[スポンサーリンク]

一般的な話題

化学者のためのエレクトロニクス講座~次世代配線技術編

[スポンサーリンク]

このシリーズでは、化学者のためのエレクトロニクス講座では半導体やその配線技術、フォトレジストやOLEDなど、エレクトロニクス産業で活躍する化学や材料のトピックスを詳しく掘り下げて紹介します。さて、前回はアルミニウムから銅への半導体内部配線の変遷をご覧いただきましたが、今回は銅に代わる次世代配線技術について特集します。

chip

半導体チップ(画像:pixabay)

前回のおさらいですが、当初の半導体内部配線にはアルミニウムが広く利用されていました。その背景には、アルミニウムの高い電気伝導度とスパッタによる加工の容易さがありました。

初期の半導体配線の例(画像:Wikipedia

しかし1990年代に差し掛かると、微細化の進展によりアルミニウムでは所定の性能を発揮できなくなります。具体的には配線抵抗の増大とエレクトロマイグレーション(EMが座視できない問題として浮上しました。

ここでアルミニウムに代わる材料と目されたのがでした。銅は比較的安価で電気伝導度がさらに高く、EMを起こしにくいという利点を兼ね備えていました。しかしながら、スパッタによる微細加工が不可能であったことから加工技術の開発が急務でした。

そこで銅配線の形成に用いられたのがダマシンと呼ばれるめっき手法でした。これは溝や穴などの凹部に銅を埋め込む特殊なめっき技術で、添加剤の利用など高度な技術力が求められるものでした。

ダマシンの確立によっていったんは解決されたかに見えたこれらの課題でしたが、銅にも電気抵抗は存在し、EMを全く起こさないわけではないことから、実際には先延ばしされたに過ぎませんでした。とりわけ、微細化のさらなる進展によって銅配線においてもEMは重要な問題となり、既に半導体性能に直接影響を及ぼすまでになっています。

抵抗増大

配線の微細化によって抵抗が増大してしまいます(イメージ)

EM耐性金属による代替

その打開策として現在注目されているのが、一つは銅配線の境界に薄いバリアメタルを設ける手法、もう1つは、配線材料そのものをEM耐性の高い金属に変更する手法です。

前者のバリア層候補素と後者の配線候補として共に嘱望されているのが、コバルトCoルテニウムRuです。いずれも銅に比べて電流密度の許容値が高いとされています。

しかしながら両者とも比抵抗と熱伝導率では銅に劣るため、配線抵抗の低減と放熱の確保が本質的な課題として残ることが見込まれています。とはいえ銅配線をすべてこれらに置き換えれば現在バリアメタルとして使用されている窒化タンタルTaNなどによる抵抗を排し、総合的には銅より優れた性能を示す可能性があります。

実際にIBM(米)とGLOBALFOUNDRIES(米)、Samsung Electronics(韓)、Applied Materials(米)は共同で、銅配線をコバルト層で被覆することで、抵抗上昇を抑制しながらEM耐性を向上させた多層配線技術を開発しています。さらにIntel(米)も最新の10 nmプロセスにおいて、多層配線の一部にコバルトを採択しています。

ナノカーボン配線

金属結合は脆弱であることから、配線材料として根本的にEMのリスクを抱えており、将来的にさらなる微細化が進展すると、どのような金属であっても問題が顕在化することになります。

そこで基礎研究が進められているのが、全てを強固な共有結合を形成した炭素材料で構築するオールカーボン配線です。配線部を多層グラフェン(MLG)、ビアをカーボンナノチューブ(CNT)で形成することが検討されています。

カーボンナノチューブカーボンナノチューブは次世代配線材料の例 (画像:Wikipedia)

グラフェンは理論抵抗率が、銅の2/3程度と極めて低い一方、許容できる電流密度は100倍~1000倍、熱伝導率は10倍にも達するとされており、その選択的合成や成膜技術の開発が競われています。

CNTに関しては東芝がCVDを用いた高密度成長によるビア形成を実現しており[1]、エレクトロニクス用途への適用が待たれます。

いずれも現状では蒸着などの物理的手法で合成されることが多く、選択性・収率共に改善の余地が残ります。両者とも有機化学的な手法を用いれば高選択的・高収率での合成も不可能ではないと思われることから、その確立にも期待が高まります。

参考文献

[1] 東芝レビュー Vol.66 No.2 (2011), p.46-49.

関連リンク

PC Watch

関連書籍

berg

berg

投稿者の記事一覧

化学メーカー勤務。学生時代は有機をかじってました⌬
電気化学、表面処理、エレクトロニクスなど、勉強しながら執筆していく予定です

関連記事

  1. アスピリンの合成実験 〜はじめての化学合成〜
  2. 「自分の意見を言える人」がしている3つのこと
  3. NMRデータ処理にもサブスクの波? 新たなNMRデータ処理ソフト…
  4. EDTA:分子か,双性イオンか
  5. ジアゾニウム塩が開始剤と捕捉剤を“兼務”する
  6. 化学系ブログのランキングチャート
  7. ボリルメタン~メタンの触媒的ホウ素化反応
  8. 原子3個分の直径しかない極細ナノワイヤーの精密多量合成

コメント、感想はこちらへ

注目情報

ピックアップ記事

  1. イミンを求核剤として反応させる触媒反応
  2. 生体外の環境でタンパクを守るランダムポリマーの設計
  3. 光C-Hザンチル化を起点とするLate-Stage変換法
  4. 有機合成反応で乳がん手術を改革
  5. 「副会長辞任する」国際組織に伝える…早大・松本教授
  6. トヨタ、世界初「省ネオジム耐熱磁石」開発
  7. PEG化合物を簡単に精製したい?それなら塩化マグネシウム!
  8. ケムステの記事が3650記事に到達!
  9. デヴィッド・エヴァンス David A. Evans
  10. 化学の力で複雑なタンパク質メチル化反応を制御する

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2020年10月
« 9月   11月 »
 1234
567891011
12131415161718
19202122232425
262728293031  

注目情報

注目情報

最新記事

ポンコツ博士の海外奮闘録 外伝② 〜J-1 VISA取得編〜

ポンコツシリーズ番外編 その2 J-1 VISA取得までの余談と最近日本で問題になった事件を経験した…

結合をアリーヴェデルチ! Agarozizanol Bの全合成

セスキテルペンAgarozizanol Bの全合成が初めて達成された。光照射下で進行するカスケード反…

有機合成化学協会誌2022年1月号:無保護ケチミン・高周期典型金属・フラビン触媒・機能性ペプチド・人工核酸・脂質様材料

有機合成化学協会が発行する有機合成化学協会誌、2022年1月号がオンライン公開されました。本…

第167回―「バイオ原料の活用を目指した重合法の開発」John Spevacek博士

第167回の海外化学者インタビューは、ジョン・スペヴァセック博士です。Aspen Research社…

繊維強化プラスチックの耐衝撃性を凌ぐゴム材料を開発

名古屋大学大学院工学研究科有機・高分子化学専攻の 野呂 篤史講師らの研究グループは、日本ゼオンと共同…

反応化学の活躍できる場を広げたい!【ケムステ×Hey!Labo 糖化学ノックインインタビュー②】

2021年度科学研究費助成事業 学術変革領域研究(B)に採択された『糖鎖ケミカルノックインが拓く膜動…

UiO-66: 堅牢なジルコニウムクラスターの面心立方格子

UiO-66 は六核ジルコニウムオキシクラスターを SBU に持ち、高い熱安定性 · 化学安定性を示…

危ない試薬・面倒な試薬の便利な代替品

実験室レベルでは、未だに危険な試薬を扱わざるを得ない場合も多いかと思います。tert…

赤外線の化学利用:近赤外からテラヘルツまで

(さらに…)…

【誤解してない?】4s軌道はいつも3d軌道より低いわけではない

3d 遷移金属は、多くが (3d)n(4s)2 という中途半端に 3d 軌道が埋まったまま 4s 軌…

Chem-Station Twitter

実験器具・用品を試してみたシリーズ

スポットライトリサーチムービー

PAGE TOP