ammonium hydroxides of Examples 5 to 8
The aqueous solution of chromium is also different from those of Examples 1 and 2 above.
Almost the same but slightly different in its properties
Stability, surface tension, resist dissolution characteristics, etching characteristics
And amine cleaning at room temperature.
Example 5 which is slightly more than that of Examples 1 and 2
> Example 6> Example 7 ≫ Example 8
Much less than conventional choline solutions
Environmentally friendly for chemically amplified resist
It has been found to be an advantageous semiconductor treating agent.
Examples 9 to 11
500 g of 15% by weight choline aqueous solution (75 g of pure choline,
0.619 mol) of ethylene oxide.
6 g (0.309 mol, Example 9), 40.7 g (0.
924 mol, Example 10), and 81.8 g (1.86
Mole, used in the ratio of Example 11), and the reaction temperature was 25-4.
0 ° C. and an ethylene oxide introduction rate of 1.0 g / min.
13.6 minutes each (Example 9), 40.7 minutes
(Example 10) and reaction for 81.8 minutes (Example 10)
I let it.
The reaction product was analyzed by neutralization titration with aqueous choline solution.
Adjust with pure water to be 5.0% by weight in terms of liquid.
Was. In addition, quaternary ammonium hydroxide and ethylene glycol
(EG) is qualitatively and quantitatively determined by the GPC mode.
Analysis was performed by body chromatography. The results are shown in Table 4.
You.
[0062]
[Table 4]
[0063]
According to the present invention, compared with the conventional choline,
Has better storage stability and surface permeability,
Amines suitable for the fine lithography production line in Japan
Quaternary ammonium base with extremely low decomposition
New type of semiconductor surface treatment agent and its manufacturing method
be able to.
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は、実施例1及び2で得られたDECH
水溶液及びTECH水溶液のレジスト溶解性に対する濃
度依存性を示すグラフ図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 shows DECH obtained in Examples 1 and 2.
FIG. 4 is a graph showing the concentration dependency of the aqueous solution and the TECH aqueous solution on the resist solubility.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 21/027 H01L 21/304 622C 21/304 622 647Z 647 21/30 569E 572B (72)発明者 太田 好郎 神奈川県川崎市川崎区塩浜3−22−9、 多摩化学工業株式会社川崎研究所内 (72)発明者 清水 駿平 神奈川県川崎市川崎区駅前本町12番1 川崎駅前タワー・リバーク17階、多摩化 学工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−186351(JP,A) 特開 平8−218191(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/027,21/304 H01L 21/306,21/308 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI H01L 21/027 H01L 21/304 622C 21/304 622 647Z 647 21/30 569E 572B (72) Inventor Yoshiro Ota Kawasaki City, Kanagawa Prefecture 3-22-9 Shiohama, Kawasaki-ku, Tama Chemical Industry Co., Ltd., Kawasaki Research Laboratories (72) Inventor Shunpei Shimizu 12-1, Ekimae Honcho, Kawasaki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Kawasaki Ekimae Tower Riverk 17th floor, Tama Chemical Industry Co., Ltd. (56) References JP-A-61-186351 (JP, A) JP-A-8-218191 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/027, 21 / 304 H01L 21 / 306,21 / 308
Claims (1)
示す)で表されるトリアルキルアミンと、下記一般式
(3) X−(Cm H2mO)x −Cn H2nOH (3) (但し、式中Xはハロゲン原子を示し、m及びnは1〜
6の整数であり、また、xは1〜6の整数である)で表
される末端にハロゲン原子を有するハロゲン化アルコキ
シアルコール類とを反応させてハロゲン化第四アンモニ
ウムを合成し、このハロゲン化第四アンモニウムの水溶
液を陰イオン交換樹脂で処理して下記一般式(1) 【化3】 (但し、式中R1〜R3、m及びn並びにxは前記と同
じである)で表される水酸化第四アンモニウムの水溶液
を回収し、次いで隔膜として陽イオン交換膜を用いた電
解槽で上記水酸化第四アンモニウムの水溶液を電解処理
することを特徴とする第四アンモニウム塩基型半導体表
面処理剤の製造方法。(57) [Claims] [Claim 1] The following general formula (2) (Wherein, R 1 to R 3 represent an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms), and X- (C m H 2m O) x -C n represented by the following general formula (3). H 2n OH (3) (wherein, X represents a halogen atom, and m and n are 1 to
6, and x is an integer of 1 to 6) to react with a halogenated alkoxy alcohol having a halogen atom at a terminal to synthesize a quaternary ammonium halide. An aqueous solution of quaternary ammonium is treated with an anion exchange resin to obtain the following general formula (1): (Wherein, R 1 to R 3 , m and n and x are the same as those described above), and then an electrolytic cell using a cation exchange membrane as a diaphragm. And subjecting the aqueous solution of quaternary ammonium hydroxide to electrolytic treatment.
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