Investigation of fundamental properties of intermetallic compounds for novel interconnection materials

新型互连材料金属间化合物基本性质的研究

• 批准号: 21H04605
• 负责人: 小池 淳一
• 金额: $ 25.96万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-05 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04605/
• 关键词: 配線材料; 金属間化合物; 集積回路; 半導体デバイス; 多層配線; バリア層; 信頼性; 半導体; 配線材料; 金属間化合物; 集積回路; 半導体デバイス; 多層配線; バリア層; 信頼性; 半導体

金属間化合物をLSI多層配線へ応用することを想定して、SiO2絶縁層とNiAl、CuAl2、Cu2Mg薄膜との界面反応を調査した。真空雰囲気において400℃、30分の熱処理を行い、断面TEM観察を実施した。その結果、Alを含むNiAlとCuAl2においては界面に2nm以下の厚さを有するAl酸化物層が形成されていた。一方で、Cu2Mg薄膜の場合は、MgがSiO2を還元してSiO2層内部にMgOの微粒子からなる反応層を形成した。Al酸化物層は2nm以下で成長が止まり、相互拡散を防止する役割を担っていたが、MgOの場合は継続的に成長することが明らかになった。このことは、400℃程度の低温における酸化物形成機構が電界促進成長によるものであり、Al酸化物層に形成される電界強度がMgOに比べて非常に弱いことと一致した。BTS試験の結果は、界面反応層の形成状況と一致し、NiAl、CuAl2が長寿命であり、Cu2Mgは早期の特性劣化が観察された。電気抵抗率の膜厚依存性を測定すると、NiAlとCuAl2は膜厚が5nmになると抵抗率が50μΩ-㎝まで上昇するが、CU2Mgは20μΩ-cmに留まっており、界面反応の進行を抑制することができればCu2Mgは非常に有望な材料であることが判明した。得られた抵抗率の膜厚依存性を表面・界面散乱と粒界散乱のモデルから解析したところ、表面・界面は弾性的散乱に近く、粒界散乱は殆ど生じていないことが示唆された。Cu2Mgが特殊な表面・界面および粒界構造を有することが考えられ、Cu2Mgのバルク構造であるC15Laves相の構造的特徴との関連性を解明することで他のLaves相材料への展開が期待できる。

假设将金属间化合物应用于LSI多层接线，研究了SIO2绝缘层与NiAL，Cual2和Cu2mg薄膜之间的界面反应。在真空气氛中在400°C下进行热处理30分钟，并进行横截面TEM观察。结果，在含有Al的NiAL和Cual2中，在界面形成了厚度为2 nm或更小的氧化物层。另一方面，在Cu2mg薄膜的情况下，MG减少了SIO2以形成由SIO2层内部精细MGO颗粒制成的反应层。 Al氧化物层停止在2 nm或更少的情况下生长，并在防止相互扩散中发挥了作用，但发现MGO持续增长。这与以下事实一致：低温下的氧化物形成机理是由电场促进生长引起的，并且与MGO相比，在Al氧化物层中形成的电场强度非常弱。 BTS测试的结果与界面反应层的形成一致，NIAL和CAUL2的寿命很长，并且观察到具有特征的Cu2mg的早期恶化。当测量电阻率的膜厚度依赖性时，当膜厚度达到5 nm时，NIAL和CAUL2的电阻率增加到50μΩ-CM，但是如果可能抑制属内部反应的进度，则CU2MG保持在20μCM处，CU2MG是非常有前途的材料。使用表面界面散射和晶界散射模型分析了所获得的电阻率的膜厚度依赖性，并建议表面交织面接近弹性散射，并且几乎没有发生晶界散射。人们认为Cu2mg具有特殊的表面/界面和晶界结构，并且通过阐明与C15LAVES相的结构特征的关系，即C15LAVES相，即Cu2mg的批量结构，可以预期它可以发展为其他薰衣草相。