Ta/Cu/Ta薄膜で発現する特異なTaキャップ効果

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Si基板上にスパッタ法によりTaバリア層(35nm)、Cuを順次成膜したTa/Cu、更にTaキャップ(5nm)を付加したTa/Cu/Taについて、弾性率測定、X線回折実験および走査電子顕微鏡観察を行った。Cu膜は<IH>配向性が高く、Cu(III)からのX線回折強度Icu(III)の膜厚依存性を調べた。膜厚500nm以下ではIcu(III)の理論値は膜厚に比例して減少する.Ta/CuからのIcu(III)は、膜厚200nm-30nmの間は膜厚に比例して減少するが、30nm以下では階段状に数分の1に低下する.オメガスキャンの結果から、30nm以下でIcu(III)が低下するのは<III>配向性分布が大きくなったためであることが分かった.試料積層時には膜厚は連続的に増えるから、30nmを越すとCuキャップ効果により既存の30nm部分の結晶粒の<III>配向性が高くなることを意味する.TalCu1Taでは、Icu(III)の30nm以下での低下はなだらかになっており、Taキャップ効果により既存の30nm部分の結晶粒の<III>配向性が高くなることを意味する.一方、Cu弾性率が、tCu<100nmでは理論値から外れて低い値を示し、その程度はTa1Cu1Taで著しいが、この弾性率低下はナノ構造における結晶粒界層の擬弾性に起因している。金ナノ結晶ではクリープ変形は結晶粒の回転により進行することから、CuキャップおよびTaキャップによる応力発生に起因して<IH>配向性を高めるような粒回転が起きたと推測される.30nm前後でCuキャップ効果が異なることは、配線幅が30nm以下になると組織変化が起きる可能性を示唆する.