極微細ハイブリッド多層配線の高信頼化に関する研究

2003 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, 教授 (40271069)
• キーワード: 銅配線 / LSI / エレクトロマイグレーション / 信頼性 / パルス電流

研究概要

多層銅配線のビアチェーン構造にて、直流及び交流パルスエレクトロマイグレーション寿命評価を行った。直流パルスEM評価においては、周波数領域10-20MHzに相当する高周波にて、パルスオンタイムを50nsec一定として、パルスオフタイムを25,50,100nsecと変えた評価を行った。その結果、パルスオフタイムを増加すると共に、配線の平均EM寿命が著しく増加することを見出した。原子空孔の一次元ドリフト拡散方程式に基づく解析により、これは電流オフ時に原子空孔の濃度勾配に起因するバックフローにより回復過程が数十ナノ秒という短い時間でも存在するためであることが明らかとなった。
また、交流パルスEM評価においては、電流平均値がゼロであっても、配線不良が起こることが明らかとなった。一次元ドリフト拡散方程式に基づく解析では、配線寿命は無限大となることが予測されるので、その原因はエレクトロマイグレーションのみではないことが結論される。
不良箇所の分布及び不良モードは、やはり直流パルス条件とは異なっていることが判明した。それより、交流パルス試験で不良要因は、配線内部に生じた温度勾配に起因するサーモマイグレーションがその主要な原因であることが推測された。

研究成果

• [文献書誌] K.Oshima, et al.: "Off-time Dependence of Pulsed DC Electromigration MTF of Cu Multilevel Interconnection"Int.Conf.On Solid State Devices and Materials 2003. 260-261 (2003)
• [文献書誌] S.Shingubara, et al.: "Bottom-up fill of Cu in deep submicron holes by electroless plating"Electrochem.Solid-State Lettters. (accepted). (2004)
• [文献書誌] Z.Wang, S.Shingubara: "Electroless plating of Cu using ICB deposited Pd catalysis layer"Jpn.J.Appl.Phys.Express Letter. 42. L1223-L1225 (2003)
• [文献書誌] H.Sakaue, et al.: "Low Dielectric Constant Porous Diamond Films Formed by Diamond Nano-Particles"Appl.Phys.Lett.. 83. 2226-2228 (2003)
• [文献書誌] S.Miyazaki, S.Shingubara: "Off-time Dependence of Electromigration MTF in Pulsed DC Stressing Tests"Mat.Res.Soc.Conf.Proc. ULSI-18. 279-284 (2003)
• [文献書誌] Zenglin Wang, et al.: "Influence of Surface Oxide of Sputtered TaN on Displacement Plating of"J.Appl.Phys.. 42. 1843-1846 (2003)