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2010 年度 実績報告書

極限高純度めっきプロセスによるCu配線ナノ構造制御と次世代ナノLSIへの展開

研究課題

研究課題/領域番号 20226014
研究機関茨城大学

研究代表者

大貫 仁  茨城大学, 工学部, 教授 (70315612)

研究分担者 一色 実  東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (20111247)
篠嶋 妥  茨城大学, 工学部, 教授 (80187137)
田代 優  茨城大学, 工学部, 講師 (90272111)
石川 信博  茨城大学, 物質・材料研究機構, 主任研究員 (00370312)
稲見 隆  茨城大学, 工学部, 准教授 (20091853)
キーワードLSI / Cu配線 / 分子動力学シミュレーション / TEG / Cuの高純度化 / 添加剤フリーめっき / 微量不純物 / 微細構造
研究概要

1)28~40nmレベルTEG構造の見直しおよび再設計ならびに作製
TEGの見直しおよび再設計を行い、作製した。
2)超高純度めっき材料の開発
昨年度までに多段カラム陰イオン交換精製法によるCuの精製効果について明らかにした。本年度は、精製効率を更に向上させるために、より微量である金属イオンの陰イオン交換樹脂への吸着挙動について調査を行った。
3)均一・粗大粒一層Cu配線材料・プロセス技術の開発
50nm配線溝中への添加剤フリーめっきによる埋め込み性をアスペクト比の関数としてめっき流体シミュレーションを行った結果、完全埋め込みのためには、アスペクト比を3.0以下(実用LSIのアスペクト比は2.0~3.0)以下にする必要があることが分かった。今後は、最適アスペクト比のTEGを用い、ノズルジエット型アノード(噴流)を利用した微細溝中への添加剤フリーCu埋め込み技術あるいは不純物の極めて少ない添加剤を使用した添加剤レスめっきによる微細溝へのCuめっき膜の埋め込み技術の開発を早急に行い、40~50nm幅の溝中への添加剤フリーあるいは添加剤レスの埋め込み技術を確立し、均一・粗大粒一層Cu配線材料・プロセス技術の開発を行う。
4)Cu配線の微量不純物分析・ナノ構造評価
配線幅が数十nmの配線の抵抗を決める因子を特定するため、このサイズの配線内部構造の深さ方向依存性の原子レベルでの解析を、透過型電子顕微鏡(TEM)を使った格子像の観察により行なった。その結果、高純度めっきで作製したCu配線ほど、また溝底部に近いところほど結晶方位が揃っていることを確認した。これは不純物が粒界偏析を起こし、これが粒界での欠陥形成の核となって各結晶粒の配向性を乱し、抵抗率の上昇を招く間接的な証拠と考えられる。
5)Cu配線評価技術
分子動力学および第一原理計算により、低抵抗率新バリア材料を探索するための指導原理について検討した。今後は、指導原理に基づき低抵抗率バリア材の探索を行う。また、GDMSを用いて、添加剤有りおよび無しでめっきしたCu膜の微量不純物元素の定量分析を行い、後者の不純物が前者のそれに比べかなり低いことが分かった。今後は結晶粒界の不純物の解析を、収差補正型電子顕微鏡を用いて行う。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2011 2010

すべて 雑誌論文 (9件) (うち査読あり 9件) 学会発表 (1件) 産業財産権 (4件)

  • [雑誌論文] Texture and Grain Size Investigation in the Copper Plated Through-Siliconvia for Three Dimensional Chip Stacking Using Electron Backscattering Diffraction2011

    • 著者名/発表者名
      H.Kadota, R.Kanno, M.Itou, J.Onuki
    • 雑誌名

      Electrochemical and Solid-State Letters

      巻: 14 ページ: D48-D51

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Development of a Nondestructive Method Utilizing X-ray Diffraction for the Evaluation of Grain Size Distributions of Cu Interconnects2011

    • 著者名/発表者名
      T.Inami, J.Onuki, M.Isshiki
    • 雑誌名

      Electrochemical and Solid-State Letters

      巻: 14 ページ: H208-H211

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 超微細Cu配線の微細構造と抵抗率に及ぼす硫酸銅純度の影響2011

    • 著者名/発表者名
      田代優、K, P.Khoo、大貫仁
    • 雑誌名

      日本金属学会誌

      巻: 75 ページ: 223-228

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 高純度めっき材料を用いた低抵抗率Cu配線形成プロセスの8インチウエハによる検証2011

    • 著者名/発表者名
      田代優, 門田裕行, 伊藤雅彦, 打越雅仁, 三村耕司, 一色実, 大貫仁
    • 雑誌名

      日本金属学会誌

      巻: 75(掲載決定)

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of the Purity of Plating Materials on the Reduction of Resitivity of Cu Wires for Future LSIs2010

    • 著者名/発表者名
      J.Onuki, S.Tashiro, K.P.Khoo, N.Ishikawa, Y.Chonan, T.Kimura, H.Akahoshi
    • 雑誌名

      J.Electrochem.Soc.

      巻: 157 ページ: H857-H862

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Grain coarsening mechanism of Cu thin films by rapid annealing2010

    • 著者名/発表者名
      Y.Sasajima, J.Kageyama, K.P.Khoo, J Onuki
    • 雑誌名

      Thin Solid Films

      巻: 518 ページ: 6883-6890

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Impact of High Heating Rate, Low Temperature and Short Time Annealing on the Realization of Low Resistivity Cu Wire2010

    • 著者名/発表者名
      J.Onuki, K.Tamahashi, T.Namekawa, Y.Sasa jima
    • 雑誌名

      Materials Transaction

      巻: 51 ページ: 1715-1717

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Reduction in resistivity of 50nm wide Cu wire by high heating rate andshort time annealing utilizing misorientation energy2010

    • 著者名/発表者名
      J.Onuki, K.P.Khoo, Y.SasajimaY.Chonan, T.Kimura
    • 雑誌名

      J.Appl.Phys.

      巻: 108 ページ: 044302 1-044302 7

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Purification of CuC12 by anion-exchange separation using multi-column method2010

    • 著者名/発表者名
      M.Uchikoshi, Y.Yamada, Y.Baba, J.Onuki, K.Mimura, M.Isshiki
    • 雑誌名

      High Temperature Materials and Processes

      巻: 29 ページ: 469-481

    • 査読あり
  • [学会発表] ナノ構造制御による次世代LSI用低抵抗率Cu配線の形成2010

    • 著者名/発表者名
      大貫仁
    • 学会等名
      日本金属学会2010秋期大会
    • 発表場所
      北海道大学(基調講演)
    • 年月日
      2010-09-26
  • [産業財産権] 金属層の結晶粒径及び粒径分布評価方法並びにそれを用いた半導体集積回路装置の製造方法2011

    • 発明者名
      稲見隆、大貫仁
    • 権利者名
      国立大学法人茨城大学
    • 産業財産権番号
      特許,特願2011-22414
    • 出願年月日
      2011-02-04
  • [産業財産権] 半導体集積回路装置用バリア材の探索方法2011

    • 発明者名
      篠嶋妥、大貫仁、永野隆敏、玉橋邦裕
    • 権利者名
      国立大学法人茨城大学
    • 産業財産権番号
      特許、特願2011-30514
    • 出願年月日
      2011-02-16
  • [産業財産権] 半導体集積回路装置用ルテニウムバリア膜とその作成方法及び該ルテニウムバリア膜を有する半導体集積回路装置とその製2011

    • 発明者名
      永野隆敏、大貫仁、篠嶋妥、玉橋邦裕
    • 権利者名
      国立大学法人茨城大学
    • 産業財産権番号
      特許、特願2011-33019
    • 出願年月日
      2011-02-18
  • [産業財産権] 半導体装置、半導体装置用基板および該基板の製造方法2011

    • 発明者名
      門田裕行、菅野龍一、佐藤明、大貫仁
    • 権利者名
      日立協和エンジニア(株)、国立大学法人茨城大学
    • 産業財産権番号
      特許、特願2011-67619
    • 出願年月日
      2011-03-25

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公開日: 2012-07-19  

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