次世代銅配線における極薄窒化合金バリヤに関する基礎的検討

下一代铜布线中超薄氮化物合金阻挡层的基础研究

• 批准号: 09750339
• 负责人: 武山 真弓
• 金额: $ 1.54万
• 依托单位: Kitami Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1997
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1997 至 1998
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-09750339/
• 关键词: 銅配線; 金属・半導体コンタクト; 拡散バリヤ; 窒化物; 熱的安定性; 置換型合金; 金属半導体コンタクト

近年、高速デバイスを実現し得る配線材料として多くの期待を集めているCu薄膜の拡散バリヤには、高温までCuの拡散を抑制し、かつ半導体デバイスの高集積化に伴う素子の微細化のために、拡散バリヤを極薄化でき、更にバリヤ材料自身が低抵抗であることが切望されている。そこで本研究では、Cuの拡散を効果的に抑制する拡散バリヤの候補として、TiNとZrNを組み合わせたTiZrN合金の適用を検討した。TiZrN合金の構成要素であるTiN及びZrNは低抵抗な窒化物であり、これらを合金化した場合にはどちらもNaCl構造であることから、TiあるいはZrがその格子点を置換する形で合金を形成する置換型合金であることが知られている。申請者はこのような置換型合金の場合、従来の3元合金系に比べ抵抗率の増加を極力抑制でき、かつバリヤを合金化することでバリヤ自身の安定性が高められるものと考えた。さらに、バリヤの構造に着目し、アモルファスに極めて近い微結晶状態の構造とすることで、バリヤの結晶粒界を介して生じるCuの速い拡散を効果的に抑制できるものと考え、Cu/TiZrN/Siコンタクト系の熱的安定性を詳細に検討した。その結果、TiZrN合金バリヤはその抵抗率が1000Aで約90μΩcmとその抵抗率が3元合金としては極めて低く、かつその構造は、結晶粒径が50〜80A程度の微結晶状態であることがわかった。さらに、このバリヤを用いたCu/TiZrN/Siコンタクト系の熱的安定性は、バリヤ膜厚を200Aと薄くした場合においても700℃程度までCUとSiとの拡散・反応を抑制し、安定なコンタクトを実現できることが明らかとなった。このことから本研究で用いたTiZrN膜は、従来から切望されていた極薄化した場合においても高温まで安定なコンタクトを実現できる優れたバリヤであることが実証された(2編の論文として投稿準備中)。今後は、組み合わせる材料を変化させたTiVN膜等についても同様の検討を行い(投稿準備中)、置換型合金バリヤの有用性により一般性を見出すことを目的として検討を行う予定である。

In recent years, high-speed high-speed equipment has achieved high-speed distribution materials, such as Cu thin film dispersion, high-temperature Cu dispersion suppression, semi-bulk dispersion suppression, high concentration activation, microminiaturization, thinning, and low resistance of the material itself. The results of this study, the Cu dispersion test, the TiN ZrN test and the TiZrN alloy test were used in this study. TiZrN alloy "elements", "TiN" and "ZrN" low resistance, "asphyxiation", "alloying", "NaCl", "lattice", "lattice", "lattice" and "shape" alloy are formed to form a "set" type alloy. The three-yuan alloy system is better than the resistance ratio, the resistance ratio, the strength inhibition factor, the alloying temperature and the stability of the alloy. In order to improve the stability of the microcrystal, the microcrystal, the Cu and the stability of the grain boundary are studied in this paper. The results show that the resistance rate of TiZrN alloy is about 90 μ Ω

项目成果

武山 真弓、野矢 厚: "Cu/Siコンタクトにおける置換型TiZrN合金膜の拡散バリヤ効果" 第46回応用物理学関係連合講演会. 29p-ZQ-8. (1999)

Mayumi Takeyama，Atsushi Noya：“Cu/Si 接触中取代的 TiZrN 合金膜的扩散势垒效应”第 46 届应用物理协会会议（1999 年）。

斎藤 司 他2名: "Cu/V-N/Siコンタクト系におけるV-N拡散バリヤの評価" 電気関係学会北海道支部大会. (1998)

Tsukasa Saito 等 2 人：“Cu/V-N/Si 接触系统中 V-N 扩散势垒的评估”日本电气工程师学会北海道分会会议（1998 年）。

武山 真弓、野矢 厚: "Cu/Si系における極薄ZrN膜の拡散バリヤ効果" 電子情報通信学会電子部品材料研究会技術研究報告. CPM97-123. 47-52 (1997)

Mayumi Takeyama、Atsushi Noya：“Cu/Si 体系中超薄 ZrN 薄膜的扩散势垒效应”电子、信息和通信工程师研究所电子元件材料研究小组的技术研究报告 CPM97-123 (1997)。

武山 真弓、野矢 厚: "Cu/Siコンタクト系におけるTi-Zr-N拡散バリヤの適用" 電子情報通信学会電子部品材料研究会技術研究報告. CPM98-120. 47-52 (1998)

Mayumi Takeyama、Atsushi Noya：“Ti-Zr-N扩散势垒在Cu/Si接触系统中的应用”电子、信息和通信工程师研究所电子元件材料研究组的技术研究报告CPM98-52。 (1998)

武山 真弓、他2名: "低温作製された極薄ZrN膜のCu-Si間の拡散バリヤ効果" 第45回応用物理学関係連合講演会. (1998)

Mayumi Takeyama 等 2 人：“低温制备的超薄 ZrN 薄膜中 Cu 和 Si 之间的扩散势垒效应”第 45 届应用物理协会讲座（1998 年）。