| 研究概要 |
Siデバイス用Cu配線開発では熱処理中に発生するマイクロボイドが問題となっている。高信頼Cu配線の実現には、配線抵抗値の増加および機械的強度の低下といった致命的な問題を引き起こすボイドの抑制技術を早急に確立しなければならない。従来、配線材に発生するボイドは熱処理中に配線材と基板(あるいは層間絶縁膜)の熱膨張係数の違いに起因して発生する熱歪みによる一種のクリープ現象として扱われてきた。しかし実際にCu膜中に発生するボイドのサイズ・頻度は、熱歪みの緩和のみでは説明できない。本年度はCu膜中のマイクロボイド形成の要因として、Cu膜中に含まれる不純物(酸素あるいは酸化物)に着目し、実験的検討を行った。スパッタリング法を用いてSi基板上にCu/CuO/Cu積層膜試料を作製し、Ar雰囲気または窒素/水素混合ガス雰囲気で熱処理を施した場合、還元雰囲気下での熱処理を施した時のみCuO層が消滅しボイドが形成された。これは、バルク材における水素脆性と同様に、熱処理雰囲気中の水素が試料中に拡散し、CuO層を還元することにより発生したH_2Oがボイドを形成したものと考えられる。スパッタCu膜形成後、大気暴露して自然酸化膜を形成させた後再びCu膜を形成して作製したCu/CuO/Cu積層試料を還元ガス下で熱処理した場合にも、直径10nm程度のマイクロボイドが形成されることがTEM観察から明らかとなった。現行のCu配線材は、スパッタCu膜上に電解めっき法によりCuを成膜しているため,スパッタCu膜/めっきCu界面やめっきCu膜内に自然酸化膜や有機系添加剤が混入している可能性が高い。本研究の結果は、Cu配線材に特有のマイクロボイドが、これらの不純物により「熱歪みの有無に関わらず」形成され得ることを示唆している。
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