2000 Fiscal Year Annual Research Report
ナノポーラス/有機構造低誘電率膜と金属電極の界面制御
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11450126
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
吉川 公麿 広島大学, ナノデバイス・システム研究センター, 教授 (60304458)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
芝原 健太郎 広島大学, ナノデバイス・システム研究センター, 助教授 (50274139)
横山 新 広島大学, ナノデバイス・システム研究センター, 教授 (80144880)
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| Keywords | 低誘電率膜 / 有機膜 / 多層配線 / 集積回路 / 銅配線 / ポーラス / 金属電極 / 拡散速度 |
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| Research Abstract |
Cu配線/低誘電率層間絶縁膜を用いた次世代多層配線技術において、動作中にCuイオンが銅配線から層間絶縁膜へ電界によって拡散移動し、信頼性劣化を起こすことが懸念されている。この問題を解決するためには、低誘電率層間絶縁膜中のCuイオンの電界ドリフトを精密に測定する方法を確立し、Cuイオンの電界ドリフトメカニズムを明らかにする必要がある。本研究ではCuイオンの電界ドリフト精密に測定する方法について検討した。
低誘電率層間絶縁膜中のCuイオンの電界ドリフト特性はCu/Low-K/SiO2/Siなる構造をもつMISキャパシタで測定する。被測定低誘電率膜としてメチルシラザン(Methylsilazane:MSZ)およびポーラス化メチルシラザンを用いる。Cuイオンドリフト測定はバイアス温度試験法(Bias-Temperature Stress:BTS)および容量-電圧(Capacitance-Voltage:CV)測定で行い、Cuイオンドリフト率はフラットバンド電圧のシフト量から求める。
BTS条件は温度200℃,電界強度0.43MV/cm,バイアス時間30分である。MSZに対してはこのBTS条件のもとでフラットバンド電圧のシフトが4.9V、アキュミュレーション容量値から比誘電率2.71が得られた。ポーラスMSZはフラットバンド電圧のシフトが1.60V、比誘電率が1.90である。対応する銅イオンドリフト率はMSZで10^8個/cm2 secのオーダーであるのに対しポーラス化MSZは10^7個/cm2 secのオーダーであり、MSZはポーラス化することでCuイオンドリフト抑制効果が増すことがわかった。
結論として、低誘電率膜中のCuイオンドリフト率を定量的に測定する方法を実験的、理論的に確立・整備し、メチルシラザンMSZおよびポーラス化MSZのCuイオンドリフトを測定した。ポーラス化MSZはMSZよりCuイオンドリフトとリーク電流を抑制する効果があり、その抑制機構がわかった。
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[Publications] 吉川公麿: "多層配線技術とスケーリング"電子情報通信学会論文誌c、. 183-c2. 105-117 (2000)
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[Publications] S.Mukaigawa: "Measurement of Copper Drift in Methylsilsesquiazane-Methylsilsesquioxane Dielectric Films"Japanese Journal of Applied Physics. 39. 2189-2193 (2000)
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[Publications] S.Mukaigawa: "Copper Ion Drift Rates in Porous Methylsilsesquiazane Dielectric Films"Extended Abstract of International Solid State Devices and Materials. 34-35 (2000)
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[Publications] T.Kikkawa: "Measurement of Copper Drift in Methylsilsesquiazane Dielectric Films"Abstracts of International Workshop on Development of Thin Films for Future ULSIs and Nano-Scale Process. 71-72 (2000)
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[Publications] 吉川公麿: "ULSI多層配線技術の課題"電子情報通信学会技術研究報告(シリコン材料・デバイス). 2000-187. 1-6 (2000)
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[Publications] 尾田智彦: "低誘電率層間絶縁膜中のリン添加効果によるCuイオンドリフト抑制効果"電子情報通信学会技術研究報告(シリコン材料・デバイス). 2000-192. 35-42 (2000)
