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Investigation of fundamental properties of intermetallic compounds for novel interconnection materials

新型互连材料金属间化合物基本性质的研究

基本信息

批准号：
21H04605
负责人：
小池淳一
金额：
$ 25.96万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-05 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

金属間化合物をLSI多層配線へ応用することを想定して、SiO2絶縁層とNiAl、CuAl2、Cu2Mg薄膜との界面反応を調査した。真空雰囲気において400℃、30分の熱処理を行い、断面TEM観察を実施した。その結果、Alを含むNiAlとCuAl2においては界面に2nm以下の厚さを有するAl酸化物層が形成されていた。一方で、Cu2Mg薄膜の場合は、MgがSiO2を還元してSiO2層内部にMgOの微粒子からなる反応層を形成した。Al酸化物層は2nm以下で成長が止まり、相互拡散を防止する役割を担っていたが、MgOの場合は継続的に成長することが明らかになった。このことは、400℃程度の低温における酸化物形成機構が電界促進成長によるものであり、Al酸化物層に形成される電界強度がMgOに比べて非常に弱いことと一致した。BTS試験の結果は、界面反応層の形成状況と一致し、NiAl、CuAl2が長寿命であり、Cu2Mgは早期の特性劣化が観察された。電気抵抗率の膜厚依存性を測定すると、NiAlとCuAl2は膜厚が5nmになると抵抗率が50μΩ-㎝まで上昇するが、CU2Mgは20μΩ-cmに留まっており、界面反応の進行を抑制することができればCu2Mgは非常に有望な材料であることが判明した。得られた抵抗率の膜厚依存性を表面・界面散乱と粒界散乱のモデルから解析したところ、表面・界面は弾性的散乱に近く、粒界散乱は殆ど生じていないことが示唆された。Cu2Mgが特殊な表面・界面および粒界構造を有することが考えられ、Cu2Mgのバルク構造であるC15Laves相の構造的特徴との関連性を解明することで他のLaves相材料への展開が期待できる。

Intermetallic compound LSI multilayer wiring system for the determination of SiO2 insulating layer and NiAl, CuAl2, Cu2Mg thin film interface reaction investigation Vacuum heat treatment at 400 ℃ for 30 minutes, TEM observation of cross section As a result, an Al oxide layer with a thickness of less than 2 nm was formed at the interface between Al and NiAl and CuAl2. In the case of Cu2Mg thin films, MgO particles are formed inside the SiO2 layer. The growth of Al oxide layer below 2 nm can be prevented by mutual dispersion, and the growth of MgO can be prevented by mutual dispersion. At low temperatures of about 400 ℃, the mechanism for the formation of an acid layer is the same as that for the formation of an Al acid layer, which is much weaker than MgO. BTS test results show that the formation of interfacial reflection layer is consistent, NiAl and CuAl2 have long life, and Cu2Mg has early characteristic degradation. When the film thickness dependence of the electrical resistivity was measured, it was found that the resistivity of NiAl and CuAl2 increased to 50 μ Ω-cm for a film thickness of 5 nm, and Cu2Mg remained at 20 μ Ω-cm to suppress the progress of interfacial reaction, which makes Cu2Mg a very promising material. The film thickness dependence of the resistivity is obtained. The surface and interface are scattered. The grain boundary is scattered. The surface and interface are scattered. The grain boundary is scattered. Cu2Mg has special surface, interface and grain boundary structure, and its structural characteristics and correlation with C15 Laves phase are discussed.