高信頼性ULSI多層配線形成CVDプロセスの開発

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ULSIの高集積化に伴って,多層配線の中層レベルでの電流密度が飛躍的に増大しており,次世代デバイスでは2MA/cm^2程度になると予想されている。このような高電流密度では,エレクトロマイグレーション(EM)に起因する断線不良が顕在化するほか,デバイス寸法の縮小に伴う応力ひずみの影響が大きくなり,ストレスマイグレーションによる断線(SIV)も問題となる。このように,デバイス高集積化に対して,金属配線の信頼性を確保することが重要な課題となっている。EM不良もSIV不良も,ともにCu配線と接する拡散バリヤメタル(Ta/TaNなど)およびCu配線の酸化を防止するSiCNなどの酸化バリヤ層との界面を起点として発生することが多い。すなわち,これらのヘテロ界面をCuの密着性が高い強固なものに設計することで信頼性を向上することが可能になると考えられる。バリヤメタルにCuと親和性の高いRuなどを採用することも1つの方策である。本研究では,電界めっきによるCu配線形成時のシード層にCu/Agなどの合金を採用することによって添加したAgが界面での密着性向上に寄与し,信頼性が向上するという知見に基づき,Cu/Ag合金薄膜を高アスペクト比のトレンチ・ビアホール内に均一に形成する手法の構築を目指して検討を行った。CVDプロセスではAgの形成に適した材料がなかったことから,CVDに類似する超臨界流体を利用したCu/Ag膜合成を検討した。Cuの原料にはCu(tmhd)_2を用い,Agの原料にはAg(hfac)CODを用いた。還元剤としてH_2のみを用いた場合には,Agの析出が起こりにくく,アセトンを添加することによって再現性良くAgを析出することができるという知見を得た。また,CuとAgの同時製膜を行うと,Agの析出の方が反応が速く,このため,下地との界面にAgが濃縮された形でCu・Ag膜が形成できることを確認した。これは先に述べた高信頼性配線に適した構造であり,ULSI多層配線形成の有望な手段となり得ることを確認した。