JPH02297936A

JPH02297936A - 半導体装置の配線用アルミニウム合金材料

Info

Publication number: JPH02297936A
Application number: JP11729889A
Authority: JP
Inventors: Shoji Madokoro; 間所　昭次; Hiroshi Tetsuda; 鉄田　博; Eiichi Umemura; 梅村　栄一; Susumu Sawada; 澤田　進
Original assignee: Nippon Mining Co Ltd; Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd; Eneos Corp
Priority date: 1989-05-12
Filing date: 1989-05-12
Publication date: 1990-12-10
Anticipated expiration: 2012-12-03
Also published as: JP2684621B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、半導体装！の配線用アルミニウム合金材料に
係り、特にその組成に関するものである。

（従来の技術）従来、このような分野の先行技術としては、例えば、特
開昭６２−２３４３４４号に記載されるものがあった。

従来のスパッタ装置に用いられるアルミニウム合金ター
ゲットの組成としては、純Ａｌ、並びにＳｉを添加した
Ａｌ−３ｔ、更には純Ａｌ若しくはＡｌ−３ｔにＣｕ、
Ｍｇ、Ｔｉ、Ｐｄ等のいずれか一つの元素を添加したも
の、あるいは二つ以上添加したものとがあった。そして
、上記Ａｔ合金組成をターゲットに用いたスパッタ装置
により、各種基板上へ成膜していた。その−例として、
半導体素子へ応用した例を以下に示す。

第２図のＤＣマグネトロンスパック装置の中ににトラン
ジスタ、キャパシタ等の素子を形成したＳｉ基板ｌを入
れ、Ａｒガスを導入してそのガス圧を（１〜１０ｍｍＴ
ｏｒｒ）に制御した後、ＤＣ電力をＡｌ−２％Ｓｔター
ゲット６に印加し、Ｓｉ基板１上の素子の上に膜厚１μ
ｍのＡｌ−２％Ｓｉ膜を堆積する０次いで、パターン形
成することによりＡｌ配線を得る。

第２図において、２は高周波バイアスプレート兼ヒータ
ブロック、３はサーモカップル、４は高周波マツチング
装置、５はアノード、６はターゲントである。

（発明が解決しようとする課＃Ｊ）しかしながら、従来の半導体装置におけるＡｔ−３ｉ配
線は、配線幅の微細化に伴い、エレクトロマイグレーシ
ョン不良が顕著となったり、熱処理によるＡｌヒロック
の発生が原因で多層配線の眉間ショート不良を引起し易
いという問題点があった。

ここで、エレクトロマイグレーションとはＡｌ原子が高
電流密度下で電子と衝突することにより、運動エネルギ
ーを得て電子の動く方向に移動するために、Ａｌ原子の
移動した跡に原子空孔（ボイド）が発生し、その結果、
配線の断面積が減少し、電流密度が更に大きくなり、ジ
ュール熱などによる温度上昇が生じてボイドの成長がま
すます加速され、ついには断線に至る現象である。

また、ヒロックとは、上記エレクトロマイグレーション
により移動したＡｌ原子が表面へ突出し、突起を形成し
たものや、熱処理を受けた際にＡｌ配線の応力が緩和さ
れる結果、突起を形成するものの両者を意味する。

本発明は、従来のＡｌ−３ｔ合金膜を半導体素子の配線
に適用した場合に起こるエレクトロマイグレーション不
良とヒロックによる不良を除去し、信頼性の高い半導体
装置の配線用アルミニウム合金材料を提供することを目
的とする。

（課題を解決するための手段）本発明は、上記目的を達成するために、半導体装置の配
線用アルミニウム合金材料として、Ａｌを母体とするＡ
ｌ合金であって、これに添力Ｕする元素として、Ｓｉを
ｏ、ｏｏｉ重景重量３，０重量％、Ｃｕを０．１重量％
〜４．０１１％、Ｈｆを０．００２重量％〜０．８重量
％、Ｂを０．００２重世％〜０．８重世％の全てを添加
した５元素系Ａｌ合金の組成を得るようにしたものであ
る。

（作用）本発明によれば、上記のように、Ａｌ合金組成をＡｌ−
３ｔ−Ｃｕ−Ｈｆ−Ｂの組成からなる５元素系Ａｌ合金
としたので、これを半導体装置の配線材料として用いる
と、ヒロックの抑制とエレクトロマイグレーションの耐
性向上を図ることができる。

（実施例）以下、本発明の実施例について図面を参照しながら詳細
に説明する。

本発明のアルミニウム合金材料は、スパッタリング又は
真空蒸着により半導体装置の配線材料として用いられる
。そして、Ａｌを母体とするＡｌ合金であって、これに
添加する元素として、Ｓｉを０．００１重量％〜３．０
重量％、Ｃｕをｏ、ｉ重量％〜４．０重量％、Ｈｆを０
．００２重量％〜０．８重量％、Ｂを０．００２重量％
〜０．８重量％の全てを添加した５元素系Ａｌ合金の組
成を有することを特徴としている。

本発明の合金組成のＳｉ添加量の下限が０．００１重量
％となっているのは、この配線の下部にバリアメタルを
敷くような場合には、微量でよいからである。しかし一
般的には、シリコンの固相エピタキシャル層の防止のた
めに３１の添加が必要である。このＳｉの添加量が３．
０重量％以上になると、配線の電気抵抗が増加して好ま
しくない。また、Ｃｕの添加量の下限が０．１重量％と
なっているのは、この値がストレスマイグレーションの
寿命を改善できる最小濃度であるからであり、また、Ｃ
ｕの添加量が４．０重置％以上になると、Ａｌ中へのＣ
ｕの均一分布が難しくなり、Ｃｕが析出する。また、配
線のエツチングも困難になる。更に、Ｈ「及びＢを０．
００２重量％〜０．８重量％にするのは、この値がエレ
クトロマイグレーシリン及びヒロック防止に特に有効で
あり、逆に、Ｈｆ及びＢの添加量が０．８重量％以上に
なると、製造も困難になってくるからである。

以下、本発明の合金材料を適用した場合の有意性につい
て説明する。

まず、Ａｌ−１重量％Ｓ　ｉ−０，５重量％Ｃｕ−０，
０２重量％Ｈｒ　−０，０４重量％Ｂからなる組成のＡ
ｌ合金ターゲットを、第２図のＤＣマグネトロンスバン
タ装置に取付け、そのベース圧を２ｘ１ｏ−’７ｏｒｒ
以下に真空排気した後、Ａｒガスを導入し、装置内のガ
ス圧を５　＋ｕ＋Ｔｏｒｒに制御する。次いで、ＳｉＯ
オ膜を堆積させたＳｉ基板ｌを１００°Ｃに加熱しなが
ら、ｌ０ＫＷのＤＣ電力をターゲット（カソード）６に
印加し、ＳｉＯ□膜上にＡｌ−３Ｌ−Ｃｕ−ＨＥ−Ｂ膜
を１μｍｆｌ積させる。それから、フォトリソ及びエツ
チングによりパターンを形成した後、窒素ガス中で４０
０　’Ｃ，３０分の熱処理を行う。

この熱処理後のＡｔヒロック発生数を、第１図に示す。

この図において、第１図（ａ）はＡｌ−１重量％Ｓｉの
場合、第１図（ｂ）はＡｌ−１重量％５ｉ−０，５重１
％Ｃｕの場合、第１図（ｃ）は本発明におけるＡｌ−１
重量％Ｓ　ｉ−０，５重量％Ｃｕ　−０，０２重量％Ｈ
ｆ−０，０４重量％Ｂの場合のヒロック発生数を示して
おり、ここで、横軸はヒロックの高さに人（１０００人
）、縦軸はヒロックの発生数を示している。なお、図中
、ｎはヒロックの発生総数である。

この図から明らかなように、Ａｌ−３ｉ−Ｃｕ−Ｈｆ−
Ｂ膜のヒロック数は、Ａｌ−３ｉ、Ａｔ−３ｉ−Ｃｕｌ
ｌ（Ｉのそれよりはるかに少ない。

また、高さ０．４　μｍ以上のヒロックの発生が見られ
ない。

更に、エレクトロマイグレーション寿命についてもＡｌ
−５Ｌ、Ａｌ　＝Ｓｉ−Ｃｕ膜の場合より長寿命である
。

従って、本発明のＡｌ−３ｉ−Ｃｕ−Ｈｆ　−Ｂ膜は半
導体装置の配線材料として用いると、従来組成のＡｌ合
金膜より良好な特性を示す。

なお、本発明は上記実施例に比定されるものではなく、
本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これ
らを本発明の範囲から排除するものではない。

（発明の効果）以上、詳細に説明したように、本発明によれば、Ａｌ合
金をＡｌ−３ｔ−Ｃｕ−Ｈｆ−Ｂの組成からなる５元素
元系合金とするようにしたので、半導体装置の配線材料
としてこれを用いると、ヒロック抑制とエレクトロマイ
グレーシランの耐性向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の半導体装置の配線用アルミニウム合金
材料のヒロック発生数を示す図、第２図はＤＣマグネト
ロンスパッタ装置の構成図である。特許出願人　沖電気工業株式会社（外１名）代理人　弁理士　　清　水　　守（外１名）Ａ７−カ′
スＤＣマク゛ネトロン又バフタ兼置／）構成図第２図

Claims

【特許請求の範囲】

　Ａｌを母体とするＡｌ合金で、これに添加する元素と
して、Ｓｉを０．００１重量％〜３．０重量％、Ｃｕを
０．１重量％〜４．０重量％、Ｈｆを０．００２重量％
〜０．８重量％、Ｂを０．００２重量％〜０．８重量％
の全てを添加した５元素系Ａｌ合金の組成を有すること
を特徴とする半導体装置の配線用アルミニウム合金材料
。