次世代銅配線における極薄窒化合金バリヤに関する基礎的検討

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09750339
• Research Institution: Kitami Institute of Technology
• Principal Investigator: 武山 真弓 北見工業大学, 工学部, 助教授 (80236512)
• Keywords: 金属半導体コンタクト / 銅配線 / 拡散バリヤ / 窒化物 / 熱的安定性

Research Abstract

次世代配線材料として多くの期待を集めているCu薄膜の拡散バリヤとしては、高温までCuの拡散を抑制し、かつ半導体デバイスの高集積化に伴う素子の微細化のために、拡散バリヤを極薄化することが切望されている。そこで本研究では、拡散バリヤの構造をアモルファスに極めて近い状態の結晶構造とすることにより、バリヤの結晶粒界を介して生じるCuの速い拡散を効果的に抑制できるものと考え、そのようなバリヤの候補としてZrN膜に着目した。ZrN膜は、その低抗率が比較的低いことでも知られており、窒化合金バリヤとした場合にも低抗率の低減が期待できる材料である。そこでまず、ZrNバリヤの基本特性を十分検討した上で合金とするもう一方の材料を選定することとし、ZrN膜のバリヤ特性の検討を行った。本研究で用いた400℃の基板温度で成膜したZrN膜は、アモルファスライクな構造を示し、バリヤ膜厚が1000Åの場合には800℃で1時間の熱処理に耐え得るコンタクトを実現でき、さらに膜厚を200Åと薄くした場合においても750℃までCuとSiとの拡散・反応を抑制し、安定なコンタクトを実現できることが明らかとなった。これは、ZrN膜の構造をアモルファスに近い状態としたことで、バリヤ層中の結晶粒界を介して生じるCuあるいはSiの拡散を効果的に抑制できたため、バリヤの膜厚が十分薄い場合においてもそのバリヤ効果が保持できるものと思われる。このことに加えて、ZrN膜の低抗率はアモルファスライクな構造を示しつつも、約80μΩcm程度と低い低抗率を有することがわかった(投稿準備中)。このことから本研究で用いたZrN膜は、従来から切望されていた極薄化した場合においても高温まで安定なコンタクトを実現できる優れたバリヤであることが実証された。今後は、このZrN膜を基本材料とした窒化合金バリヤのバリヤ特性並びにバリヤの構造等について組み合わせる材料を変化させて検討を行っていく予定である。

Research Products

• [Publications] 板井 順一 他2名: "室温作成されたZrN薄膜を用いたCu/ZrN/Siコンタクト系の熱的安定性" 応用物理学会北海道支部レーザー学会東北・北海道支部合同学術講演会. C-40. 126- (1997)
• [Publications] 武山 真弓、野矢 厚: "Cu/Si系における極薄ZrN膜の拡散バリヤ効果" 電子情報通信学会電子部品材料研究会技術研究報告. CPM97-123. 47-52 (1997)
• [Publications] 武山 真弓、他2名: "低温作製された極薄ZrN膜のCu-Si間の拡散バリヤ効果" 第45回応用物理学関係連合講演会. (1998)