JPH02297937A

JPH02297937A - 半導体装置の配線用アルミニウム合金材料

Info

Publication number: JPH02297937A
Application number: JP11729989A
Authority: JP
Inventors: Shoji Madokoro; 間所　昭次; Yusuke Harada; 原田　裕介; Atsushi Nomura; 淳野村; 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: JP2684622B2

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、半導体装置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−３Ｌ、更には純Ａ＋若しくはＡｌ−３ｉ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Ａｌ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図に示すように、ＤＣマグネトロンスパッタ装置の
中にトランジスタ、キャパシタ等の素子を形成したＳｉ
基仮ｌを入れ、Ａｒガスを導入してそのガス圧を（１〜
１０ａｎＴｏｒｒ　）に制御した後、ＤＣ電力をＡｌ−
２％Ｓｉターゲット６に印加し、Ｓｊ基板１上の素子の
上に、膜厚１μｍのＡｌ−２％５ｉｌｌを堆積する。次
いで、パターン形成することによりＡｌｅｉ！、腺を得
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はターゲットである。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、従来の半導体装置におけるＡｌ−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、
配線の断面積が瀘少し、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ＡＩ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−３ｉ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
良とヒロツクによる不良を除去し、信顛性の高い半導体
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、ＡＩを母体とするＡ
ｌ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重看％、Ｃｕ　ｅＯ，１重量％
〜４．０重量％、Ｈ「を０．００２　ｆｆＵ量％〜０．
８重量％の全てを添加した４元素系Ａｌ合金の組成を有
するようにしたものである。

（作用）本発明によれば、上記したように、Ａｌ−５ｉ組成合金
にＣｕ、Ｈｆの２元素を添加してＡｌ−５ｉ−Ｃｕ−Ｈ
ｆの４元素ＡＩ系合金としたので、これを半導体装置の
配線材料として用いると、エレクトロマイグレーシラン
耐性の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、ＡＩ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０．１重量％〜４．０重量％、Ｈｆを０
．００２重量％〜０．８重量％の全てを添加した４元素
系ＡＩ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Ｓ＋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Ｓｔ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という理由による。

逆に、Ｃｕの添加量が４．０重量％以上になると、Ａｌ
中へのＣｕの均一分布がくずれてＣｕが析出する。また
、配線のエツチングも困難になる。更に、Ｈｆを０．０
０２重量％〜０．８重量％にするのは、この値がエレク
トロマイグレーションの防止に特に有効であるとともに
、Ｈｆの添加量が０．８重量％以上になると、その製造
が困難になって（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％Ｈｆからなる組成のＡｌ合金ターゲットを、
第２図に示すＤＣマグネトロンスパッタ装置に取付け、
そのベース圧を２　Ｘ　１０−　’Ｔｏｒｒ以下になる
ように真空排気した後、Ａｒガスを導入し、装置内のガ
ス圧を５　ｍｍＴｏｒｒに制御する。

次に、Ｓｉｏｗｌｙ％を堆積させたＳｉ基板ｌを、１０
０°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、Ｓｉ０ｇ膜上にＡｌ−３ｉ
　　Ｃｕ−Ｈｆ膜を１μｍ堆積させる。

それから、フォトリソ及びエンチングによりパターンを
形成した後、窒素ガス中で、４００°Ｃ１３０分の熱処
理を行う。

最後に、Ａｌ−３ｉ−Ｃｕ−Ｈｆ膜上に保護膜としての
ＰＳＧ膜を堆積させる。

このＡｌ−３Ｌ−Ｃｕ−Ｈｆｌｌ！ｉの合金配線材料と
してのエレクトロマイグレーション寿命を第１図に示す
。

ここで、−ＴＴＦは配線幅１．０μｍの配線の平均寿命
（時間）であり、電流密度５　Ｘ　１０”　Ａ　／ｃｄ
、配線温度２００°Ｃの試験条件下における結果である
。

比較のために、Ａ　ｌ−０，７重量％Ｓｉ、Ａｌ−１重
量％Ｓ　ｉ−０，５重量％Ｃｕ、及び本発明におけるＡ
ｌ−１重量％Ｓ　ｉ−０，５重量％Ｃｕ−０，０２重量
％Ｈｆの合金配線材料の場合を示している。

この図より明らかなように、Ａｌ−５ｉ−Ｃｕ−Ｈｆ膜
は、Ａｌ−５ｉｌｌｌ、Ａｌ−３ｔ−Ｃｕ膜と比較して
はるかに長寿命である。

従って、本発明のＡＩ　−３１−Ｃｕ−Ｈｆ１ｌは、半
導体装置の配線用材料として用いると、従来組成のＡｌ
合金膜に比してより良好な特性を示す。

なお、本発明は上記実施例に限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−５ｉ−Ｃｕ−Ｈｆの組成からなる４元素系合
金としたので、半導体装置の配線材料としてこれを用い
ると、エレクトロマイグレーション耐性の向上を図るこ
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
材料のエレクトロマイグレーション寿命を示す図、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）’ｔ　；ｉ”Ｓ　度　
：　　５ｘｆＯＣＡ／ｃｍ２〕記線ｍ度　・　２００　
　　（’（：’）配線幅：　ｆ、ＯＣ，ｔｔｙｙｔ〕本堤日月の合金配ｖＬ穢半斗ｎエレクトロマグし一ショ
ン力命をホｆ図第１図Ａｒ−がス ■ ＤＣマグネトロン又バ、ツタ装置の填成区第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％の全てを添加した４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。