JPS62235453A - 半導体配線材料用Ｃ含有Ａｌ合金 - Google Patents
半導体配線材料用Ｃ含有Ａｌ合金Info
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- JPS62235453A JPS62235453A JP7553486A JP7553486A JPS62235453A JP S62235453 A JPS62235453 A JP S62235453A JP 7553486 A JP7553486 A JP 7553486A JP 7553486 A JP7553486 A JP 7553486A JP S62235453 A JPS62235453 A JP S62235453A
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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 Ｏ□）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１−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、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
ｌＯ’Ａ／ｃｍ２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。
ｌＯ’Ａ／ｃｍ２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。
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Ａ
Ｉ Ｊ）Ｘ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
。
Ｉ Ｊ）Ｘ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、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Ｃ
との化合物であるＭｅＣ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。
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、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Ｃ
との化合物であるＭｅＣ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。
［発明の構成コ
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％。
上の合金元素を０．００２〜０．７ｗｔ％。
Ｇ Ｏ，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Ｃ含有Ａｌ合金
及び （２）Ｔｉ、Ｚｒ、ｌ−１ｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ。
避的不純物からなる半導体配線材料用Ｃ含有Ａｌ合金
及び （２）Ｔｉ、Ｚｒ、ｌ−１ｆ、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％。
上の合金元素を０．００２〜０．７ｗｔ％。
ＣＯ，００２−０，５ｗｔ％ 、Ｓｉ０．５〜１．５ｗ
ｔ％ 、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなる半導体配
線材料用Ｃ含有Ａｌ合金を提供する。
ｔ％ 、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなる半導体配
線材料用Ｃ含有Ａｌ合金を提供する。
［発明の効果］
本発明のＣ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Ｃの添加量が０．００２ｗｔ％未満
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 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
しくないので添加量を０．００２〜０．５ｗｔ％とする
。Ｔｉ、Ｚｒ。
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 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
しくないので添加量を０．００２〜０．５ｗｔ％とする
。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Ｍｅの添加
量が０．００２ｗｔ％未満の場合は前記配線材料である
Ａｌ又はＡｌ−８ｉ合金に完全に固溶してしまいＭｅＣ
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Ａｌ
−Ｍｅ−Ｃ合金にＳｉを添加して半導体ＳｉとＡＩ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５９８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。
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％未満の場合は前記配線材料である
Ａｌ又はＡｌ−８ｉ合金に完全に固溶してしまいＭｅＣ
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Ａｌ
−Ｍｅ−Ｃ合金にＳｉを添加して半導体ＳｉとＡＩ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５９８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−８ｉ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
、ＣをＡＩＣ，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ラ１
−板は上記の鋳造の際にＭｅ、Ｃの一部がＭ ｅ Ｃｘ
となって、このＭ ｅ Ｃｘが核効果を起こし、ｖｊ造
組織を微細化するとともに鋳造材に残存するＭｅ、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、ＣがＭ ｅ Ｃｘとなって結晶粒界に析
出しエレク１−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 Ｃ
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。
（９９，９９９ｗｔ％）Ａｌ或いは高純度（９９，９９
９ｗｔ％）Ｓｉを溶解したＡｌ−８ｉ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
、ＣをＡＩＣ，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ラ１
−板は上記の鋳造の際にＭｅ、Ｃの一部がＭ ｅ Ｃｘ
となって、このＭ ｅ Ｃｘが核効果を起こし、ｖｊ造
組織を微細化するとともに鋳造材に残存するＭｅ、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、ＣがＭ ｅ Ｃｘとなって結晶粒界に析
出しエレク１−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 Ｃ
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。
［実施例コ
高純度（９９，９９９ｗｔ％）Ａｌ又は高純度Ａｌ−８
ｉ合金、高純度（９９，９５ｗｔ％）のＡＩＧ及びＴｉ
、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ。
ｉ合金、高純度（９９，９５ｗｔ％）のＡＩＧ及びＴｉ
、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。
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ｌＸｌ０’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ｌＸｌ０’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 ｌ −Ｃｕ −Ｓ ｉ合金についての試験結果
も示す。
金びＡ ｌ −Ｃｕ −Ｓ ｉ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−８ｉ合金に比較して、本発明
のＡ Ｉ −Ｍ ｅ −Ｃ合金及びＡｌ− Ｓ ｉ −
Ｍ ｅ −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、Ａｌ−Ｃｕ−
８ｉ合金の２倍以上となっている。このように本発明の
ＡＬ−Ｍｅ−Ｃ合金及びＡｌ−８Ａｌ−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。
Ｃｕ合金及びＡｌ−Ｃｕ−８ｉ合金に比較して、本発明
のＡ Ｉ −Ｍ ｅ −Ｃ合金及びＡｌ− Ｓ ｉ −
Ｍ ｅ −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、Ａｌ−Ｃｕ−
８ｉ合金の２倍以上となっている。このように本発明の
ＡＬ−Ｍｅ−Ｃ合金及びＡｌ−８Ａｌ−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）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％、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Ｃ含有Ａｌ合金。 - （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％、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Ｃ含有Ａｌ
合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7553486A JPS62235453A (ja) | 1986-04-03 | 1986-04-03 | 半導体配線材料用Ｃ含有Ａｌ合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7553486A JPS62235453A (ja) | 1986-04-03 | 1986-04-03 | 半導体配線材料用Ｃ含有Ａｌ合金 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62235453A true JPS62235453A (ja) | 1987-10-15 |
Family
ID=13578971
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7553486A Pending JPS62235453A (ja) | 1986-04-03 | 1986-04-03 | 半導体配線材料用Ｃ含有Ａｌ合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62235453A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6264813B1 (en) | 1996-12-04 | 2001-07-24 | Aluminum Pechiney | Cathodic sputtering targets made of aluminum alloy |
| US7550769B2 (en) * | 2004-06-11 | 2009-06-23 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Light emitting element, light emitting device and semiconductor device |
| GB2494352A (en) * | 2011-03-15 | 2013-03-06 | Shenzhen Sunxing Light Alloys Materials Co Ltd | Grain refiner for magnesium and magnesium alloy and preparation method thereof |
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1986
- 1986-04-03 JP JP7553486A patent/JPS62235453A/ja active Pending
Cited By (6)
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|---|---|---|---|---|
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