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金属系電子配線のEM過程の基礎的理解を目指して

旨在基本了解金属电子布线的 EM 过程

基本信息

批准号：
12875115
负责人：
水林博
金额：
$ 1.41万
依托单位：
University of Tsukuba
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2000
资助国家：
日本
起止时间：
2000 至 2002
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-12875115/
关键词：
電子材料金属配線薄膜 EM効果界面粒界結晶粒成長

项目摘要

Si振動リード基板上に成膜した試料に通電し、通電中における電気抵抗、内部摩擦、弾性率の経時変化、通電前後のX線回折、SEM、STM観察を行った。また、ナノ組織材料の物性を調べ以下の結果を得た。(1)Al-Si(Cu)配線(スパッタ成膜、膜厚50nm、線幅1mm):Si基板に直接成膜した試料に10^<11>A/m^2の高電流密度通電すると、基板温度が室温でボイド、ヒロック、あるいはデンドライトが発生し、nm域の薄膜では原子の移動度が極めて大きいことを示唆する。熱酸化によりSiO_2膜を形成したSi振動リード基板上に成膜した試料に室温で10^9〜10^<10>A/m^2の通電直流電流を通じると、電気抵抗低下、内部摩擦増大、弾性率上昇が起きる。電気抵抗低下現象から求めた活性化エネルギーは0.35eVであり、結晶成長が起きる。金ナノ結晶で観測される結晶粒界層における集団的原子運動と推定される現象の活性化エネルギーに近い。結晶成長から期待できるのは電気抵抗低下、内部摩擦低下、弾性率上昇であり、内部摩擦増大の原因は不明である。(2)Cu/Ta/Si配線(スパッタ成膜、Cu膜厚50nmあるいは120nm、線幅1mm):Taバリア膜を形成したSi振動リード基板上に成膜した試料に室温で10^9〜10^<10>A/m^2の通電直流電流を通じると、電気抵抗低下、内部摩擦低下、弾性率上昇、結晶粒成長が起きる。この現象は120nm Cu膜で明瞭に観測されるが、50nm Cu膜では変化の程度がかなり小さい。弾性率の膜厚依存性からは、結晶粒界層での擬弾性過程は50nm Cu膜の方が大きいことを示唆しており、EM効果と逆である。EM耐性は120nm Cu膜より50nm Cu膜が高い可能性があり、興味深い現象が見いだされた。

Si vibration film formation on the substrate during energization, electrical resistance during energization, internal friction, time change in resistivity, X-ray reflection before and after energization, SEM, STM observation The following results were obtained by adjusting the physical properties of the tissue materials. (1)Al-Si(Cu) line (film formation, film thickness 50nm, line width 1mm):Si substrate for direct film formation under the sample at 10^<11>A/m^2 high current density current, substrate temperature from room temperature to high temperature, high atomic mobility in nm domain thin films. The SiO_2 film was formed by thermal acidification and Si vibration was observed on the substrate. The sample was deposited at room temperature from 10^9 to 10^<10>A/m^2. The DC current was conducted at room temperature. The electrical resistance was low, the internal friction was increased, and the resistivity was increased. Low electrical resistance phenomenon: activation of the crystal is 0.35eV, crystal growth begins. The atomic motion of the crystal particle boundary layer and the activation of the phenomenon are estimated. Crystal growth is expected to decrease electrical resistance, decrease internal friction, increase conductivity, increase internal friction, and the cause is unknown. (2)Cu/Ta/Si wiring (Ta film formation, Cu film thickness 50nm, width 1mm):Ta film formation, Si vibration film formation on the substrate at room temperature of 10^9 ~ 10^<10>A/m^2, DC current conduction, low electrical resistance, low internal friction, high resistivity, crystal grain growth. This phenomenon is clearly observed in 120nm Cu films and to a lesser extent in 50nm Cu films. The dependence of the film thickness on the resistivity is different from that of the crystalline grain boundary layer. EM resistance: 120nm Cu film: 50nm Cu film: high probability: interesting phenomenon: high probability: interesting phenomenon: interesting phenomenon