JPS62235452A - 半導体配線材料用B含有Al合金 - Google Patents

半導体配線材料用B含有Al合金

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JPS62235452A
JPS62235452A JP7553386A JP7553386A JPS62235452A JP S62235452 A JPS62235452 A JP S62235452A JP 7553386 A JP7553386 A JP 7553386A JP 7553386 A JP7553386 A JP 7553386A JP S62235452 A JPS62235452 A JP S62235452A
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JP
Japan
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alloy
alloying elements
wiring material
electromigration
wiring
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JP7553386A
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Susumu Sawada
沢田 進
Osamu Kanano
治 叶野
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Eneos Corp
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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MO8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。
(Q)シリコンの酸化膜(S i O2)との密着性が
良い。
(d)化学的に安定でS i O2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がらであ
る。蒸着用Δ1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、At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/ c m2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Al原子
の移動は通常AI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、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をB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との化合物であるM e B x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) Z r + Hf HV r N b s T
 a t Cr t M 。
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% 、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含有Al合金       及び (2)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%、B0.002〜0.5
wt% 、Si  0.5〜1.5wt% 、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含有A
l合金を提供する。
[発明の効果] 本発明のB含有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。
[発明の詳細な説明コ 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の添加量が0.002wt%未滴
の場合は前記配線材料であるAl又はAl−Si合金に
完全に固溶してしまいM e B x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0.002〜0.5wt%とす
る。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
.002wt%未滴の場合は前記配線材料であるAl又
はAl−3i合金に完全に固溶してしまいM e B 
x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A 
l −M e −B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 l −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−5i合金に、Zr、H
f、V、Nb、Ta、Cr HM O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%)の結晶B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Me、Bの一部がM e B xとなって、こ
のM e B x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M e 。
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Me、BがM e B x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後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 e
 B x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Al−5
i合金、高純度(99,95wt%)の結晶B及びZr
、Hf、V、Nb、Ta、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。この簿膜の特性を調べるために温度175℃で連
続して電流密度lXl0’ 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AI、AL−CU合金
及びAl−Cu−8i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−3i合金に比較して、本発明
のA l −M e −B合金及びAl−3Al−3i
−合金による蒸着配線膜の高湿。
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AI−Me−B合金及びAl−8A
l−8i−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
【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)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%、B0.002〜0.5
    wt%、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含有Al合金。
  2. (2)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%、B0.002〜0.5
    wt% 、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含有Al合金
JP7553386A 1986-04-03 1986-04-03 半導体配線材料用B含有Al合金 Granted JPS62235452A (ja)

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