課題番号                  ：S-19-OS-0031

利用形態                  ：共同研究

利用課題名（日本語）       ：次世代半導体向け極薄Ni配線・拡散防止膜の電気特性評価

Program Title (English)    ：Electrical properties of ultra-thin Ni wiring/diffusion barrier layer for next-generation logic devices

利用者名（日本語）      ：齊藤丈靖, 林藤壮史

Username (English)       ：T. Saito, M. Rindo

所属名（日本語）        ：大阪府立大学大学院 工学研究科 物質・化学系専攻 化学工学分野

Affiliation (English)       ：Dept. of Chem. Eng., Grad. School of Eng., Osaka Prefecture University.

1. 概要（Summary ）

本研究では、Niシード層(5 nm)上に、電気めっきでNi、Co膜およびNi‐Co合金膜(50 nm)を成膜後、450℃アニール(30分, Ar中0.1Torr)前後での結晶構造、電気抵抗、NiとSiの相互拡散を調べることで、次世代半導体向け極薄配線としてのNi薄膜を評価した。シート抵抗の評価から、NiやNi-Co合金膜は、Co膜に比べて抵抗変化が少なく、有望な配線材料候補であるという結論に至った。

2. 実験（Experimental）

【利用した主な装置】

S10 RFスパッタ装置

S17 接触式膜厚測定器(膜厚計)

【実験方法】

アセトンおよびエタノールで超音波洗浄した10 mm角のSi熱酸化膜基板上にRFスパッタ法でNiシード層(5 nm)を成膜した。その後、表1に示す浴組成でNi、Co、およびNi-Co合金電気めっきを行った。めっき時の電流密度は50 mA/cm²、浴温50℃であり、めっき時間は膜厚が50 nmになるようなクーロン量に調整した。Ar雰囲気下(0.1 Torr, 450℃, 30分)のアニール前後で試料の結晶構造やシート抵抗を2端子法で評価した。

3. 結果と考察（Results and Discussion）

各試料のアニール前後のシート抵抗測定結果を図１に示す。NiやNi‐Co合金膜ではアニールによる抵抗上昇はなく約3 Ωと一定だったのに対し、Co膜はシート抵抗がアニールにより上昇した。XRDやXPSの結果から、Co膜中には酸化物の存在が確認されたことから、本研究で用いためっき浴で成膜したNiやNi‐Co合金膜は、酸化耐性に関してCo膜と比較して有望な配線材料候補であると考えられる。

4. その他・特記事項（Others）

共同研究者名：北島彰（大阪大学ナノテクノロジー設備供用拠点）

5.　論文・学会発表（Publication/Presentation）

(1) 林藤壮史ら, MES2019, 大阪, 2020年, 9月

(2) 林藤壮史ら, ADMETA 2019 ,東京, 2019年, 10月

(3) 林藤壮史ら, 2019年度応用物理学会関西支部第3回講演会, 大阪, 2019年2月

6. 関連特許（Patent）

なし。