高信頼性ULSI多層配線形成CVDプロセスの開発

开发高可靠性ULSI多层互连CVD工艺

基本信息

批准号：
04F04420
负责人：
霜垣幸浩
金额：
$ 1.54万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

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。

随着ULSI整合的增加，多层接线中层水平的电流密度迅速增加，预计下一代设备的电流密度预计约为2mA/cm^2。在如此高的电流密度下，电气移民（EM）引起的崩溃失败变得显而易见，并且随着设备的降低，设备尺寸引起的应力应变的影响增加，而因应力迁移而导致的电线崩溃（SIV）成为问题。因此，确保金属接线的可靠性是设备高集成的重要问题。 EM和SIV缺陷通常都发生在接触Cu接线和SICN的扩散屏障金属（TA/TAN等）之间的界面上，从而阻止了CU接线的氧化。换句话说，人们认为，通过设计这些异质空间具有稳健的CU粘附力，可以提高可靠性。一种选择是使用RU，RU与CU具有高亲和力为屏障金属。在这项研究中，基于以下发现：通过使用诸如Cu/Ag作为种子层的合金在通过电场电镀形成CU接线时，AG增加有助于改善界面的粘附并提高可靠性，我们研究了创建一种均匀形成Cu/Ag Ag合金薄膜的方法的目的，该方法是在沟槽中和孔中通过高位远面比率。由于在CVD过程中没有发现适合形成Ag的材料，因此我们使用类似于CVD的超临界流体研究了Cu/Ag膜的合成。 Cu（TMHD）_2用作Cu的原材料，AG（HFAC）COD用作Ag的原材料。发现当将H_2用作还原剂时，Ag沉淀的可能性较小，并且通过添加丙酮可以通过可重复性来沉淀Ag。此外，当同时形成Cu和Ag时，Ag降水速度更快，因此可以通过将Ag集中在与碱基的界面上来形成Ag膜。已经证实，该结构适用于上述高可靠性接线，并且可以成为形成ULSI多层接线的一种有希望的手段。