薄膜の表皮効果を用いた銅配線の低抵抗化と信頼性向上

利用薄膜集肤效应降低铜布线的电阻并提高可靠性

• 批准号: 09J00258
• 负责人: 小濱 和之
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2009
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2009 至 2011
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-09J00258/
• 关键词: Cu配線; 拡散バリア; 自己形成; Cu(Ti); エレクトロマイグレーション; 配向性; 粒成長; 双晶; LSI; 4点曲げ; 密着; 薄膜

本年度は、下記2項目について検討を行った。1.本研究で提案しているTi基バリア層を有するデュアルダマシンCu配線は、従来配線構造より配線抵抗やSIV耐性に優れるが、EM耐性は劣る。これは、絶縁膜中のボアから生じる酸素がCu配線/絶縁膜界面に形成されたTi基バリア層を通過し、Cu配線を酸化させるためと推測されている。これを踏まえ、Cu(Ti)合金膜/SiO_2界面にTi基バリア層を自己形成させた試料を酸素濃度を制御したAr雰囲気中で熱処理し、バリア層形状変化やCu酸化状態等を調べた。熱処理雰囲気中の酸素濃度が増大すると、Cu(Ti)合金膜/バリア層界面近傍のCuが酸化してCu_2Oが形成し、これにより界面平坦性が失われ、バリア層が不連続になった。このため界面密着力が低下し、EM耐性が劣化したと考えられる。Ti基バリア層の酸素拡散バリア性向上が必須であることが示された。2.Cu配線中の結晶粒粗大化により電気抵抗率低減が、双晶形成によりEM耐性向上がそれぞれ期待される。一方、Cu配線を取り囲む拡散バリア層の種類の差異により、Cuの結晶配向性、粒成長挙動、双晶密度が変化する。本研究では、種々のバリア層上に純Cu膜をスパッタ成膜し、Cu膜中の室温粒成長および双晶形成に及ぼすCu膜配向性とバリア層の影響を定量的に調べた。強い{111}配向のCu膜では粒成長は抑制されたが、{111}配向が弱まり{100}配向が少し加わった領域で粒成長速度は最大になった。双晶密度は粒成長速度が速いほど増大したため、粒成長時の積層順序の狂いにより双晶が形成する焼鈍双晶と考えられる。Cu膜配向性は成膜初期から見られ、バリア層との濡れ性が良いほど強い{111}配向だった。Cu膜とバリア層との濡れ性によりCu膜配向性が決まり、その配向性によりCu膜の粒成長速度と双晶密度が決まることがわかった。

今年，我们讨论了以下两个项目：1。本研究中提出的基于TI的屏障层的双义末cu接线比常规接线结构具有更好的接线性和SIV电阻性，但不如EM阻力。假定这是因为绝缘膜中从孔中产生的氧气通过在Cu接线/绝缘膜界面形成的基于Ti的屏障层，从而导致Cu接线氧化。基于此，在Cu（Ti）合金膜/SIO_2界面上自我形成了基于Ti的屏障层在AR大气中进行热处理，并检查了氧气浓度控制的样品，并检查了屏障层形状和CU氧化态的变化。当热处理气氛中的氧气浓度增加时，Cu附近Cu（Ti）合金膜/屏障层氧化以形成Cu_2O，从而导致界面平坦度和屏障层不连续性的丧失。人们认为这导致界面的粘附下降，并且EM电阻恶化。已经表明，改善基于Ti的屏障层的氧扩散屏障特性至关重要。 2。铜接线中的谷物变高可降低电阻率，而双层形成则提高了EM电阻。另一方面，由于Cu接线周围的扩散屏障层的类型差异，晶体方向，谷物生长行为和双重密度因差异而异。在这项研究中，纯Cu膜在各种屏障层上被溅射，并定量检查了屏障层和Cu膜方向对室温晶粒生长和Cu膜中双层形成的影响。尽管在强{111}方向抑制了晶粒的生长，但在{111}方向削弱并稍微添加{100}方向的区域中，晶粒的生长速率在最大化的区域中得到了最大化。由于双重密度随着晶粒的生长速度的加快而增加，因此被认为是退火的双胞胎，在谷物生长过程中堆叠顺序的差异，形成双胞胎。从膜形成的开头可以看到Cu膜的取向，并且{111}的方向足够强大，可以在屏障层具有良好的润湿性。发现Cu膜和屏障层之间的润湿性决定了Cu膜的方向，并且方向决定了Cu膜的晶粒生长速率和双密度。

项目成果

Rutherford Backscattering Spectrometry Analysis of Growth of Ti-Rich Layer Formed at Cu(Ti)/Low-k Interfaces

Cu(Ti)/低 k 界面处形成的富钛层生长的卢瑟福背散射光谱分析

• 发表时间: 2009
• 作者: 小濱和之;伊藤和博;森健壹;前川和義;白井泰治;村上正紀
• 通讯作者: 村上正紀

Growth of Ti-Based Interface Layer on Glass Substrate Using Cu(Ti) Alloy Films

使用铜（钛）合金薄膜在玻璃基板上生长钛基界面层

• 发表时间: 2011
• 期刊: Mat.Trans.
• 作者: Shuji Uehara;Kazuhiro Ito;Kazuyuki Kohama;Takashi Ohnishi;Yasuharu Shirai;Masanori Murakami
• 通讯作者: Masanori Murakami

Resistivity Reduction and Adhesion Increase Induced by Surface and Interface Segregation of Ti Atoms in Cu(Ti) Alloy Films on Glass Substrates

玻璃基板上铜（钛）合金薄膜中钛原子表面和界面偏析引起的电阻率降低和附着力增加

• 发表时间: 2010
• 期刊: Mat.Trans.
• 作者: Shuji Uehara;Kazuhiro Ito;Kazuyuki Kohama;Takashi Ohnishi;Yasuharu Shirai;Masanori Murakami
• 通讯作者: Masanori Murakami

Ti基自己形成バリア構造の誘電体層組成依存性

钛基自形成势垒结构的介电层成分依赖性

• 发表时间: 2011
• 期刊: 信学技法
• 作者: 小濱和之;伊藤和博;薗林豊;大森和幸;森健壹;前川和義;白井泰治;村上正紀
• 通讯作者: 村上正紀

Role of Cu film texture in grain growth correlated with twin boundary formation

• DOI: 10.1016/j.actamat.2011.10.028
• 发表时间: 2012
• 期刊: Acta Materialia
• 影响因子: 9.4
• 作者: K. Kohama;Kazuhiro Ito;T. Matsumoto;Y. Shirai;M. Murakami