自己形成バリア層による次世代のLSI配線の開発

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近年の半導体配線微細化の動きによって、配線金属と絶縁体の間に成膜されるバリア層の厚さをさらに薄くすることが求められている。その薄さは32nm世代の配線では2nmということがロードマップには示されており、今後さらなる微細化が進めば、さらにバリア層を薄くする必要が出てくる。従来の成膜方法である物理気相成長(PVD)では薄く均一にバリア層を形成することには限界が来ており、さらに微細配線トレンチへの埋め込み性悪さが問題となっている。そこで、化学気相成長(CVD)を用いることで、これらの問題を解決するために研究を行った。特に、当該年度の研究では、化学気相成長(CVD)によって形成されるMn窒化物の構造を透過電子顕微鏡(TEM)により同定した。その結果、格子定数a=3.815Åのfcc構造を持つMnN_4である事が分かった。52:1のアスペクト比を持つ配線溝へのCVD-MnN_4のトレンチへのステップカバレッジを調査した結果、成膜温度を下げることにより、カバレッジ性が向上する事が分かった。CVD-MnN4とCVD-Cuの密着性をテープテストにより評価した結果、Cu/CVD-MnN4は非常に強い密着性を持つ事が分かった。また、CVD-MnN4の表面形態(130℃成膜)は、比較的平滑であり、成膜後、熱処理する事により荒くなる事が分かった。また、成膜時に水素あるいはアンモニアを導入する事で、MnとNの濃度比を変化させる事が可能であった。以上のような知見によって、CVDによってバリア層をトレンチへ極薄・均一に成膜できる可能性が示された。