JPS62235451A - 半導体配線材料用Ａｌ合金 - Google Patents
半導体配線材料用Ａｌ合金Info
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- JPS62235451A JPS62235451A JP7553286A JP7553286A JPS62235451A JP S62235451 A JPS62235451 A JP S62235451A JP 7553286 A JP7553286 A JP 7553286A JP 7553286 A JP7553286 A JP 7553286A JP S62235451 A JPS62235451 A JP S62235451A
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Landscapes
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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。
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。
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。
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。
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（Ｓ ｉ Ｏ２）との密着性が
良い。
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。
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］
一方、ＡＩ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窩くなる
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。
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窩くなる
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。
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Ａｌ原子
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
散が起こり難くなリ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。
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Ａｌ原子
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
散が起こり難くなリ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原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、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。
移動したＡｌ原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、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。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及びＢはＡｔへの固溶限
がどちらも小さくまたＴｉとＢとの全屈間化合物である
ＴｉＢ２粒子が粒界拡散抑止効果が大きく、さらに従来
から知られているエレクトロマイグレーションの防止に
効果のある金属元素であるＣｕ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｎ
ｉ、Ｈｆ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｔａ、Ａｕ及びＡｇ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少量添
加すると粒界拡散抑止効果が一層大きくなり、エレクト
ロマイグレーション防止効果が高まることを見いだし、
この知見に基づいて本発明をなすに至った。
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。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及びＢはＡｔへの固溶限
がどちらも小さくまたＴｉとＢとの全屈間化合物である
ＴｉＢ２粒子が粒界拡散抑止効果が大きく、さらに従来
から知られているエレクトロマイグレーションの防止に
効果のある金属元素であるＣｕ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｎ
ｉ、Ｈｆ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｔａ、Ａｕ及びＡｇ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少量添
加すると粒界拡散抑止効果が一層大きくなり、エレクト
ロマイグレーション防止効果が高まることを見いだし、
この知見に基づいて本発明をなすに至った。
［発明の構成］
すなわち、本発明は。
（１）Ｃｕ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｈｆ、Ｓｎ、Ｉ
ｎ、Ｔａ＋ΔＵ及びＡｇ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ｏ、。
ｎ、Ｔａ＋ΔＵ及びＡｇ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ｏ、。
００１〜０．０２ｗｔ％、Ｔｉ ０． ００２〜０
゜５ｗｔ％ 、８ ０．００２〜０．５ｗｔ％
。
゜５ｗｔ％ 、８ 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
Ａｌ合金 及び （２）Ｃｕ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｈｆ、Ｓｎ、Ｉ
ｎ、Ｔａ、Ａｕ及びＡｇ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０１０００１〜０．０２ｗ
ｔ％、Ｔｉ ０．００２〜０゜５ｗｔ％ 、Ｂ ０
．００２〜０．５ｗｔ％ 。
Ａｌ合金 及び （２）Ｃｕ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｈｆ、Ｓｎ、Ｉ
ｎ、Ｔａ、Ａｕ及びＡｇ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０１０００１〜０．０２ｗ
ｔ％、Ｔｉ ０．００２〜０゜５ｗｔ％ 、Ｂ ０
．００２〜０．５ｗｔ％ 。
Ｓｉ ０．５〜１．５ｗｔ％ 、残部Δ１及び不可避
的不純物からなる半導体配線材料用人１合金を提供する
。
的不純物からなる半導体配線材料用人１合金を提供する
。
［発明の効果］
本発明のＡｌ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。
、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また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。
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Ｔｉ及びＢの添加量が０゜００２ｗ
ｔ％未満の場合は前記配線材料であるＡｌ又はＡｌ−Ｓ
ｉ合金に完全に固溶してしまいＴｉＢ２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
好ましくないので添加量をＴｉ ０．００２〜０．５
ｗｔ％ 、Ｂ０．００２〜０．５ｗｔ％とする。またＣ
ｕ、Ｃ。
ｔ％未満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ＴｉＢ２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
好ましくないので添加量をＴｉ ０．００２〜０．５
ｗｔ％ 、Ｂ０．００２〜０．５ｗｔ％とする。またＣ
ｕ、Ｃ。
ｒ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｈｆ、Ｓｎ、Ｉｎ＋ ＴａｔＡ
ｕ及びＡｇ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ｏ、ｏｏ。
ｕ及びＡｇ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ｏ、ｏｏ。
１ｗｔ％未満の場合は全くエレクトロマイグレーション
の防止に効果がなく、０．０２ｗｔ％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０．０
００１〜０．０２ｗｔ％とする。さらに好ましくは本発
明のＡｌ−Ｔｉ−Ｂ−Ｍｅ金合金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Ａｌ−Ｓｉコンタクト部
でのＳｉとＡＩ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（９９，９
９９ｗｔ％）Ｓｉを溶解したＡｌ−Ｓｉ合金にエレクト
ロンビーム溶解等により精製した高純度（９９，９９９
ｗｔ％）Ｔｉと高純度（９９，９５ｗｔ％）の結晶Ｂと
Ｃｕ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｈｆ、Ｓｎ、Ｉｎ。
の防止に効果がなく、０．０２ｗｔ％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０．０
００１〜０．０２ｗｔ％とする。さらに好ましくは本発
明のＡｌ−Ｔｉ−Ｂ−Ｍｅ金合金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Ａｌ−Ｓｉコンタクト部
でのＳｉとＡＩ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（９９，９
９９ｗｔ％）Ｓｉを溶解したＡｌ−Ｓｉ合金にエレクト
ロンビーム溶解等により精製した高純度（９９，９９９
ｗｔ％）Ｔｉと高純度（９９，９５ｗｔ％）の結晶Ｂと
Ｃｕ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｈｆ、Ｓｎ、Ｉｎ。
Ｔａ、Ａｕ及びＡｇ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
Ｔｉ、Ｂの一部がＴｉＢ２となって、このＴｉＢ、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Ｔｉ、Ｂ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Ｔｉ、ＢがＴｉＢ２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の防
止に効果のある金属元素Ｍｅの効果と相まって、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ＴｉＢ、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。
２種類以上の高純度金属Ｍｅを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
Ｔｉ、Ｂの一部がＴｉＢ２となって、このＴｉＢ、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Ｔｉ、Ｂ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Ｔｉ、ＢがＴｉＢ２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の防
止に効果のある金属元素Ｍｅの効果と相まって、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ＴｉＢ、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。
次に実施例について説明する。
［実施例］
高純度（９９，９９９ｗｔ％）Ａｌ又は高純度Ａ ｌ
−Ｓ ｉ合金、エレクトロンビーム溶解により精製した
高純度（９９，９９９ｗｔ％） ’ｒ ｘ を高純度（
９９，９５ｗｔ％）の結晶Ｂ及びＣｕ。
−Ｓ ｉ合金、エレクトロンビーム溶解により精製した
高純度（９９，９９９ｗｔ％） ’ｒ ｘ を高純度（
９９，９５ｗｔ％）の結晶Ｂ及びＣｕ。
Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｎｉ＊ Ｈｆ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｔａ、
Ａｕ、Ａｇ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。
Ａｕ、Ａｇ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ｌＸ１０’Ａ／ｃｍ”の電流を流した。
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ｌＸ１０’Ａ／ｃｍ”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。
第１表に示す。
同じく第１表には比較例として純Ａｌ、Ａｌ−ＣＵ金合
金びＡ Ｉ −Ｃｕ −Ｓ ｉ合金についての試験結果
も示す。
金びＡ Ｉ −Ｃｕ −Ｓ ｉ合金についての試験結果
も示す。
この第１表から明らかなように従来の純Ａｌ。
Ａ ｌ −Ｃｕ合金及びＡ Ｉ −Ｃｕ −Ｓ ｉ合金
に比較して、本発明のＡ １− Ｔ ｉ −Ｂ −Ｍ
ｅ合金及びＡｌ− Ｓ ｉ −Ｔ ｉ −Ｂ −Ｍ ｅ
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菩され、Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉ合金の２
倍以上となっている。このように本発明のＡｒ−Ｔｉ−
Ｂ−Ｍ ｅ合金及びＡｌＡｌ−５ｉ−Ｔｉ−Ｂ−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。
に比較して、本発明のＡ １− Ｔ ｉ −Ｂ −Ｍ
ｅ合金及びＡｌ− Ｓ ｉ −Ｔ ｉ −Ｂ −Ｍ ｅ
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菩され、Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉ合金の２
倍以上となっている。このように本発明のＡｒ−Ｔｉ−
Ｂ−Ｍ ｅ合金及びＡｌＡｌ−５ｉ−Ｔｉ−Ｂ−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。
以下余白
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
断面図である。 １：シリコン基板 ２：Ａｌ配線膜
Claims (2)
- （１）Ｃｕ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｈｆ、Ｓｎ、Ｉ
ｎ、Ｔａ、Ａｕ及びＡｇ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０．０００１〜０．０２ｗ
ｔ％、Ｔｉ０．００２〜０．５ｗｔ％、Ｂ０．００２〜
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
Ａｌ合金。 - （２）Ｃｕ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｈｆ、Ｓｎ、Ｉ
ｎ、Ｔａ、Ａｕ及びＡｇ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０．０００１〜０．０２ｗ
ｔ％、Ｔｉ０．００２〜０．５ｗｔ％、Ｂ０．００２〜
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Ａｌ合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7553286A JPS62235451A (ja) | 1986-04-03 | 1986-04-03 | 半導体配線材料用Ａｌ合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7553286A JPS62235451A (ja) | 1986-04-03 | 1986-04-03 | 半導体配線材料用Ａｌ合金 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62235451A true JPS62235451A (ja) | 1987-10-15 |
Family
ID=13578919
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7553286A Pending JPS62235451A (ja) | 1986-04-03 | 1986-04-03 | 半導体配線材料用Ａｌ合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62235451A (ja) |
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- 1986-04-03 JP JP7553286A patent/JPS62235451A/ja active Pending
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