JPS62235454A - 半導体配線材料用N含有Al合金 - Google Patents

半導体配線材料用N含有Al合金

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JPS62235454A
JPS62235454A JP7553586A JP7553586A JPS62235454A JP S62235454 A JPS62235454 A JP S62235454A JP 7553586 A JP7553586 A JP 7553586A JP 7553586 A JP7553586 A JP 7553586A JP S62235454 A JPS62235454 A JP S62235454A
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JP
Japan
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alloy
wiring material
alloying elements
electromigration
wiring
Prior art date
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Pending
Application number
JP7553586A
Other languages
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】 [産業上の利用分野コ 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。
(c)シリコンの酸化膜(S i O−)との密着性が
良い。
(d)化学的に安定でSiO□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] 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/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。
などがある。
[問題点を解決するための手段] エレン1−ロマイグレーシヨンとは、高電流密度下でA
l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!
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及びCr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N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Nとの化合物
であるM e N 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)Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta及びCr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%、N0.002〜0.5wt
% 、残部Al及び不可避的不純物からなる半導体配線
材料用N含有Al合金及び (2)Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta及びCr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%、N0.002〜0.5wt
% 、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N含有Al合
金を提供する。
[発明の効果コ 本発明のN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] 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N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 N 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。Ti、Zr。
Hf、V、Nb、Ta及びCr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0.0
02wt%未滴の場合は前記配線材料であるAl又はA
l−Si合金に完全に固溶してしまいM e N 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 −N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Al−3i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−8i合金に、Ti、Z
r、Hf、V、Nb、Ta及びCr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、NをAl
N、SiN及びM e N x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、Nの一部がM e N xとなって、このM 
e N 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 。
Nが多いためにスパッタリング又は真空蒸着による′簿
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、NがM e N 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 N 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0
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−8
i合金、高純度(99,95wt%)のAlN及びTi
、Zr、Hf、V、Nb、Ta。
Cr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。
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金合
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比較して、本発明のA 
l − M e − N合金及びAl−8Al−8i−
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−5i合金の2倍以上となっている。このよう
に本発明のAl−Me−N合金及びA l − S i
 − M e − N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)Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta及びCr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%、N0.002〜0.5wt
    %、残部Al及び不可避的不純物からなる半導体配線材
    料用N含有Al合金。
  2. (2)Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta及びCr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%、N0.002〜0.5wt
    %、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N含有Al合金。
JP7553586A 1986-04-03 1986-04-03 半導体配線材料用N含有Al合金 Pending JPS62235454A (ja)

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