極微細ハイブリッド多層配線の高信頼化に関する研究

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13025233
• 研究機関: 広島大学
• 研究代表者: 新宮原 正三 広島大学, 大学院・先端物質科学研究科, 助教授 (10231367)
• 研究分担者: 坂上 弘之 広島大学, 大学院・先端物質科学研究科, 助手 (50221263) ; 高萩 隆行 広島大学, 大学院・先端物質科学研究科, 助教授 (40271069)
• キーワード: エレクトロマイグレーション / 信頼性 / 直流パルス電流 / Cu配線 / Al配線 / LSI / ジュール発熱

研究概要

本研究の最終目的は、ULSI微細多層金属配線構造におけるエレクトロ・サーモマイグレーション現象を明らかにし、またそれを抑制する配線材料および構造を提案することである。14年度は、直流パルスエレクトロマイグレーションでの数十メガヘルツ領域の信頼性評価を、多層銅配線に関して行った。特にパルスオンタイムを一定として、オフタイムを変化させた場合の配線寿命のオフタイム依存性を評価し、またその逆の場合であるオンタイム依存性についても評価した。配線寿命は、オフタイムの増加に対して明らかな増加を示した。この実験結果を解釈するに当たり、一次元ドリフト-拡散モデルに基づいた配線寿命の推定法を確立し、このモデルに従った数値計算法により実験結果を半定量的に説明することができた。この手法では、配線が不良にいたる応力値を与えることにより、任意のパルス電流でのEM寿命が推定できるものであり、今後実LSI配線での寿命予測の指針となるものである。以上の評価においては、主要設備である「エレクトロマイグレーション評価チャンバーシステム」を用いた。
また、多層銅配線に多端子電極を取り付けた評価パターンを用いて、通電加熱時の微細配線抵抗分布の経時変化をモニターしつつ、またボイド形成と抵抗変化挙動との対応を定量的に調べ、不良機構及び配線寿命の評価を行った。本評価は長時間かかるために、未だまとまった結果は得られておらず、15年度も引き続き継続していく予定である。

研究成果

• [文献書誌] S.Miyazaki, S.Shingubara, H.Sakaue, T.Takahagi: "Off-time Dependence of Electromigration MTF in Pulsed DC Stressing Tests"Proc. of Advanced Metallization Conference 2002. (To be published). (2003)
• [文献書誌] Z.Wang, H.Sakaue, S.Shingubara, T.Takahagi: "Electroless Plating of Cu Initiated by Displacement Reaction on Metal-Nitride Diffusion Barriers"Electrochem. Solid-State Lettters. 6. C38-C41 (2003)
• [文献書誌] S.Shingubara, Z.Wang, T.Ida, H.Sakaue, T.Talahagi: "Direct Electroless Plating of Copper on Barrier Metals"Proc. of the 2002 Internaional Interconnect Conference. 176-178 (2002)
• [文献書誌] S.Shingubara, S.Miyazaki, H.Sakaue, T.Takahagi: "Evaluation of Temperature Rise Due to Joule Heating and Preliminary Investigation of I'ts Effect on Electromigration Reliability"American Institute of Physics Conf Proc. 612. 94-104 (2002)
• [文献書誌] H.Sakaue, N.Yoshimura, S.Shingubara, T.Takahagi: "Improved Mechanical Strength of Porous Diamond Film by HCDS treatment"Mat. Res. Soc. Conf. Proc.. ULSI-XVII. (2002)
• [文献書誌] 新宮原 正三: "多層配線技術の最新動向 -銅配線/低誘電率膜-"EDリサーチ社. 54 (2002)