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

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 01J06912
• 研究機関: 北見工業大学
• 研究代表者: 新海 聡子 北見工業大学, 工学部, 特別研究員(PD)
• キーワード: 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 / 表面形態 / α-Ta

研究概要

次世代ULSIの更なる高性能化を図るため、(1)(001)Si及び(111)Si基板上に堆積させたエピタキシャル(001)及び(111)HfN膜をCu配線技術の拡散バリアとして適用することで、その上部に成長するCu層の配向性をX線極点図形分析を用いて評価した。その結果、エピタキシャル(111)HfN膜上には、2次元超格子同士の小さな格子ミスマッチによりCuの(111)面が、また、エピタキシャル(001)HfN膜上には、単位格子同士の小さな対角線ミスマッチに起因してCu(110)面が、それぞれ連続エピタキシャル成長することが明らかとなった。加えて、これ等のエピタキシャル成長モードの違いにより、得られるCu膜の表面形態にも違いが生じることを示した。以上の結果は、応用物理学会にて発表を行い、論文としてもJJAPに近々公表する予定である。
上記の課題と併行して、研究成果の欄に示されているように、(2)GaNのSi上でのエピタキシャル成長のためにHfNをバッファ層として利用することの意義や、HfN_2やZrO_2の誘電体特性も同時に検討すると共に、加えて、(3)Cu配線技術の拡散バリアへの適用を念頭において、簡便なスパッタ法による低抵抗なα-Ta薄膜の作製条件も検討した。その結果、スパッタ電力50W及び基板温度400℃以上の適切なスパッタ条件を与えることで、(001)Si基板上にα-Taの最密面である(110)面を単配向成長させ得ることも明らかにすることができた。以上の結果は、近日中にJJAPに掲載される予定である。
これらの諸結果を受けて、目下、連続エピタキシャル成長Cu/HfN/Siコンタクト構造の熱的安定性、及び(001)Si基板上におけるα-Ta薄膜のエピタキシャル成長についての研究に着手している。

研究成果

• [文献書誌] 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)
• [文献書誌] 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)
• [文献書誌] 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)
• [文献書誌] 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)