2022 Fiscal Year Research-status Report
次世代集積回路配線と液体／金属接面in-situ計測：どこまでわかりどう使うか？
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22K04182
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| Research Institution | University of Yamanashi |
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Principal Investigator |
近藤 英一 山梨大学, 大学院総合研究部, 教授 (70304871)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
金 蓮花 山梨大学, 大学院総合研究部, 教授 (40384656)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 集積回路配線 / 配線金属 / エリプソメトリ / 常温接合 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究ではCo, Ru, CoTi, NiAlなど新規集積回路配線材料の液相プロセス中表面層(<5 nm)形成過程をin-situエリプソメトリでたとえばΨ-Δ plotなどの解析手法を用いて速度論的に明らかにし、反応メカニズムに基づいて限りなく表面を清浄・維持できる手法を確立し、さらには3次元集積回路に必要な金属/金属常温接合への適用を目指すものである。
令和４年度は、以下の２点についての検討を行った。第１はCu電極常温接合のためのめっきCuの強度改善である。当初計画通り、具体的にはスパッタCu層に順次ZnO, PtPd層を堆積したのち無電解Cuめっきを行ない密着性を評価した。スタッドプル式およびスクラッチ式の密着性評価を行った。あきらかにZnO層形成を介することで密着性は向上していた。
第２はウェットプロセスにおけるCu表面の清浄化ならびに清浄表面の保護層の検討である。In-situエリプソメトリを用いて、自然酸化物除去、リンス、保護層形成を順次行ってその過程を観察した。過去BTA層を用いた保護膜形成については従前より検討していたのでその再現性を確認した。つぎに自己組織化単分子膜(SAM)膜の利用を試みた。２種のチオール系試薬を用いCu上に直接SAM膜形成ができることを確認した。BTAは瞬間的に膜形成が開始するのに対しSAM膜は形成までの潜伏時間が分単位で長く、この現象を利用すれば表面の清浄層を維持できる可能性がある。
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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
R4年度の検討内容は、清浄表面層の形成とそのin-situ（液中）エリプソメトリ観察である。Cu自然酸化膜の除去、リンス、保護層形成について、従前より用いていたBTAについて観測を行うとともに、新たなSAM膜２種類についても検討を行った。SAM膜形成の速度過程を数値的に確認することができた。さらなる速度論的検討やモデル化については今後検討を行っていくが、潜伏時間の存在とその条件依存性は大きな発見であると考える。形成後のクリーニングは試みてはいるが、in-situ観測までには至っていない。
酸化物／貴金属ナノ粒子層を介して金属／金属常温接ができるという実験的事実をもとにその再現性調査をおもに行った。具体的にはスパッタCu層に順次ZnO, PtPd層を堆積したのち無電解Cuめっきを行ない密着性を評価した。めっき液条件、ZnO堆積方法が異なることもあって必ずしも完全な再現性確認ができたわけではないが、あきらかにZnO層形成を介することで密着性は向上していた。この内容はおおむねR6年度に行うことを計画していたので先行着手である。
以上、Cu保護層形成については年次進行通りであること、R6の内容を先行着手していることを総合して、研究はおおむね計画通り順調に進展していると判断する。
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| Strategy for Future Research Activity |
おおむね研究計画通りに進んでることから、R5年次以降も特に変更なく進める。
R5年度は湿式清浄金属表面の形成条件の検討であり、BTAやSAM層の形成のÅレベルでのコントロールをin-situ液中エリプソメトリを用いて行う。実際に先端半導体プロセスで用いられている洗浄液を使用するのもよいかもしれないが、学術的には洗浄とエッチングの競合過程を調べるのが有意義であると考える。すなわち洗浄剤と保護剤を同時あるいは交互に供給し速度論的な応答を観測する。SAM膜では長い潜伏時間があることがすでにわかっているので、SAM膜形成までに表面にどのようなことが起こっているのか、安定な表面であるのかを調べたい。液中観測であるので大気にさらしてしまっては意味がない。実際には腐食剤を供給し表面がダメージを受けるかどうか調べるのが良いだろう。
上記と併せて、すでに提案のある新規配線材料の膜形成とその物性の検討を開始する。これおはR6の課題であるが先行着手する。当初計画ではNiAl, CuAlを挙げていたがCoTiから開始する。CoTiも計画書に記載されている。まずはスパッタリングプロセスでの定石に従って、Co, Ti各元素の膜厚あるいは堆積速度の放電条件依存性について検討したのち、二元系スパッタにより混合組成での組成と電気抵抗、結晶構造などの対応について検討を行う。さらには、金属／金属の常温圧着をナノ領域で行ない接合界面の観察と評価にも着手したい。
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Research Products
(3 results)
