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次世代ロジック半導体における配線の熱マネジメント技術の基盤構築を目的とし、配線材料/層間絶縁膜の界面熱抵抗を周波数領域サーモリフレクタンス法で測定した。様々な界面解析を通じて界面熱抵抗の決定要因を明らかにした。
現在主流である銅配線でなく、次世代配線材料として期待されるRuについて研究を行ってきた。Si基板上にスパッタで様々な配線金属/中間層/層間絶縁膜の積層構造を作製した。Ruは配線金属として使用し、SiO2は層間絶縁膜として使用した。配線金属と層間絶縁膜の密着性を向上させるために、Ti、Ta、TiN、TaNは中間層として挿入した。また、スパッタガスAr/N2の流量比を変えて、TiN、TaN中間層における窒素の含有量を調整した。測定結果から、金属よりも窒化物中間層の方が界面熱抵抗を低減する効果が高いことが分かった。硬X線光電子分光分析により、中間層TaN中の窒素の含有量の増加に伴い、Ta3dやTa4fのピーク位置が高エネルギー側に移動し、そのシフト量が界面熱抵抗と比例することが分かった。
最終年度では、配線材料とlow-k層間絶縁膜の界面熱抵抗について研究を行ってきた。Si基板上にスピンコーティングでメチルシロキサン系有機SOGを塗布し、様々なCu/Ta/TaN/SOGの積層構造を作製した。Cuは配線金属として使用し、Ta/TaNはライナー層/バリア層として使用した。メチル基含有率がそれぞれ１５％と１０％の２種類のSOGをlow-k層間絶縁膜として使用した。測定結果から、高メチル基含有量を有するSOG膜の界面熱抵抗は低メチル基含有量を有するSOG膜よりも高い、熱処理によりSOG膜の界面熱抵抗が増加することが分かった。フーリエ変換赤外分光法や接触角測定の界面分析により、疎水性のメチル基や親水性のヒドロキシル基とシラノール基が界面熱抵抗に大きな影響を与えることを明らかにした。
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