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

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11450126
• Research Institution: HIROSHIMA UNIVERSITY
• 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)
• 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)
• Keywords: ポーラス / 層間絶縁膜 / 集積回路 / シリコン酸化膜 / 銅 / 配線 / メチル / イオンドリフト

Research Abstract

有機無機前駆体材料から形成するポーラス低誘電率層間絶縁膜におけるCu配線との界面の挙動について研究している。特にCuイオンが層間絶縁膜中を電界で移動するドリフト問題のメカニズムを解明するために、Cu電極を有するキャパシタンスを層間絶縁膜上に形成し、高温で電界を印加するBias-Temperature Stress試験を行った後のフラットバンド電圧の変化から移動した電荷量を求めた。
本年度は低誘電率層間絶縁膜として、リンを含有するメチル基を含むシリコン酸化物であるメチルシルセスキオキサン(MSQ)にCu電極を形成して、Cuイオンのドリフト量を測定した。その結果、リンを含有するMSQではCuイオンドリフト量が少ないことを確認した。また、リンを添加するとフーリエ変換赤外吸収分光で測定した膜の分子構造が変化することも観測された。次に、リンを含まないベース材料に空孔を導入したポーラスMSQ膜についてもCuイオンドリフトを測定した。その結果、ポーラス膜は従来膜に比べてCV法で測定したフラットバンド電圧の変化が小さくドリフト量が抑制されていることを見出した。ただし、電子電流によるリーク電流はポーラスMSQの方が多く流れることも分かった。2次イオン分析(SIMS)による物理解析を行った結果、Cuは通常MSQ膜と下地Si上に形成したSiO2界面でパイルアップするが,ポーラス膜と下地SiO2/Si界面では逆に減少していることがわかった。このことがCV測定法の原理から、ポーラス膜のほうがフラットバンド電圧が小さくなる原因であることが分かった。

Research Products

• [Publications] 尾田智彦: "低誘電率層間絶縁膜中へのCuイオンドリフトによる絶縁破壊"Proceedings of Symposium on Semiconductors and Integrated Circuits Technology. 61th. 31-36 (2001)
• [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イ温度リフト抑制効果"電子情報通信学会 技術研究報告. SDM2000-192. 35-42 (2000)
• [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. SDM2000-187. 1-6 (2000)