アモルファス合金バリヤを用いた積層構造のLSIメタライゼーション技術への適用

次世代配線材料として多くの期待を集めているCuの低温での拡散反応を抑制し、且つ安定なコンタクト構造を実現することを目的とし、結晶粒界を持たないために拡散耐性に優れているアモルファス合金膜を用いることを提案し、Cuと活性な遷移金属であるZrを組み合わせたCu-Zr合金系において、アモルファス相のキャラクタリゼーション及び拡散バリヤとしての適用可能性について検討した。その結果、Cu_<60>Zr_<40>の組成を持つアモルファス合金膜が最も構造安定で、その結晶化温度は約500℃であることが判った。このCu-Zrアモルファス合金膜を効果的にCuメタライゼーションに適用するために、コンタクト界面をあらかじめ化学平衡状態が実現できるように構成することで熱的安定なコンタクト構造が得られるものと考え、Cu/Cu-Zr/ZrN/Si構造を構成することとした。Zr薄膜の作製には、従来750〜900℃の高温プロセスを必要としたが、本研究では400℃程度の低温で30μΩcmの抵抗率を有するZrN薄膜の作製に成功した(電子情報通信学会論文誌,投稿中)。更に、従来問題となっていたCu層の酸化に対して、酸素と強いアフィニティーを持つZrの特性を活かし、コンタクトの最上層に薄いZr層を堆積させることでCu層の酸化を抑制できることを見いだした。このことによって、Zr/Cu/Cu-Zr/ZrN/Siコンタクト構造は、Cu-Zrアモルファス合金膜の結晶化温度以上の550℃程度まで熱的に安定なコンタクトを保持できることが明らかとなった(Journal of Applied Physics,Submitted)。このように用いたアモルファス合金膜の結晶化温度まで安定なコンタクトが得られるという事実は、国内外を問わず現在までのところ報告されていないことから、本研究はアモルファス合金バリヤを用いる際の極めて有用な指針となるものと考えられ、当初の計画は十分に達成されたものと思われる。今後は、Cu-Hf系について同様の検討を行う予定である。(科研費申請中)

次世代配線材料として多くの期待を集めているCuの低温での拡散反応を抑制し、且つ安定なコンタクト構造を実現することを目的とし、結晶粒界を持たないために拡散耐性に優れているアモルファス合金膜を用いることを提案し、Cuと活性な遷移金属であるZrを組み合わせたCu-Zr合金系において、アモルファス相のキャラクタリゼーション及び拡散バリヤとしての適用可能性について検討した。その結果、Cu_<60>Zr_<40>の組成を持つアモルファス合金膜が最も構造安定で、その結晶化温度は約500℃であることが判った。このCu-Zrアモルファス合金膜を効果的にCuメタライゼーションに適用するために、コンタクト界面をあらかじめ化学平衡状態が実現できるように構成することで熱的安定なコンタクト構造が得られるものと考え、Cu/Cu-Zr/ZrN/Si構造を構成することとした。Zr薄膜の作製には、従来750〜900℃の高温プロセスを必要としたが、本研究では400℃程度の低温で30μΩcmの抵抗率を有するZrN薄膜の作製に成功した(電子情報通信学会論文誌,投稿中)。更に、従来問題となっていたCu層の酸化に対して、酸素と強いアフィニティーを持つZrの特性を活かし、コンタクトの最上層に薄いZr層を堆積させることでCu層の酸化を抑制できることを見いだした。このことによって、Zr/Cu/Cu-Zr/ZrN/Siコンタクト構造は、Cu-Zrアモルファス合金膜の結晶化温度以上の550℃程度まで熱的に安定なコンタクトを保持できることが明らかとなった(Journal of Applied Physics,Submitted)。このように用いたアモルファス合金膜の結晶化温度まで安定なコンタクトが得られるという事実は、国内外を問わず現在までのところ報告されていないことから、本研究はアモルファス合金バリヤを用いる際の極めて有用な指針となるものと考えられ、当初の計画は十分に達成されたものと思われる。今後は、Cu-Hf系について同様の検討を行う予定である。(科研費申請中)