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Info
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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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Landscapes
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- Physical Vapour Deposition (AREA)
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。
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。
(Q)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。
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。
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
。
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。
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。
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。
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。
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。
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 。
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。
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。
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。
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。
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。
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 。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
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)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)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
。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7553386A JPS62235452A (ja) | 1986-04-03 | 1986-04-03 | 半導体配線材料用B含有Al合金 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7553386A JPS62235452A (ja) | 1986-04-03 | 1986-04-03 | 半導体配線材料用B含有Al合金 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62235452A true JPS62235452A (ja) | 1987-10-15 |
JPH0448854B2 JPH0448854B2 (ja) | 1992-08-07 |
Family
ID=13578944
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7553386A Granted JPS62235452A (ja) | 1986-04-03 | 1986-04-03 | 半導体配線材料用B含有Al合金 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS62235452A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04323872A (ja) * | 1991-04-23 | 1992-11-13 | Kobe Steel Ltd | 液晶ディスプレイ用半導体装置材料及び液晶ディスプレイ用半導体装置材料製造用溶製スパッタリングターゲット材料 |
JPH04323871A (ja) * | 1991-04-23 | 1992-11-13 | Kobe Steel Ltd | 耐熱性に優れた液晶ディスプレイ用配線電極薄膜材料 |
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US5976641A (en) * | 1991-03-07 | 1999-11-02 | Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho | A1 alloy films and melting A1 alloy sputtering targets for depositing A1 alloy films |
US6264813B1 (en) | 1996-12-04 | 2001-07-24 | Aluminum Pechiney | Cathodic sputtering targets made of aluminum alloy |
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JPS619536A (ja) * | 1984-06-21 | 1986-01-17 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ボンディングワイヤ用アルミ合金細線の製造方法 |
-
1986
- 1986-04-03 JP JP7553386A patent/JPS62235452A/ja active Granted
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