2001 Fiscal Year Annual Research Report

極微細集積回路における置換型窒化物合金を用いた銅配線極薄バリヤの実現

Research Project

Project/Area Number	12750255
Research Institution	Kitami Institute of Technology
Principal Investigator	武山真弓北見工業大学, 工学部, 助教授 (80236512)
Keywords	ULSI / 銅配線 / メタライゼーション / 拡散バリヤ / 窒化物 / 合金 / 熱的安定性 / ナノクリスタル
Research Abstract	Si-ULSIにおいて,将来的に0.1μm世代のCu配線を実現するためには拡散バリヤには極薄でもCuの拡散を高温まで抑制し,かつそれ自身低抵抗な材料が切望されている。そこで本研究では,昨年度バリヤ自身の構造がバリヤ特性を向上させ得る要件となるとの知見を得たことを踏まえ,バリヤの構造と極薄化という観点で検討した。まず,合金バリヤの構成要素のZrNをナノクリスタル膜とすることで,20nmでも十分に高安定なコンタクトを実現した(Appl. Surf. Sci.印刷中)。一方,ナノクリスタルVN膜のバリヤ特性をSi及びSiO_2上で検討した結果,ナノVNバリヤは5nmまで極薄化しても均一な連続膜であり,熱処理後に構造変化することなく,700℃程度の高温まで系を安定に保持出来ることを実証した(2002年国際会議で発表予定)。このバリヤ膜厚で高安定な系が得られたのは,国内外を通して初めてのことである。更にこれらのバリヤは低抵抗で同じNaCl構造を持つことから,これらを置換型合金とすることで,合金化による抵抗率の増加を抑制しつつ,バリヤ自身の安定性を高めることを目的として検討を行った。VN及びZrNを合金化した結果,抵抗率が90μΩcm程度と合金バリヤとしては十分に低くすることができたが,組成によらずZrNが優先的に得られ,熱処理過程で置換型合金となることがわかった。一方,TiNとZrNを組み合わせたTiZrN合金膜は組成によらず置換型合金となり,その構造は十分にナノクリスタル状態の膜が得られ,バリヤの粒界を通して起こるCuの拡散を効果的に抑制できる優れたバリヤ特性を有することが明らかとなった。したがって,本研究結果からバリヤをナノクリスタル膜として作製することによってその結晶粒サイズと同程度までバリヤの膜厚を薄くすることが可能となり,更にこの膜が熱処理過程で構造変化しないことが優れたバリヤ特性を引き出す要件であること,加えて同じ結晶構造を有するこのようなバリヤ同士を合金化することで低抵抗でかつ高安定なバリヤを得ることが可能であることを実験的に実証し,極めて有用な結果が得られることを見出した。

Research Products
(9 results)

All Other

All Publications (9 results)

[Publications] 武山真弓他 3名: "高信頼Cu配線のための微結晶ZrNバリヤの適用"電子情報通信学会技術研究報告. ED2001-45. 7-12 (2001)
[Publications] M.B.Takeyama et al.: "Application of fine-grained ZrN barrier at Cu/Si contact interface"8th. International Conference on the Formation of Semiconductor Interfaces. ICFSI-8,ThP-20. 234 (2001)
[Publications] 武山真弓他 3名: "Cu/SiコンタクトにおけるZrNバリヤの構造がバリヤ特性に及ぼす影響"電子情報通信学会技術研究報告. CPM2001-105. 79-84 (2001)
[Publications] 藤田, 武山, 野矢: "ZrVNバリアのキャラクタリゼーションとCu/Siコンタクトへの適用"第37回応用物理学会北海道支部/第7回レーザー学会東北・北海道支部合同学術講演会. B-9. 38 (2002)
[Publications] 武山真弓他 3名: "Cu配線への極薄ナノクリスタルVNバリヤの適用"第49回応用物理学関係連合講演会講演予稿集. 28P-F-8. (2002)
[Publications] 糸井, 武山, 他3名: "Cu/VN/SiO_2/Si系におけるVN極薄バリヤの組織変化"第49回応用物理学関係連合講演会講演予稿集. 28P-F-9. (2002)
[Publications] M.B.Takeyama et al.: "High performance of thin nano-crystalline ZrN diffusion barriers in Cu/Si contact system"Applied Surface Science. 190/1-4. 441-445 (2002)
[Publications] 村上, 武山, 野矢: "Cu/VN/Siコンタクトの熱的安定性とVNバリヤの構造変化"2002年電子情報通信学会総合大会. C-6-4. (2002)
[Publications] 糸井, 武山, 他3名: "Cu/SiO_2間におけるナノ結晶VN拡散バリヤの熱的安定性"日本金属学会2002春季大会. (2002)

2001 Fiscal Year Annual Research Report

極微細集積回路における置換型窒化物合金を用いた銅配線極薄バリヤの実現

Principal Investigator

武山 真弓 北見工業大学, 工学部, 助教授 (80236512)

Research Products

[Publications] 武山真弓 他 3名: "高信頼Cu配線のための微結晶ZrNバリヤの適用"電子情報通信学会技術研究報告. ED2001-45. 7-12 (2001)

[Publications] M.B.Takeyama et al.: "Application of fine-grained ZrN barrier at Cu/Si contact interface"8th. International Conference on the Formation of Semiconductor Interfaces. ICFSI-8,ThP-20. 234 (2001)

[Publications] 武山真弓 他 3名: "Cu/SiコンタクトにおけるZrNバリヤの構造がバリヤ特性に及ぼす影響"電子情報通信学会技術研究報告. CPM2001-105. 79-84 (2001)

[Publications] 藤田, 武山, 野矢: "ZrVNバリアのキャラクタリゼーションとCu/Siコンタクトへの適用"第37回応用物理学会北海道支部/第7回レーザー学会東北・北海道支部合同学術講演会. B-9. 38 (2002)

[Publications] 武山真弓 他 3名: "Cu配線への極薄ナノクリスタルVNバリヤの適用"第49回応用物理学関係連合講演会 講演予稿集. 28P-F-8. (2002)

[Publications] 糸井, 武山, 他3名: "Cu/VN/SiO_2/Si系におけるVN極薄バリヤの組織変化"第49回応用物理学関係連合講演会 講演予稿集. 28P-F-9. (2002)

[Publications] M.B.Takeyama et al.: "High performance of thin nano-crystalline ZrN diffusion barriers in Cu/Si contact system"Applied Surface Science. 190/1-4. 441-445 (2002)

[Publications] 村上, 武山, 野矢: "Cu/VN/Siコンタクトの熱的安定性とVNバリヤの構造変化"2002年電子情報通信学会総合大会. C-6-4. (2002)

[Publications] 糸井, 武山, 他3名: "Cu/SiO_2間におけるナノ結晶VN拡散バリヤの熱的安定性"日本金属学会2002春季大会. (2002)

武山真弓北見工業大学, 工学部, 助教授 (80236512)

[Publications] 武山真弓他 3名: "高信頼Cu配線のための微結晶ZrNバリヤの適用"電子情報通信学会技術研究報告. ED2001-45. 7-12 (2001)

[Publications] 武山真弓他 3名: "Cu/SiコンタクトにおけるZrNバリヤの構造がバリヤ特性に及ぼす影響"電子情報通信学会技術研究報告. CPM2001-105. 79-84 (2001)

[Publications] 武山真弓他 3名: "Cu配線への極薄ナノクリスタルVNバリヤの適用"第49回応用物理学関係連合講演会講演予稿集. 28P-F-8. (2002)

[Publications] 糸井, 武山, 他3名: "Cu/VN/SiO_2/Si系におけるVN極薄バリヤの組織変化"第49回応用物理学関係連合講演会講演予稿集. 28P-F-9. (2002)