2021 Fiscal Year Research-status Report
次世代ロジック半導体におけるルテニウムやグラフェン配線の熱マネジメント
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21K04886
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| Research Institution | Toyo University |
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Principal Investigator |
ジャン テンゾウ 東洋大学, 学際・融合科学研究科, 准教授 (00803389)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 配線 / 層間絶縁膜 / 界面熱抵抗 / 有限要素法シミュレーション / 硬X線光電子分光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
次世代ロジック半導体における配線の熱マネジメント技術の基盤構築を目的とし、現実の配線材料銅ではなく、次世代配線材料として期待されるルテニウム(Ru)に着目し、配線と層間絶縁膜の界面熱抵抗を周波数領域サーモリフレクタンス法で測定し、配線の温度上昇に与える界面熱抵抗の影響を、有限要素法シミュレーションを駆使して解明した。
シリコン基板上にスパッタリングで様々な配線金属/中間層/層間絶縁膜積層構造を作製した。Ruは配線金属として使用した。自然酸化膜SiO2は層間絶縁膜として使用した。配線金属と層間絶縁膜の密着性を改善するために、Ti、Ta、TiN、TaNは中間層として挿入した。また、スパッタリングガスAr/N2の流量比を19:1、17:3、16:4、15:5で変えて、TiN、TaN中間層における窒素の割合を調整した。
作製した積層構造の界面熱抵抗は、真空中で周波数領域サーモリフレクタンス法により測定した。半導体技術ロードマップによる次世代ロジック半導体において用いられる配線技術と配線構造を使用し、温度とサイズ依存性を考慮した配線の抵抗率、ビアの影響を考慮した層間絶縁膜の熱伝導率、配線において電流密度などのパラメーターだけでなく、測定された界面熱抵抗は重要なパラメーターとして、有限要素法シミュレーションを駆使して、次世代ロジック半導体における配線の温度上昇に与える影響を解明した。
硬X線光電子分光(HAXPES)、エネルギー分散型X線分析(EDS)などの界面分析により、界面の接合強度は配線金属/層間絶縁膜の界面熱抵抗の支配要因となることを解明した。次世代ロジック半導体における配線の熱マネジメントに向けた最適な積層構造と成膜プロセスを明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
これまでの研究では、物質・材料研究機構微細加工プラットフォームの全自動スパッタ装置で試料を作製しました。最近この装置は故障が発生したのため、試料の作製はやや遅れている。界面熱抵抗の測定、有限要素法シミュレーション、界面分析などは順調に進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
将来に配線材料としてルテニウムでも限界がくるので、より良い性能を有するグラフェンが配線材料として注目されている。今後の課題では、グラフェンは配線材料として使用し、配線と層間絶縁膜の界面熱抵抗を周波数領域サーモリフレクタンス法で測定し、配線の温度上昇に与える界面熱抵抗の影響を、有限要素法シミュレーションを駆使して解明する。硬X線光電子分光(HAXPES)などの界面分析手法を駆使してグラフェン/層間絶縁膜の界面熱抵抗の支配要因を解明する。中間層などの界面修飾による次世代ロジック半導体における配線の熱マネジメントに向けた最適な積層構造と成膜プロセスを明らかにする。
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| Causes of Carryover |
初年度は計画通りに執行した結果、若干の残額が生じた。
次年度使用額は、グラフェン試料の購入、試料作製や分析の装置利用料、海外と国内学会の旅費と参加費として使用する予定となる。
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