マテリアル工学科　大貫仁教授：材料研究が日本最大の電子･情報産業市場を支える

■	先生が研究なさっている「次世代ＵＬＳＩ用配線材料」について教えてください。

ＬＳＩというのは、トランジスタ、ダイオード、抵抗、コンデンサで構成される素子を、単結晶シリコン板の表面に組み込み、それらを金属膜配線でつないだものです。ＬＳＩはどんどん集積化することで性能が上がります。ＬＳＩのなかでも、素子が1000万個を超えるものを「ＵＬＳＩ」と呼びます。
私の専門はＬＳＩの配線です。配線の性能と信頼性は、そのままＬＳＩの性能と信頼性になるといっても過言でありません。素子をつなぐ配線間の距離が微細であるほど、電子が素早くめぐり、ＬＳＩの性能は上がります。

ところで、配線材料はいま銅が主流ですが、以前はアルミが使われていました。ＬＳＩを高速で動かすということは、電流をできるだけたくさん流すということ。しかしアルミは、電流を沢山流すと断線してしまうんです。なぜかつてはアルミが使われていたかというと、「プロセス・コンパチビリティー」といって、基盤のシリコンと相性がいいためです。しかし抵抗という点で限界が見えてしまった。その点、銅はアルミよりも抵抗が低く、それだけ効率アップが期待できます。

しかし最近、微細化を図るだけでは、効率化に限界があるということがわかってきたんです。配線幅は狭い方が効率がいいわけですが、その距離が100ナノメートル（ナノ＝1ミリの100万分の１）の領域になると、全く予想できないようなことが起こったんです。それは、「電子の散乱」という現象です。電子が散乱するために抵抗が上がり、効率が落ちてしまう。
では、散乱を防ぐにはどうしたらいいか。散乱が起きるのは、銅の結晶粒の境目ということがわかっています。つまり、銅の結晶と結晶の境界である「粒界」付近が障害となり、そこを通る電子がぶつかることで散乱が起きるんです。

解決方法は２つあって、銅の結晶粒を大きくしてやる方法が一つ。もう一つは電子ができるだけスムーズに粒界を通過できるよう、粒界部分の構造を工夫する方法です。原子の構造制御、もしくは粒界の制御という手法で、次世代の高性能ＵＬＳＩを実現したいと考えています。
世の中は配線の微細化によるＬＳＩの効率アップは限度が見え始めたという説もあります。でも、私は解決方法があると信じていますし、実際にその打開策の可能性をつかみ、既に検証に入っています。

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