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2013 年度 実績報告書

低抵抗・高信頼性Cu合金配線/電極形成プロセス低温化のための革新的合金元素の探索

研究課題

研究課題/領域番号 24360307
研究機関大阪大学

研究代表者

伊藤 和博  大阪大学, 接合科学研究所, 教授 (60303856)

研究分担者 小濱 和之  大阪大学, 接合科学研究所, 研究員 (00710287)
研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2015-03-31
キーワードCu配線 / Cu合金膜 / マグネシウム / チタン / 密着性 / 抵抗率 / 接触抵抗 / ITO
研究概要

Cu(Mg)合金膜と熱処理を用いて、200℃~300℃の温度範囲と30分程度の短時間で、低抵抗・高密着なCu合金膜がガラス基板上に作製できるか検討した。250℃熱処理では、300℃熱処理と同程度の密着性が得られたが、225℃以下の熱処理では蒸着まま膜の密着性と変化なかった。250℃、30分熱処理後の界面では、300℃、30分と異なりMgOは形成せず、Mgの偏析によるMgの濃化が観察された。225℃、30分でも同様に界面でMgの偏析・濃化が見られるが、Mgの濃化量は250℃のほうが顕著に多く、MgOが形成しない場合、界面での密着性はMg偏析量に依存することを明らかにした。合金膜の抵抗率は、MgOが形成すると熱処理時間の増加に伴い減少し、3時間で2.7μΩcm程度まで低減した(300℃)。一方、MgOが形成しないと1時間程度で2.9μΩcmとなり、その後熱処理時間を増やしても低減は見られなかった(200℃、250℃)。
Cu(M)/ITO界面の接触抵抗について、まずCu(Ti)/ITOについて検討した。300℃以上の熱処理によりデバイスの要求値(4.0×10-4Ωcm2)以下になり、400℃熱処理では5.4×10-5Ωcm2まで一桁低減できることを明らかにした。Cu(Ti)/ITO界面にはTiO2を主成分とするアモルファスTi基酸化物層が形成し、その層厚は熱処理温度の増加に伴い増加した。各構成層の仕事関数・電子親和力を実験的に測定しバンド図を作成すると、Cu(Ti)/TiOxとTiOx/ITO両界面でのバリア障壁は高く、アモルファスTi基酸化物層の伝導性がCu(Ti)やITO膜と同様に高いことが低接触抵抗の起源と考えられる。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

低抵抗・高密着なCu合金膜をガラス基板上に作製するために、Cu(Mg)合金膜を用いて250℃、30分まで低温化・短時間化できることを実証した。SIMSとTEM/EDSの観察結果より300℃、30分と異なり、MgO形成でなくMgの偏析・濃化により密着性が向上し、合金膜中のMg濃度も低減できることを明らかにした。Cu(M)/ITO界面の接触抵抗についても、まずCu(Ti)/ITOについて300℃以上でデバイスの要求値以下になり、400℃熱処理ではもう一桁低減できることを明らかにした。その機構を構成膜の種々の物性値測定により物理的に明らかにした。

今後の研究の推進方策

最近の液晶などでは、駆動用薄膜トランジスタとしてSiに替わりIGZOを用いている。しかし、一般的な金属を電極・配線としてIGZOと接合すると界面に絶縁性酸化物が形成され、接触抵抗が高くなる問題を抱えている。そこで、これまでの成果を発展させ、ITO/Cu(M)/IGZOなる構造と熱処理により低抵抗配線と低接触抵抗の電極を一度に形成するプロセス開発とその特徴が得られる機構を明らかにすることを目的とする。

次年度の研究費の使用計画

昨年度の目標を達成するために予算措置していた依頼分析費を消費せずに目標達成できたので、経費を節約できた。
今後の推進方策に示す更なる研究発展のため有効であるSIMSやTEM/EDSなどの依頼分析が必要であるため、最終年度の依頼分析費が枯渇しないように、基金の残額を有効に利用することとした。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2014 2013

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (7件) (うち招待講演 3件)

  • [雑誌論文] Low-Temperature Synthesis of High-Adhesion Cu(Mg) Alloy Films on Glass Substrates2014

    • 著者名/発表者名
      Kazuhiro Ito
    • 雑誌名

      Journal of Electrnic Materials

      巻: - ページ: -

    • DOI

      -

    • 査読あり
  • [学会発表] Low-temperature synthesis of Cu interconnects on glass using Cu(Mg) alloy films2014

    • 著者名/発表者名
      Kazuyuki Kohama
    • 学会等名
      TMS2014 Annual Meeting & Exhibition
    • 発表場所
      San Diego Convention Center (California, USA)
    • 年月日
      20140216-20140220
  • [学会発表] Synthesis of low contact-resistance Cu(Ti)/ITO junctions2014

    • 著者名/発表者名
      Kazuhiro Ito
    • 学会等名
      TMS2014 Annual Meeting & Exhibition
    • 発表場所
      San Diego Convention Center (California, USA)
    • 年月日
      20140216-20140220
  • [学会発表] Cu-interconnect synthesis on glass using Cu(Mg) alloy2013

    • 著者名/発表者名
      Kazuyuki Kohama
    • 学会等名
      International Symposium on Interfacial Joining and Surface Technology
    • 発表場所
      大阪大学銀杏会館 (大阪府)
    • 年月日
      20131128-20131130
  • [学会発表] 電子デバイス用Cu配線におけるCu合金膜を用いた複数機能一体形成2013

    • 著者名/発表者名
      伊藤和博
    • 学会等名
      京都大学工学研究科附属量子理工学教育研究センター 第14回公開シンポジウム(招待講演)
    • 発表場所
      量子理工学教育研究センター(京都府)
    • 年月日
      20131018-20131018
    • 招待講演
  • [学会発表] 子デバイスへのCu配線形成のための金属材料学的アプローチ2013

    • 著者名/発表者名
      伊藤和博
    • 学会等名
      日本金属学会 第1回エレクトロニクス薄膜材料研究会(招待講演)
    • 発表場所
      大阪大学中ノ島センター(大阪府)
    • 年月日
      20130920-20130920
    • 招待講演
  • [学会発表] ガラス基板上への高密着Cu膜の低温接合2013

    • 著者名/発表者名
      小濱和之
    • 学会等名
      溶接学会 平成25年度秋季全国大会
    • 発表場所
      岡山理科大学 (岡山県)
    • 年月日
      20130902-20130904
  • [学会発表] Integration of various functions using Ti as an alloy element for Cu interconnects in electronic devices2013

    • 著者名/発表者名
      Kazuhiro Ito
    • 学会等名
      韓国金属材料学会2013春期大会(招待講演)
    • 発表場所
      済州島 (韓国)
    • 年月日
      20130425-20130426
    • 招待講演

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公開日: 2015-05-28  

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