銅薄膜自己維持スパッタによる高エレクトロマイグレーシヨン耐性多層配線の研究

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08555076
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 応募区分: 試験
• 研究機関: 広島大学
• 研究代表者: 新宮原 正三 広島大学, 工学部, 助教授 (10231367)
• 研究分担者: 吉川 公麿 日本電気株式会社, ULSIデバイス開発研究所, 部長 ; 坂上 弘之 広島大学, 工学部, 助手 (50221263) ; 高萩 隆行 広島大学, 工学部, 教授 (40271069)
• キーワード: 銅 / エレクトロマイグレーション / スパッタ / 自己スパッタ / 電子温度 / プラズマ

研究概要

本研究では3カ年の間に(1)銅の自己維持スパッタのイオン化率制御およびターゲット臨界電流値の低減、(2)高安定銅拡散バリアメタル形成、(3)サブミクロン高アスペクト比接続孔及び微細配線への銅埋め込堆積、(4)多層銅配線エレクトロマイグレーション諸特性評価及びモデリングによる機構解明、等を行う計画となっている。初年度(平成8年度)ではスパッタ容器の高真空化(主要申請設備「高真空自己維持スパッタ容器」)を実行し、ラングミュアプローブ測定によってスパッタプラズマ中の電子密度、エネルギー分布等を求め、自己維持機構解明のための基礎データを取得した。その結果、自己維持スパッタの成立条件には銅の第一イオン化エネルギー以上の高エネルギー電子がある密度以上必要であることが判明した。また、微細コンタクトホールへの銅の埋め込み堆積についてターゲット-基板間距離依存性を詳細に調べ、自己スパッタでは銅原子の平均自由行程が距離が長くなるとともに増大するために従来技術と比較して著しく埋め込み特性が改善することを見出した。また、銅配線のエレクトロマイグレーション評価においては、走査電子顕微鏡にてその場観察を行い高電流密度下ではボイドが時間経過とともに伸びる現象があることを発見した。

研究成果

• [文献書誌] ZJ. Radzimski, and S. Shingubara: "Optical Emission Spectroscopy of High Density Metal Plasma Formed during Magnetron Sputtering" J. Vac. Sci. Technol.,. (accepted for pubrication. (1997)
• [文献書誌] T. Ichiki, T. Kikuchi, A. Sano, S. Shingubara, and Y. Horiike,: "Gap-Filling of Cu Employing Self-Sutained Sputtering with ICP Ionization" Extended Abstracts of Solid State Devices and Materials. 115-117 (1996)
• [文献書誌] S. Shingubara. H. Sakaue. T. Takahagi. Y. Horiike. Z. Radzimski, and Posadowski: "Cu deposition Characteristics into submicron contact holes employing self-sputterigng with a high ionization rate" Mat. Res. Soc. Proc.427. 185-192 (1996)
• [文献書誌] A. Sano, H. Sakaue, S. Shingubara. T. Takahagi. Y and ZJ. Radzimski: "Self-sputtering of Cu film employing highly ionized Cu plasma" Mat. Res. Soc. Conf. Proc.ULSI-XI. 709-715 (1996)