Cu-Zr合金を使った集積回路のメタライゼーションの基礎検討

本研究では、集積回路の配線材料としてAlよりも固有抵抗が低くエレクトロマイグレーション耐性が高いCuと、Siとの接触抵抗が低くなることが予想されるZrやHfとの規則合金を、高周波スパッタ装置によって作製し、この規則合金が集積回路の配線材料として適応できるか、固有抵抗値及び接触抵抗に注目し検討した。その結果CuとZrの複合ターゲットを用い、複合ターゲットのCuとZrの面積比が約50:50で、堆積する基板の温度が400℃以上になると、CuZr2規則合金が作製できることがわかった。合金の結晶は基板温度550℃まで成長し、600℃以上になると、合金層だけでなく、Cu単体の結晶層が成長することがわかった。この時、規則合金の固有抵抗値は約6μΩ・cmになった。このスパッタ条件で規則合金の薄膜をN型Si基板(約0.05Ω・cm)に堆積し、合金とSiとの接触抵抗を評価した。その結果、接触抵抗は約1×10^<-3>Ω・cm(面積比Cu:Zr=50:50、基板温度500℃)となり、Cu単体でのSiとの接触抵抗に比べ3桁ほど低くなった。また接触抵抗は、合金薄膜作製時の基板温度を上げると減少し、基板のキャリア濃度が高くなると減少する傾向を示すが、その最適値は現在検討中である。接触抵抗が減少した原因として、複合ターゲットを用いてCuとZrを同時にスパッタした場合、上記スパッタ条件では選択的にZrがSi上に堆積し、その上にCuや合金層が堆積され、Siと合金の界面では接触抵抗の低いZrのシリサイド層が形成された為だと予想される。今後は、界面でのZr、Cu、Siの熱処理による分子構造や拡散現象の変化を検討し、さらに接触抵抗が低減できるメカニズムや方法を検討する予定である。

本研究では、集積回路の配線材料としてAlよりも固有抵抗が低くエレクトロマイグレーション耐性が高いCuと、Siとの接触抵抗が低くなることが予想されるZrやHfとの規則合金を、高周波スパッタ装置によって作製し、この規則合金が集積回路の配線材料として適応できるか、固有抵抗値及び接触抵抗に注目し検討した。その結果CuとZrの複合ターゲットを用い、複合ターゲットのCuとZrの面積比が約50:50で、堆積する基板の温度が400℃以上になると、CuZr2規則合金が作製できることがわかった。合金の結晶は基板温度550℃まで成長し、600℃以上になると、合金層だけでなく、Cu単体の結晶層が成長することがわかった。この時、規則合金の固有抵抗値は約6μΩ・cmになった。このスパッタ条件で規則合金の薄膜をN型Si基板(約0.05Ω・cm)に堆積し、合金とSiとの接触抵抗を評価した。その結果、接触抵抗は約1×10^<-3>Ω・cm(面積比Cu:Zr=50:50、基板温度500℃)となり、Cu単体でのSiとの接触抵抗に比べ3桁ほど低くなった。また接触抵抗は、合金薄膜作製時の基板温度を上げると減少し、基板のキャリア濃度が高くなると減少する傾向を示すが、その最適値は現在検討中である。接触抵抗が減少した原因として、複合ターゲットを用いてCuとZrを同時にスパッタした場合、上記スパッタ条件では選択的にZrがSi上に堆積し、その上にCuや合金層が堆積され、Siと合金の界面では接触抵抗の低いZrのシリサイド層が形成された為だと予想される。今後は、界面でのZr、Cu、Siの熱処理による分子構造や拡散現象の変化を検討し、さらに接触抵抗が低減できるメカニズムや方法を検討する予定である。