多層積層構造超LSI形成時の残留応力解析と超音波を用いた信頼性評価技術の開発

1991 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 02555022
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 小林 英男 東京工業大学, 工学部, 教授 (00016487)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 清水 翼 日立製作所, 機械研究所・第3部, 部長 ; 朴 位坤 東京工業大学, 工学部, 助手 (60238243) ; 轟 章 東京工業大学, 工学部, 助手 (50211397) ; 荒居 善雄 埼玉大学, 工学部, 助教授 (70175959) ; 中村 春夫 東京工業大学, 工学部, 助教授 (40134829)
• Keywords: 超LSI / 薄膜 / 力学的特性 / 表面波 / 音速 / 残留応力

Research Abstract

高集積度が達成可能であり,有望視される多層積層構造超LSIではシリコン基盤上に絶縁層や導電配線などを多層積層する構造になっており,積層成形時に生じる残留応力が層間き裂を発生・進展させ,あるいは基盤の変形や破壊をもたらすため,VLSIの信頼性低下が予想される.しかし,このような層間き裂の評価基準や残留応力の解析法・評価法は規定されていない.残留応力は現在,有限要素法を用いて解析されているが,薄膜の物性値の明確な測定基準がない.本研究では,この多層積層LSIの残留応力解析と実測,層間はく離き裂の超音波顕微鏡による検出技術の確立と破懐力学的な評価を目的とし,3年度にわたる基礎技術開発研究である.本年度はこの中で,多層積層構造LSIを想定した超音波顕微鏡による薄膜の物性値測定と欠陥検出を目的として,オリンパス製超音波顕微鏡を用いてガラス基盤およびシリコン基盤上にスパッタ処理によって作成したアルミニウム膜厚およびSiO_2のV(z)曲線を実測し表面弾性波速度を求めた.同時に基盤上に薄膜がある場合の速度ポテンシャル式を解析することにより反射関数を求め,それに基づき表面波速度を解析し,実測値と比較することにより薄膜の力学特性を求めた.また,備品として購入したX線応力測定装置を用いて薄膜の残留応力を解析し検討した.その結果,以下の点が明らかになった.
(1)基盤が等方性の場合,解析と比較することにより,薄膜の力学的特性を求める手法を提案し,その有効性を検証した.
(2)実測した結果,アルミ薄膜の弾性率はバルク状態より約10%程度低下することが明らかになった.
(3)本手法は,基盤が異方性の場合(シリコン基盤),速度ポテンシャル式の改良が必要である.
(4)アルミ薄膜の残留応力は最大10MPa程度である.