信頼性と低電力性に優れた４５ｎｍ世代のＬＳＩ配線技術を開発

〜分子／原子レベルの物性制御技術により次世代ＬＳＩの品質を向上〜

ＮＥＣおよびＮＥＣエレクトロニクスはこのたび、高信頼性と低電力性を両立した４５ｎｍ世代ＬＳＩ対応の多層配線技術を開発しました。

このたびの開発は、ＮＥＣとＮＥＣエレクトロニクスが持つ原子／分子レベルの物性制御技術を統合化することで実現したものです。これらの材料物理レベルで差異化された技術により、最先端ＬＳＩが適用される高速ネットワークサーバや多機能携帯端末など次々世代機器の更なる機能集積化を低消費電力化で実現することが可能になります。

デジタルコンシューマ向けＬＳＩデバイスは、特に低消費電力と高信頼性が求められます。一方、デバイスの微細化に伴い、配線の総延長距離が増加するため、トランジスタを接続する配線部分の消費電力が増大し、同時に、配線に起因した動作不良の割合も急増しています。配線部分の消費電力を低減するには、�@層間絶縁膜になるべく電荷の貯まらない材料（Ｌｏｗ−ｋ膜）を導入すること、�A配線層を薄くして、充放電される対向面積を可能な限り小さくすること、が必要となります。
ＮＥＣは既に、ＮＥＣエレクトロニクスと半導体ＭＩＲＡＩプロジェクトと共同で、分子状の極微細孔（ポア）を真空中で積み上げた絶縁性の高い分子細孔Ｌｏｗ−ｋ膜（ｋ＝２．４）を実現しています。分子細孔Ｌｏｗ−ｋ膜プロセスはシンプルで扱いやすいため、容易に薄膜化させることができます。今回、分子細孔Ｌｏｗ−ｋ膜材と薄層化したデュアルダマシン構造とを組み合わせることで、従来の６５ｎｍ世代ＬＳＩ配線に対して、２４％の配線間寄生容量を低減させ、７０ｎｍ間隔配線として世界最小レベルの消費電力を実現しました。
一方で、配線層を薄くすると銅配線の断面積が小さくなり、機械的・電気的な応力により断線不良しやすくなります。銅配線はいくつもの小さな銅結晶粒子が結合した多結晶構造をとっていますが、これらの結晶粒子間のつなぎ目（結晶粒界）が断線不良の一因となります。さらに、最近の我々の研究で銅配線中に形成される酸化物も断線不良を誘発することが分かりました。このたび、銅配線を合金化させて結晶粒界の結合を強化し、独自に開発した酸素吸収法により銅配線中の酸化物を除去した低酸素Ｃｕ合金配線を開発しました。銅よりも酸化されやすい酸素吸収金属膜を薄く銅膜上に形成して銅膜中の酸素を物理化学反応で吸収することで、断線不良の原因となる酸化物を除去しています。
狭ピッチ薄層配線間の絶縁信頼性に対しても、分子細孔Ｌｏｗ−ｋ膜の酸化ダメージをなくす低ダメージ薄層デュアルダマシン加工プロセスと極薄高分子膜による側壁被覆により、６５ｎｍ世代と同等配線間の絶縁信頼性を確保しました。

このたび開発したＬＳＩ配線技術と、現在、４５ｎｍ世代ＬＳＩ用に開発中の高性能トランジスタとを組み合わせることにより、６５ｎｍ世代ＬＳＩと比べて、約５０％のチップ面積縮小と２０％以上の低消費電力を実現しながらより高性能な動作が可能となります。

ＮＥＣとＮＥＣエレクトロニクスは、今回の多孔質膜を用いた銅多層配線モジュール技術が、４５ｎｍ世代の低電力ＬＳＩデバイス実現に必要不可欠なものと考え、早期の実用化を目指して今後も積極的な研究開発活動を展開していきます。

この発表に関するお客さまからの問い合わせ先

ＮＥＣ　研究企画部 企画戦略グループ

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