デュアルダマシンCu配線方法について

昨日、自分の独り言で終わらせてしまったので、調べた情報を自分への確認も込めてシェアしたいと思います。

・デュアルダマシンCu配線とは

半導体製造プロセスにおける新しいドライエッチング技術の1つです。
ドライエッチングについての説明は別の機会にしたいと思います。
新しいと言っても、IBMがこのCu配線プロセスの採用を発表したのが1998年頃とのことですので、そこそこ年数は経っていますね。

・従来と何が違うのか

従来は、Al配線が使用されていました。
AlはSiとの相性が良く、価格も安く扱いやすい材料です。
しかし、半導体の微細化に伴い配線抵抗の増加配線間容量の増加が問題になりました。信号遅延を招くからです。
 *ちなみに、配線抵抗の増加は、配線が長くなったことに起因します。
 (抵抗の大きさは長さに比例するんでしたね@高校物理)
 *配線間容量の増加は、線幅が短くなったことに起因します。
 (コンデンサの容量増加は、電極面積が広くなるか電極間の距離が狭くなる
  のが要因ですね@高校物理)
信号の遅延時間は抵抗×容量に比例するとのことですので、微細化に付きまとう課題だったということですね。
信号遅延は、要は処理スピードの低下をもたらします。

・ではなぜ今までCuを使用しなかったのか

まず、Cuが良い理由は、材料の抵抗率が低いため、配線抵抗を低減できるからです。
しかし、CuはSiとあまり相性が良くありません。Si上にCuを形成すると、Siの内部奥深くまでCuが染み出し、特性に影響をもたらしてしまうからです。
Cuは使いたくても使えない材料でした。(このメカニズムは割愛します)

ではどうやってCuを配線するのかと言うと、CuとSiの間に絶縁層を形成します。
この絶縁層の開発が大変で、従来の酸化膜に代わる誘電率の低さを持つ絶縁層がなかなか作れなかったようです。誘電率が高いとまた容量の増加に繋がりますからね。

で、ようやく使えるようになった絶縁層がLow-k膜です。
この発明もデュアルダマシンプロセス成功の立役者と言うことですね。

プロセスそのものについて説明できていなくて申し訳ないのですが、
とりあえず今日はこのへんで。

<参考>
http://ascii.jp/elem/000/000/869/869431/index-3.html
http://www.atmarkit.co.jp/fpc/rensai/zunouhoudan009/cu_process.html

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