極微細配線の信頼性に関する金属材料学的研究

超细互连可靠性的金属材料研究

• 批准号: 13025209
• 负责人: 伊藤 吾朗
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Ibaraki University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13025209/
• 关键词: 半導体配線; 層間絶縁膜; 低比誘電率化; ナノインデンテーション; ヤング率; 硬さ; 熱サイクル; キャビティ

半導体デバイスの高速・高密度化,信頼性の向上に対する要求は近年ますます厳しくなってきている。その中でデバイス用配線材料として従来のAlから,より比抵抗の低いCuへの転換が行われつつある。一方,CuとSiの間の層間絶縁膜の低比誘電率(Low-k)化も重要な課題である。そこで本研究では,層間絶縁膜材質の異なる3種類のCu薄膜を対象として,加熱・冷却に伴う応力変化,熱サイクルによるキャビティ形成,組織変化について調べ,これらに及ぼす層間絶縁層材質の影響を明らかにしようとした。Si(127mmφ,630mm厚)/絶縁層(100〜600nm厚)/Ta(25nm厚)/Cu(100nm厚)の4層構造の試料を用意した。絶縁層材質(膜厚)は現行のc(100nm), Low-k材としてメチル化シルセスキオキサン(MSQ)(430nm)およびポリアリールエーテル系樹脂(570nm)とした。SiO_2膜はテトラエトキシシランをプラズマ下で反応させることにより,他の2種類の絶縁膜はスピン塗布・硬化処理により,またTaおよびCuはスパッタ法により,それぞれ成膜した。成膜したウェハーから6×10mmの試片を切り出した。まず絶縁層のみを成膜した試片について,ナノインデンテーション法により,硬さとヤング率を測定し,いずれもSiO_2>MSQ>樹脂となっていることを確認した。次に各試片に大気中で-25℃⇔+175℃の繰返し熱サイクルを500回与え,その後の試片の様相を光学顕微鏡,走査型電子顕微鏡,X線マイクロフォーカス検査装置で観察したが,いずれの試片にもキャビティなどの欠陥の形成は見られず,層間絶縁膜材質の違いによる様相の差は認められなかった。

In recent years, the high-speed and high-density development of semiconductors, as well as the upward trend in reliability <s:1>, have raised the する requirements for ますます厳, くなって, くなって, て and る. In そ の で デ バ イ ス wiring material と し て 従 to の Al か ら, よ り than low resistance の い Cu へ の planning in line が わ れ つ つ あ る. On the one hand, the Low specific inductance (low-K) of interlayer insulating membranes between CuとSi <e:1> is an important な topic である. そ こ で this study で は, interlayer never try membrane material の different な る 3 kinds の Cu thin film を like と seaborne し て, heating, cooling に with う 応 force variations, hot サ イ ク ル に よ る キ ャ ビ テ ィ formation, organization - the に つ い て べ, こ れ ら に and ぼ す layer between never try material の influence を Ming ら か に し よ う と し た. Si(127mmφ,630mm thick)/ insulation layer (100-600nm thick)/Ta(25nm thick)/Cu(100nm thick) <s:1> 4-layer structure <e:1> sample を intention: た た. Never try layer material (film thickness) は の current c (100 nm), Low k material と し て メ チ ル change シ ル セ ス キ オ キ サ ン (MSQ) (430 nm) お よ び ポ リ ア リ ー ル エ ー テ ル system resin (570 nm) と し た. SiO_2 membrane は テ ト ラ エ ト キ シ シ ラ ン を プ ラ ズ マ で under the 応 さ せ る こ と に よ り, he の 2 kinds の never try membrane は ス ピ ン coating, hardening 処 Richard に よ り, ま た Ta お よ び Cu は ス パ ッ タ method に よ り, そ れ ぞ れ film-forming し た. Film formation: たウェハ たウェハ ら ら6×10mm <s:1> test piece を cut out たウェハ た. ま ず never try layer の み を film-forming し specimens た に つ い て, ナ ノ イ ン デ ン テ ー シ ョ ン method に よ り, hard さ と ヤ ン グ rate measured by し を い ず れ も SiO_2 > MSQ > resin と な っ て い る こ と を confirm し た. Specimens に each big に 気 で - 25 ℃ as indicated by + 175 ℃ の Qiao return し hot サ イ ク ル を 500 back and え, そ specimens after の の の を others in phase micro lens, optical 顕 walkthrough type electronic 顕 micromirror, X-ray マ イ ク ロ フ ォ ー カ ス 検 check device で 観 examine し た が, い ず れ specimens の に も キ ャ ビ テ ィ な ど の owe 陥 の form は see ら れ ず, interlayer try membrane material の violations The shape of the による is different from that of the められな められな った った.