2009 Fiscal Year Annual Research Report
極限高純度めっきプロセスによるCu配線ナノ構造制御と次世代ナノLSIへの展開
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20226014
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| Research Institution | Ibaraki University |
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Principal Investigator |
大貫 仁 Ibaraki University, 工学部, 教授 (70315612)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
一色 実 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (20111247)
篠嶋 妥 茨城大学, 工学部, 教授 (80187137)
田代 優 茨城大学, 工学部, 講師 (90272111)
石川 信博 茨城大学, 物質・材料研究機構, 主任研究員 (00370312)
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| Keywords | LSI / Cu配線 / 分子動力学シミュレーション / TEG / Cuの高純度化 / 添加剤フリーめっき / 微量不純物 / 微細構造 |
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| Research Abstract |
1)28～40nmレベルTEG構造の見直しおよび再設計ならに作製
TEGの見直しおよび再設計を行い、作製した。
2)超高純度めっき材料の開発
Cu及びCoのHCl溶液中におけろ陰イオン交換樹脂への吸着挙動を元に、多段カラム陰イオン交換精製法によるCuの高純度精製を試み、精製効率を明確にした。さらに、多段カラムイオン交換精製法を用いて原料に比べ2桁以上の純度向上のを得たが、Cr,Siの汚染も明らかになった。これらの汚染対策および陰イオン交換反応の機構を明確にして、さらなる純度向上を図る。
3)均一・粗大粒一層Cu配線材料・プロセス技術の開発
パルス条件および配線溝形状の最適化を行い、幅60nm、深さ200nmの溝中へ添加剤フリーめっきによりほぼ完全にCuを埋め込むことができた。添加剤フリーCu配線の抵抗率は添加剤を用いて形成したCu配線よりも10%低いことを明らかにした。しかし、50nm配線溝への完全埋め込みには至らたかっか。めっきシミュレーションを行った結果、液流の改善により埋め込み性の向上が期待できるので最適液流の得られるめっき治具を開発し、50nm配線溝へのCu完全埋め込み技術の確立を行う。
4)Cu配線の微量不純物分析・ナノ構造評価
Cu配線の微量不純物元素のGD-MSによる元素分析技術を行い、アノードおよび硫酸銅溶液等めっき材料の高純度化によりCuめっき膜の純度が向上することおよび添加剤を除去するすることによりCuめっき膜の純度向上することを見出した。今後の課題として、分析値のばらつきの低減および分析精度の向上が挙げられる。微細Cu配線底部と上部の高分解能TEM観察を行い、配線底部と上部における配向性の違い、すなわち前言の方が後言よりも微細粒であるが、配向性は高いことを明らかにした。
5)Cu配線評価技術
分于動力学シミュレーションによりCu配線の結晶粒成長に及ぼす微量不純物元素、とくに酸素等のCu親和力の高い元素はCuの結晶粒成長を阻害することを明らかにした。また、新バリア材料を探索するため、Ru/Cu界面の安定性を第一原理計算により考慮し、Ru方立とCu方位の優先関係を明らかにした。特筆事項として、X線回折の高精度化により、幅100nmのCu配線溝中の平均結晶粒径とその分布を評価できることを初めて明らかにした。これらの結果はTEM観察結果とほぼ一致している。次の課題は、幅50nmCu配線の結晶粒径とその分布を明らかにすることである。
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