銅単結晶配線技術の実現による次世代ULSIの高性能化に関する研究

• Project/Area Number: 01J06912
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Electronic materials/Electric materials
• Research Institution: Kitami Institute of Technology
• Principal Investigator: 新海 聡子 北見工業大学, 工学部, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2001 – 2003
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2003)
• Budget Amount: ¥3,600,000 (Direct Cost: ¥3,600,000); Fiscal Year 2003: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2002: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2001: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: エピタキシャル関係 / HfN / 連続エピタキシャル成長 / 表面形態 / α-Ta / β-Ta / 相変化 / 真空熱処理 / 連続エピタキシャル / 格子ミスマッチ / 2次元超格子 / 対角線ミスマッチ / ユニットセル / 成長モード

Research Abstract

本研究課題のまとめとして、(1)(001)と(111)Si上に(001)及び(111)HfN膜をエピタキシャル成長させ、更にその上にCu膜を連続エピタキシャル成長させる条件と要因を確定すると共に、得られたHfN及びCu膜の表面形態を併せてISSPで発表し、JJAP誌に公表した。また、各エピタキシャルHfN膜を米カリフォルニア大学、名古屋工業大学及び京都大学に提供し、それぞれ、Si上GaNのエビ成長のためのバッファー層、スパッタイオンの放出角度分布依存性、及び冷陰極材料としての評価に関する共同研究を行っている。
上記と併行して、研究成果欄に示されているように、(2)ZrO_2の誘電体特性も評価すると共に、(3)MgO基板上にIrがエピタキシャル成長することや、(4)RuのO_2サーファクタントエピ成長効果も同時に検討した。
加えて、(5)スパッタ法でのみ得られる高抵抗なβ相とバルクと同じ構造で低抵抗なα相に着目して、Si基板上に成長するTa膜の相変化に及ぼす基板温度と熱処理温度の影響を調べた。その結果、(111)Si基板上では、基板温度200℃からα相が形成し始め、且つ、α相の形成と同時にα-Ta(110)面がエピタキシャル成長することを明らかにした。一方、(001)Si基板上に基板温度室温で形成させたβ-Ta膜に真空熱処理を施すと、300℃の熱処理温度でα-Ta単一相となり、且つ、(110)面がエピタキシャル関係を示しながら相変化することが明らかとなった。加えて、シリサイド形成が懸念される500℃で熱処理を施しても、(110)面のエピタキシャル関係が確認されることから、Ta/Si界面でシリサイド形成のために相互拡散する以前に、(001)Si基板の格子配列に沿ってTa原子が優先的に最配列し、α相へ相変化することが確認された。以上の結果は、今春の応用物理学会にて発表する予定である。

Research Products

• [Publications] M.KAMIJYO, T.ONOZUKA, S.SHINKAI, K.SASAKI, M.YAMANE, Y.ABE: "Capacitor Property and Leakage Current Mechanism of ZrO_2 Thin Dielectric Films Prepared by Anodic Oxidation"Japanese Journal of Applied Physics. Vol.42, No.7A. 4399-4403 (2003)
• [Publications] M.SHIOJIRI, S.SHINKAI, K.SASAKI, H.YANAGISAWA, Y.ABE: "Preparation of Low-Resistivity α-Ta Thin Films on (001) Si by Conventional DC Magnetron Sputtering"Japanese Journal of Applied Physics. Vol.42, No.7A. 4499-4500 (2003)
• [Publications] T.ISHIKAWA, Y.ABE, S.SHINKAI, K.SASAKI: "Epitaxial Ir Thin Film on (001) MgO Single Crystal Prepared by Sputtering"Japanese Journal of Applied Physics. Vol.42, No.9A. 5747-5748 (2003)
• [Publications] S.SHINKAI, K.SASAKI, H.YANAGISAWA, Y.ABE: "Realization of Sequential Epitaxial Growth of Cu/HfN Bilayered Films on (111) and (001) Si"Japanese Journal of Applied Physics. Vol.42, No.10. 6518-6522 (2003)
• [Publications] Y.ABE, S.SHINKAI, K.SASAKI, J.YAN, K.MAEKAWA: "Improvement of the Crystal Orientation and Surface Roughness of Ru Thin Films by Introducing Oxygen during Sputtering"Japanese Journal of Applied Physics. Vol.43, No.1. 277-280 (2004)
• [Publications] H.YANAGISAWA, M.KAMIJYO, S.SHINKAI, K.SASAKI, Y.ABE, M.YAMANE: "Electrical Properties of HfO_2 Thin Insulating Film Prepared by Anodic Oxidation"Japanese Journal of Applied Physics. Vol.41,No.8. 5284-8257 (2002)
• [Publications] R.Armitage, Q.Yang, H.Feick, J.Gebauer, E.R.Weber, S.Shinkai, K.Sasaki: "Lattice-matched HfN Buffer Layers for Epitaxy of GaN on Si"Applied Physics Letter. Vol.87,No.8. 1450-1452 (2002)
• [Publications] M.KAMIJYO, T.ONOZUKA, S.SHINKAI, K.SASAKI, M.YAMANE, Y.ABE: "Capacitor Property and Leakage Current Mechanism of ZrO_2 Thin Dielectric Films Prepared by Anodic Oxidation"Japanese Journal of Applied Physics. (Accepted for publication). (2003)
• [Publications] M.SHIOJIRI, S.SHINKAI, K.SASAKI, H.YANAGISAWA, Y.ABE: "Preparation of Low-Resistivity α-Ta Thin Films on (001) Si by Conventional DC Magnetron Sputtering"Japanese Journal of Applied Physics. (Accepted for publication). (2003)