| 研究課題/領域番号 |
17K06339
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| 研究機関 | 茨城大学 |
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研究代表者 |
山内 智 茨城大学, 工学部, 教授 (30292478)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | 銅配線 / 銅の化学気相堆積 / 銅薄膜の選択形成 / ヨウ化銅原料 |
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| 研究実績の概要 |
本研究課題では、ヨウ化銅（CuI）を原料とした低圧化学気相堆積法を用いて導体上へのCu 薄膜の選択成長プロセスを実現し、ULSI での簡易な配線技術の確立を目指すことを目的とし平成２９年度は以下の研究を行った。
実施計画①Cu 堆積速度の高速化：原料粉末をペレット状に加工し、面供給型での原料気化に変更することで、より低温での原料供給を行い、かつ、堆積表面への原料供給速度を増加させることでCu 堆積速度の高速化を試みた。その結果、これまで3 nm/min程度に留まっていたCuの堆積速度を[111]配向を維持したままで120 nm/min程度まで大幅に増加することに成功した。また、この原料供給源の改良により、Cuの成長核密度の増加を実現でき、抵抗率がバルクと同等のCu薄膜の形成を実現できた。
実施計画②パターン形状へのCu 堆積：上記①での研究を遂行する過程で下地が導体でもその材質によりCu形成温度が異なることが見出された。その結果、当初下地バリアメタルとして考えていたTiNに比べてRuが形成温度の低温化に非常に有利であることが明らかとなり、ウェハパターン設計の変更を行う必要が発生したため、実際のCu堆積はH30年度に実施することに変更した。
実施計画③分子軌道計算による選択成長機構の解明：GaussianパッケージでのDFT計算によりCuI三量体がRu上とCu上に近接した際の構造と系のエネルギー計算を行い、分解過程のモデルの概要を明らかにした。更に、気相中でのCuI三量体と添加ガスとの相互作用による構造変化を計算し、より低温でのCu堆積に有効な添加ガス種の見当がついた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
実施計画①Cu 堆積速度の高速化については、当初の目標である100 nm/minの堆積速度を超える結果が得られており、また、バルク抵抗率に匹敵する低抵抗Cu薄膜が得られていることから、当初の計画以上の成果が得られていると考えられる。
実施計画③分子軌道計算による選択成長機構の解明についても、DFTによる構造最適化後に得られるエネルギーが実験結果と非常に良い一致を示し、原料分解過程のモデルが妥当であることを示しつつあり、更に、所望のガスを添加することでより低温でのCu堆積が示唆できていることから、当初の計画以上の成果が得られていると考えられる。
実施計画②パターン形状へのCu堆積については、より低温でのCu形成を行うために、当初計画していた下地バリアメタルのTiNからRuに変更する必要が生じたことから当初の計画より若干の遅れを生じている。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成３０年度はの実施計画は、②パターン形状へのCu堆積と、③分子軌道計算による選択成長機構の解明からなる。
特に、パターン形状へのCu堆積については、現在までの進捗状況に記載の理由により実施に遅れが生じていることから、特に注力して実施する。また、同時に形成したCu薄膜および下地との界面の組成分析と構造分析を実施する。
分子軌道計算による選択成長機構の解明については、より精度の高いモデルの構築を行うのと共に、平成２９年度の結果で得られたより低温でのCu堆積を実現し得るガスを添加し、実験的検証を行う。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
実施計画の「パターン形状へのCu 堆積」に関する平成２９年度の実施結果から、当初予定していた下地バリアメタルのTiNからRuへの変更をする必要が生じたため、この内容を実施するためにパターン付きウェハの購入を平成３０年度に持ち越したため。
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