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Volume 74 (2007/06/19)
IITC2007発表論文のご紹介 (2/3)
45nm世代のハイブリッドLow-k構造の多層配線を用いた密着性の研究と密着エネルギーの改善
配線層間膜の密着性を評価する方法として、はじめて実際の配線を用いた4point-bending testとmodified Edge lift-off testの比較を行いました。その結果、両方の手法が評価するうえで不可欠であることがわかりました。
安定して動作する45nmノード以降のプロセスを確立するためには、配線層間膜の密着具合が重要です。今回、東芝／SONYおよび当社は45nm世代のCMOS論理回路に搭載される銅配線において、実際の配線を用いた密着性試験の比較を行い、その最適な評価手法技術を確立しました。この技術により、45nm世代以降の高度なプロセスインテグレーション、高パッケージ技術の早期確立や信頼性に目処がつきました。
従来、回路の動作スピードを速くするため、層間絶縁膜の低誘電率（Low-k）化が行われてきました。しかし、Low-k化に伴う層間膜の機械的強度の低下、密着力の低下などにより、プロセスインテグレーションやパッケージにかかわる剥離の問題が多発し、信頼性の低下を招いていました。今回、はじめて実際の45nmノード多層配線を用いて4point-bending test（4pb）とmodified Edge lift-off test（m-ELT）の密着性評価の比較を行いました。その2つの評価方法を説明します。
評価にあたっては、実際の45nm配線のデバイスとして2種類のポーラスLow-k構造とレファレンスとしてデンスLow-k構造を用意し（図1）、（1）ウェハーのクラック伝播を利用した4pbと（2）エポキシのそりを利用したm-ELTの2つの密着性試験を行いました（図2、3）。
その結果、用意した3つの構造の密着性は傾向が大きく違っており、また（1）4pbと（2）m-ELTの結果には相関がないことがわかりました（図4）。
このような異なる結果が出たために詳細な解析を行った結果、この2つの評価方法は測定していた界面の場所が異なることがわかりました。（1）4pb後の剥離界面が配線層間膜の上下の界面であるのに対し（図5）、（2）m-ELTの場合はvia層間膜とSiC界面であり（図6）、それぞれの測定方法は異なる現象を観察していました（図7）。
これにより、どちらか1つの評価ではなく、両方の評価手法が密着性の評価をするうえで必要であることがわかりました。
上記の詳細な検討によりLow-kの密着性が弱い2つの界面の改善を進めて、安定した45nmノード配線プロセスを確立しました。NECエレクトロニクスは、最先端プロセスでの高信頼性配線の技術に向けて引き続き取り組んでいきます。
