配線工程におけるウエハ裏面Cu汚染のデバイス信頼性に与える影響

概要

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Cuは、次世代高速CMOSの配線材料であるが、配線工程のような低温熱処理においても、Si, SiO_2中の熱拡散速度が極端に速い。さらに、将来のシングルウエハプロセスでは、ウエハ裏面のCuバリア膜(SiNやPoly-Si膜等)の形成が困難となる。このため、ウエハ裏面からのCu汚染が、デバイス信頼性に与える影響を正しく把握することは非常に重要である。しかし、現在のところ、Si, SiO_2系のCuの熱拡散挙動が複雑なため、その影響について明確な回答が得られていない。本報告では、Si, SiO_2系における、低温熱処理(400℃)でのCuの熱拡散挙動を、全反射蛍光X線分析(TXRF)を用いて解析した。その結果、以下の事が分かった。(1)裏面Cu汚染濃度が高いほどSi中に拡散しにくい。(2)裏面に酸化膜が有る場合、CuはSi中に拡散しやすくなる。(3)表面に拡散できるCu濃度は、Si中のCu固溶度に制限される。(4)表面の酸化膜厚が3nmよりも厚い場合、裏面のCuは表面の酸化膜中、およびその近傍のSi中に拡散しない。以上のCu拡散挙動を考慮することにより、MOSキャパシタ、MOSトランジスタの信頼性に及ぼす、裏面Cu汚染の影響を初めて明らかにした。
社団法人電子情報通信学会の論文
2003-01-31