半導体デバイスのCu電極への超低荷重プロービングプロセスの開発

半导体器件铜电极超低力探测工艺的开发

基本信息

批准号：
14702037
负责人：
伊藤寿浩
金额：
$ 12.98万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2003
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は、前年度の電極用Cu膜の表面構造解析による知見をもとに、前年度開発したXPSに接続されたプロービングプロセス開発システムを用いて、Cu電極の超低荷重プロービングプロセスの開発に関する研究を行った。具体的には、電気的絶縁破壊の一種であるフリッティングおよび表面酸化膜の水素熱還元プロセスについて検討し、以下の成果が得られた。フリッティングプロセスの開発においては、Cu電極とプローブ間にかける電圧・電流、荷重の依存性を測定し、これら条件の最適化を行った。従来の機械的手法で必要とされる荷重の10分の1以下の荷重(2mN以下)でも、2〜3Vの低電圧印加でフリッティングが起こることがわかった。また、フリッティング時に瞬間的に大きな電流を流すことによって接触抵抗を下げることが可能であることがわかった。Al電極とCu電極を比較すると、Cu電極の方がより低い電圧で絶縁破壊がおこり、低い接触抵抗が得られることが明らかとなった。熱還元プロセスでは、Cu電極を真空チャンバー内の水素雰囲気中で加熱した後、プロービングを行い、接触特性を測定した。260℃,以上で水素還元処理した電極は、処理しないものに比べて、接触抵抗が半分以下に下がることがわかった。また、フリティングと組み合わせることによってさらに低い接触抵抗が得られた。水素還元したCu電極を空気中に放置すると、再度酸化されるためにいったん下がった接触抵抗が徐々に上昇し、1〜数時間後に元の値に戻ることがわかった。XPSによって表面分析を行ったところ、還元されて接触抵抗が下がった電極は、表面の酸化膜Cu_2Oが還元されてCuとなっていることが明らかとなった。以上によって、Cu電極の超低荷重プロービングプロセスとして、フリッティングおよび水素による熱還元が有効であることが示された。

今年，根据上一年的电极表面结构分析的发现，我们使用探测过程开发系统与去年开发的XPS开发有关CU电极的超低负载探测过程的开发研究。具体而言，通过检查污垢的过程，一种电击穿和表面氧化物膜的氢热还原来获得以下结果。在污垢过程的开发中，测量了Cu电极和探针之间施加电压，电流和负载的依赖性，并优化了这些条件。已经发现，即使负载小于传统机械技术所需的负载的十分之一（小于2MN），也会在施加2至3V的低压时发生污垢。还发现，可以通过在污垢期间即时通过大电流来降低接触电阻。比较Al和Cu电极，发现Cu电极的电压较低并产生较低的接触电阻。在热还原过程中，将CU电极在真空室的氢气中加热，然后进行探测以测量接触特性。发现与未经处理的电极相比，在260°C或更高的氢还原下用氢还原处理的电极的接触电阻减少了一半。此外，与胶水结合使用时，获得了甚至更低的接触性。已经发现，当将氢还原的Cu电极留在空气中时，由于再次被氧化而曾经降低的接触电阻逐渐增加，并在1到几个小时后恢复到其原始值。使用XPS进行了表面分析，并揭示了电极的表面氧化物膜Cu_2O（减少以降低接触电阻的能力）被还原为Cu。这表明氢的污垢和热还原是Cu电极的超低负载探测过程。