JPS62234343A - 半導体配線材料用b,c含有a1合金 - Google Patents

半導体配線材料用b,c含有a1合金

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JPS62234343A
JPS62234343A JP7661786A JP7661786A JPS62234343A JP S62234343 A JPS62234343 A JP S62234343A JP 7661786 A JP7661786 A JP 7661786A JP 7661786 A JP7661786 A JP 7661786A JP S62234343 A JPS62234343 A JP S62234343A
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JP
Japan
Prior art keywords
alloy
alloying elements
electromigration
wiring material
alloy containing
Prior art date
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Pending
Application number
JP7661786A
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English (en)
Inventor
Susumu Sawada
沢田 進
Osamu Kanano
治 叶野
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Eneos Corp
Original Assignee
Nippon Mining Co Ltd
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Publication date
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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MO3型半導体の各電極の接続配線などに用い
る半導体配線材料用アルミニウム合金に関する。
[従来の技術] 半導体集積回路は近年急速に発展し、その機能の拡大と
ともに、各構成素子間を電気的に相互接続する薄膜金属
配線はさらに微細化、高密度化の傾向にある。
薄膜金属配線として現在Al蒸着膜が多く用いられてい
る。これはAlが (a)シリコンとのオーミック接触が容易に得られる。
(b)真空蒸着で導電性の良い膜となる。
(c)シリコンの酸化膜(Sin、)との密着性が良い
(d)化学的に安定でSin、と反応しない。
(e)フォトレジストによる加工が容易である。
(f)リードボンディング性が良い。
など総合的にみて有利であると考えられているからであ
る。蒸着用Al合金としては通常Al−1wt%Si合
金が用いられている。
[発明が解決しようとする問題点コ 一方、Al配線膜の欠点としては、 (a)エレクトロマイグレーションを起こし電流密度が
10’A/cm”以上になると断線する。スパッタリン
グや真空蒸着の際に特に段差のあるところでは均一な厚
さに成膜させることは難しく、第1図に示すように部分
的に薄い所3ができるとその部分の電流密度が高くなる
ために上記のエレクトロマイグレーションが発生し、そ
の部分から断線することがある。
(b)ヒロックと呼ばれる突起が発生し、近接配線間(
多層配線間の場合は層間)での短絡を起こす。
などがある。
[問題点を解決するための手段] エレクトロマイグレーションとは、高電流密度下でAl
原子が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、この結果配線の断面
積が減少し電流密度がさらに大きくなり、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。このAlJM
子の移動は通常Alの結晶粒界を伝わる粒界拡散によっ
て起こり粒界を何らかの析出物でふさいでしまえば粒界
拡散が起こり難くなりエレクトロマイグレーションによ
るボイドの発生及び成長を防止することができる。
次にヒロックは上記エレクトロマイグレーションにより
移動したAl[子が表面へ突起するものである。これを
防ぐにはボイドと同様1粒界を何らかの析出物でふさい
で粒界拡散が起こり難くすることが有効である。
以上のようにエレクトロマイグレーションによるボイド
やヒロックを防ぐには粒界に何らかの元素を析出させて
粒界拡散を抑制することが有効と考えられる1粒界への
析出を起こす合金元素はいくつかあるが、母相への溶解
度が大きい元素はAl合金の電気抵抗を上げてしまうた
め使用できない。従って、本発明者らは合金元素につい
て鋭意研究を重ねた結果、Ti、Zr、Hf、V、Nb
、Ta、Cr、Mo及びWからなる群より選ばれた1種
類又は2種類以上の合金元素M e tt B及びCと
一緒に添加すると粒界拡散抑止効果が大きいことを見い
だし、この知見に基づいて本発明をなすに至った。この
ことはMeとB及びCとの化合物であるM e B x
粒子及びM e Cx粒子が粒界拡散抑止に寄与してい
るためであると考えられる。
[発明の構成] すなわち、本発明は、 (1)Ti、Zr、Hf、V+ Nb、Ta、Cr。
Mo及びWからなる群より選ばれた1種類又は2種類以
上の合金元素を0.002〜0.7wt%。
8 0.002〜0.5wt%、G  0.002〜0
.5wt% 、残部Al及び不可避的不純物からなる半
導体配線材料用B、C含有Al合金及び (2)Ti、Zr、Hf、V+ Nb、Ta* Cr+
Mo及びWからなる群より選ばれた1種類又は2種類以
上の合金元素を0.002〜0.7wt%。
8 0.002〜0.5wt%、C0.002〜0.5
wt%e S x  O−5〜l−5wt% 。
残部Al及び不可避的不純物からなる半導体配線材料用
B、C含有Al合金を提供する。
[発明の効果] 本発明のB、C含有At合金はエレクトロマイグレーシ
ョンの防止、ヒロックの形成の防止に有効であり、半導
体集積回路の配線材料として極めて優れた材料である。
[発明の詳細な説明] 本発明の合金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。
本発明の合金組成のB及びCの各添加量が0゜002w
t%未満の場合は前記配線材料であるAl又はA l 
−S i合金に完全に固溶してしまいMeBx及びM 
e Cxが析出せず、また0、5wt%を超えると配線
の電気抵抗が大きくなり好ましくな−)ので添加量をB
、Cともに0.002〜0゜5wt%とする。l T’
i、Zr、Hf、V、Nb。
Ta、Cr、Mo及びWからなる群より選ばれた1種類
又は2種類以上の合金元素Meの添加量が0.002w
t%未漢の場合は前記配線材料であるAl又はAl−S
i合金に完全に固溶してしまいM e B x又はM 
e Cxが析出せず、また0、7wt%を超えると配線
の電気抵抗が大きくなり好ましくないので添加量を0.
002〜0.7wt%とする。さらに好ましくは本発明
のAl−Me−B−C合金にSiを添加して半導体Si
とAlの相互拡散を抑制することができる。、Siの添
加量が0.5%未満の場合はA 1− S iコンタク
ト部でのSiとAlの相互拡散の防止効果が小さく。
又、1.5wt%を超えると配線の電気抵抗が大きくな
り好ましくないので添加量を0.5〜1゜5wt%とす
る。
以上の半導体配線材料用アルミニウム合金は通常高純度
(99,999wt%)Al或いは高純度(99,99
9wt%)Siを溶解したAl−Si合金に、Ti、Z
r、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo及びWからなる
群より選ばれた1種類又は2種類以上の合金元素Meと
、高純度(99,95wt%)の1品Bと、Ct−Al
C。
SiC及びM e Cxなどとして、大気中で溶解鋳造
し、次にこの鋳造材をそのまま機械加工して真空蒸着材
又はスパッタリング用ターゲツト板とすることができる
。このようにして作成されたターゲツト板は上記の鋳造
の際にMe、B及びCの一部がM e B x及びM 
e Cxとなって、これらMeBX及びM a Cxが
核効果を起こし、鋳造組織を微細化するとともに鋳造材
に残存するMe、B及びCが多いためにスパッタリング
又は真空蒸着による薄膜の均一性に非常に優れており、
さらにまた、この薄膜において前記のMe、B及びCが
MeBx及びM s Cxとなって結晶粒界に析出しエ
レクトロマイグレーションによるボイドやヒロック形成
の防止に極めて有効に作用する。なお、鋳造材のかわり
に鋳造機所定の形状に加工しそれをさらに熱処理してス
パッタリング又は真空蒸着材とすることもできる。この
場合熱処理によって再結晶化するとM a B x及び
M e Cxが析出して核効果により結晶が微細化し、
スパッタリング又は真空蒸着材の組織の均一性が向上す
る。これによって薄膜の均一性を向上させることもでき
る0次に実施例について説明する。
[実施例コ 高純度(99,999wt%)Al又は高純度Al−S
i合金、高純度(99,95wt%)の結晶B、高純度
(99,95wt%)のAlC及びT ig Z r 
g Hf t V v N b g T a g Cr
 +Mo、Wからなる群より選ばれた1種類又は2種類
以上の高純度金属Meを第1表に示す組成に調整した後
、高純度アルミするつぼ内へ装入し抵抗加熱炉で大気中
で溶解した。溶解後、所定の鋳型へ鋳造した。鋳造材は
そのまま機械加工により切削、研磨して所定の形状にし
スパッタリング用ターゲツト板とした。
上記ターゲツト板を用いてシリコン基板上に幅6ミクロ
ン、長さ380ミクロンのスパッタリング蒸着膜を形成
した。この薄膜の特性を調べるために温度175℃で連
続して電流密度1x10” A / c m”の電流を
流した。その時の平均の故障発生に至る時間(平均故障
時間)を第1表に示す。
同じく第1表には比較例として純Al、Al−CU合金
及びAl−Cu−Si合金についての試験結果も示す。
以上の第1表から明らかなように従来の純Al、Al−
Cu合金及びAl−Cu−Si合金に比較して1本発明
のAl−Me−B−C合金及びA l −S i −M
 e −B −C合金による蒸着配線膜の高温、連続通
電下における平均故障時間は大幅に改善され、A l 
−Cu −S i合金の2倍以上となっている。このよ
うに本発明のA l −M e −B−C合金及びA 
I −S i −M e −B −C合金はエレクトロ
マイグレーションによるボイドやヒロックの形成の防止
に有効であり、半導体集積回路用配線材料として極めて
優れた材料であることがわかる。
【図面の簡単な説明】
第1図はシリコン基板上にAl配線膜を蒸着した部分の
断面図である。 1:シリコン基板 2:Al配線膜

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo
    及びWからなる群より選ばれた1種類又は2種類以上の
    合金元素を0.002〜0.7wt%、B0.002〜
    0.5wt%、C0.002〜0.5wt%、残部Al
    及び不可避的不純物からなる半導体配線材料用B、C含
    有Al合金。
  2. (2)Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo
    及びWからなる群より選ばれた1種類又は2種類以上の
    合金元素を0.002〜0.7wt%、B0.002〜
    0.5wt%、C0.002〜0.5wt%、Si0.
    5〜1.5wt%、残部Al及び不可避的不純物からな
    る半導体配線材料用B、C含有Al合金。
JP7661786A 1986-04-04 1986-04-04 半導体配線材料用b,c含有a1合金 Pending JPS62234343A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02297936A (ja) * 1989-05-12 1990-12-10 Oki Electric Ind Co Ltd 半導体装置の配線用アルミニウム合金材料
US6465376B2 (en) 1999-08-18 2002-10-15 International Business Machines Corporation Method and structure for improving electromigration of chip interconnects

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