2010 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 茨城大学, 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)
稲見 隆 茨城大学, 工学部, 准教授 (20091853)
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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びに作製
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
昨年度までに多段カラム陰イオン交換精製法によるCuの精製効果について明らかにした。本年度は、精製効率を更に向上させるために、より微量である金属イオンの陰イオン交換樹脂への吸着挙動について調査を行った。
3)均一・粗大粒一層Cu配線材料・プロセス技術の開発
50nm配線溝中への添加剤フリーめっきによる埋め込み性をアスペクト比の関数としてめっき流体シミュレーションを行った結果、完全埋め込みのためには、アスペクト比を3.0以下(実用LSIのアスペクト比は2.0～3.0)以下にする必要があることが分かった。今後は、最適アスペクト比のTEGを用い、ノズルジエット型アノード(噴流)を利用した微細溝中への添加剤フリーCu埋め込み技術あるいは不純物の極めて少ない添加剤を使用した添加剤レスめっきによる微細溝へのCuめっき膜の埋め込み技術の開発を早急に行い、40～50nm幅の溝中への添加剤フリーあるいは添加剤レスの埋め込み技術を確立し、均一・粗大粒一層Cu配線材料・プロセス技術の開発を行う。
4)Cu配線の微量不純物分析・ナノ構造評価
配線幅が数十nmの配線の抵抗を決める因子を特定するため、このサイズの配線内部構造の深さ方向依存性の原子レベルでの解析を、透過型電子顕微鏡(TEM)を使った格子像の観察により行なった。その結果、高純度めっきで作製したCu配線ほど、また溝底部に近いところほど結晶方位が揃っていることを確認した。これは不純物が粒界偏析を起こし、これが粒界での欠陥形成の核となって各結晶粒の配向性を乱し、抵抗率の上昇を招く間接的な証拠と考えられる。
5)Cu配線評価技術
分子動力学および第一原理計算により、低抵抗率新バリア材料を探索するための指導原理について検討した。今後は、指導原理に基づき低抵抗率バリア材の探索を行う。また、GDMSを用いて、添加剤有りおよび無しでめっきしたCu膜の微量不純物元素の定量分析を行い、後者の不純物が前者のそれに比べかなり低いことが分かった。今後は結晶粒界の不純物の解析を、収差補正型電子顕微鏡を用いて行う。
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