JPS62240733A - 半導体配線材料用b含有アルミニウム合金 - Google Patents
半導体配線材料用b含有アルミニウム合金Info
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- JPS62240733A JPS62240733A JP8218186A JP8218186A JPS62240733A JP S62240733 A JPS62240733 A JP S62240733A JP 8218186 A JP8218186 A JP 8218186A JP 8218186 A JP8218186 A JP 8218186A JP S62240733 A JPS62240733 A JP S62240733A
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Classifications
-
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/52—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames
- H01L23/522—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body
- H01L23/532—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body characterised by the materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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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MoS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蒸着暎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。
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、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/am2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。
10″’A/am2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
どによる湿度上昇が生じて、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
どによる湿度上昇が生じて、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5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5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」二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、Co。
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、Co。
Mn、Ni、Sn、In、Au及びΛg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M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1〜
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。
選ばれた1種類又は2種類以上の合金元素M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1〜
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1本発明は、
(1)Cu、Co、Mn、Nip Sn、I n、Au
及びΛg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0.0001〜0.02wt%、Zr、H
f、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0.00
2〜0.7wt%、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
含有アルミニウム合金 及び (2)Cu、C0.Mn、Ni、Sn、In、Au及び
Λg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0.0001〜0.02wt%、Zr、Hft
Vt 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%、B0.002〜0.5wt% 、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B含有アルミニウム合金を提
供する。
及びΛg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0.0001〜0.02wt%、Zr、H
f、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0.00
2〜0.7wt%、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
含有アルミニウム合金 及び (2)Cu、C0.Mn、Ni、Sn、In、Au及び
Λg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0.0001〜0.02wt%、Zr、Hft
Vt 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%、B0.002〜0.5wt% 、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B含有アルミニウム合金を提
供する。
[発明の効果]
本発明のB含有アルミニウム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。
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。
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Q、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Q、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 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。また、Cu、C0.Mn、Ni
、Sn。
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−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、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。また、Cu、C0.Mn、Ni
、Sn。
In、Au及びΛg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Mの添加量が0.0001wt%
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0.0001〜
0.02wt%とする。さらに好ましくは本発明のAl
−Me−B−M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−5i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、きくなり好ましく
ないので添加量を0.5〜1゜5 w t%とする。
2種類以上の合金元素Mの添加量が0.0001wt%
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0.0001〜
0.02wt%とする。さらに好ましくは本発明のAl
−Me−B−M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−5i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、きくなり好ましく
ないので添加量を0.5〜1゜5 w t%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%)At或いは高純度(99,99
9wt%)Siを溶解したAl−Si合金に、Zr、H
f、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種類以上の合金光lAM eと、
高純度(99゜95wt%)の結晶Bと、Cu、Co、
Mn、Ni、Sn、In、Au及びΛg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M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ッ1〜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Me、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の防止に効果のある金
属元素M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MeBx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。
(99,999wt%)At或いは高純度(99,99
9wt%)Siを溶解したAl−Si合金に、Zr、H
f、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種類以上の合金光lAM eと、
高純度(99゜95wt%)の結晶Bと、Cu、Co、
Mn、Ni、Sn、In、Au及びΛg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M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ッ1〜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Me、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の防止に効果のある金
属元素M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MeBx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−S
i合金、高純度(99,95wt%)の結晶B及びZ
r + Hf t V r N b # T a t
Cr *M0.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及びCu、C0.Mn。
i合金、高純度(99,95wt%)の結晶B及びZ
r + Hf t V r N b # T a t
Cr *M0.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及びCu、C0.Mn。
Ni、Sn、In、Au及びΛg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M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。
た1種類又は2種類以上の合金元素M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、所定の峙型へ鋳造した。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。
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合金
及びA l −Cu −S i合金についての試験結果
も示す。
及び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−5i合金に比較して、本発明
のAl−Me−B−M合金及びΔl−5i−M1−5i
−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、ALCu−3^、合金の
2倍以上と□1.1 なっている。このように本発明のA l −M e −
B−M合金及びA l−5i−Me−B−M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−5i合金に比較して、本発明
のAl−Me−B−M合金及びΔl−5i−M1−5i
−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、ALCu−3^、合金の
2倍以上と□1.1 なっている。このように本発明のA l −M e −
B−M合金及びA l−5i−Me−B−M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。
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 (1)
- 【特許請求の範囲】 (1)Cu、Co、Mn、Ni、Sn、In、Au及び
Λg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0.0001〜0.02wt%、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%、B0.002〜0.5wt%、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含有アル
ミニウム合金。 (2)Cu、Co、Mn、Ni、Sn、In、Au及び
Λg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0.0001〜0.02wt%、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%、B0.002〜0.5wt%、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B含有アルミニウム合金。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8218186A JPS62240733A (ja) | 1986-04-11 | 1986-04-11 | 半導体配線材料用b含有アルミニウム合金 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8218186A JPS62240733A (ja) | 1986-04-11 | 1986-04-11 | 半導体配線材料用b含有アルミニウム合金 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62240733A true JPS62240733A (ja) | 1987-10-21 |
JPH0448855B2 JPH0448855B2 (ja) | 1992-08-07 |
Family
ID=13767266
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8218186A Granted JPS62240733A (ja) | 1986-04-11 | 1986-04-11 | 半導体配線材料用b含有アルミニウム合金 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS62240733A (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0606761A2 (en) * | 1992-12-28 | 1994-07-20 | Kawasaki Steel Corporation | Semiconductor device and process for production thereof |
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US6465376B2 (en) | 1999-08-18 | 2002-10-15 | International Business Machines Corporation | Method and structure for improving electromigration of chip interconnects |
US7017382B2 (en) | 2000-03-28 | 2006-03-28 | Honeywell International Inc. | Methods of forming aluminum-comprising physical vapor deposition targets; sputtered films; and target constructions |
CN104264008A (zh) * | 2014-09-29 | 2015-01-07 | 国网河南省电力公司周口供电公司 | 一种复合铝合金导线及其制备方法 |
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-
1986
- 1986-04-11 JP JP8218186A patent/JPS62240733A/ja active Granted
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0448855B2 (ja) | 1992-08-07 |
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