JPS62240735A - 半導体配線材料用n含有アルミニウム合金 - Google Patents
半導体配線材料用n含有アルミニウム合金Info
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- JPS62240735A JPS62240735A JP8218386A JP8218386A JPS62240735A JP S62240735 A JPS62240735 A JP S62240735A JP 8218386 A JP8218386 A JP 8218386A JP 8218386 A JP8218386 A JP 8218386A JP S62240735 A JPS62240735 A JP S62240735A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- 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
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-
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- H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
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。
(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SiO□と反応しない。
(e)フォトレジス1−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1−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。
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。
(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、At原子
の移動した跡に原子空孔(ボイド)が発生し、この結果
配線め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謳度上昇が生じて、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、At原子
の移動した跡に原子空孔(ボイド)が発生し、この結果
配線め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謳度上昇が生じて、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
度が大きい元素はへ1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、T i+ Z r T Hf
t 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Cu、Co、Mn、Ni。
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
度が大きい元素はへ1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、T i+ Z r T Hf
t 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Cu、Co、Mn、Ni。
Sn、In、Au及びAg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を夕景添加すると粒界拡
散抑止効果が一層大きくなり、エレクトロマイグレーシ
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、本発明は、 (1)Cu、Co、Mn、Ni、Sn、I n、Au及
びAg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%r Ti、Z
r、Hft 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A
l及び不可避的不純物からなる半導体配線材料用N含有
アルミニウム合金 及び (2)Cu、Co、Mn、Ni、Sn、In、Au及び
Ag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%、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0.002〜0.7
wt%、N 00002〜0.5wt% 、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含有アルミニウム合金を提供
する。
類又は2種類以上の合金元素Mを夕景添加すると粒界拡
散抑止効果が一層大きくなり、エレクトロマイグレーシ
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、本発明は、 (1)Cu、Co、Mn、Ni、Sn、I n、Au及
びAg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%r Ti、Z
r、Hft 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A
l及び不可避的不純物からなる半導体配線材料用N含有
アルミニウム合金 及び (2)Cu、Co、Mn、Ni、Sn、In、Au及び
Ag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%、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0.002〜0.7
wt%、N 00002〜0.5wt% 、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含有アルミニウム合金を提供
する。
[発明の効果]
本発明のN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s 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 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s 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。また、Cu、Co、Mn、Ni、S
n、In。
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。また、Cu、Co、Mn、Ni、S
n、In。
Au及びAg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O,0OO1〜0.0
2wt%とする。
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O,0OO1〜0.0
2wt%とする。
さらに好ましくは本発明のAI−Me−N−M合金にS
i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Al
−8iコンタクト部でのSiとAI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。
i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Al
−8iコンタクト部でのSiとAI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%)At或いは高純度(99、99
9w t%)Siを溶解したへ1−8i合金に、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と、Cu、
Co、Mn。
(99,999wt%)At或いは高純度(99、99
9w t%)Siを溶解したへ1−8i合金に、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と、Cu、
Co、Mn。
Ni、Sn+ In、Au及びAg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と、NをAIN
、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M e gN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Me、N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、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MeNx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。
れた1種類又は2種類以上の合金元素Mと、NをAIN
、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M e gN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Me、N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、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MeNx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−S
i合金、高純度(99,95wt%)のAIN及びTi
、Zr、Hf、V、Nb、Ta。
i合金、高純度(99,95wt%)のAIN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及びCu、Co、Mn、Ni。
純度金属Me及びCu、Co、Mn、Ni。
Sn、In、Au及びAg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。溶解後。
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。
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。
上記ターゲラ1−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。
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At、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−N−M合金及びA I−5i−Me−N
−M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A l
−M e −N−M合金及びA l −S i −M
e −N −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−N−M合金及びA I−5i−Me−N
−M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A l
−M e −N−M合金及びA l −S i −M
e −N −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 (2)
- (1)Cu、Co、Mn、Ni、Sn、In、Au及び
Ag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%、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0.002〜0.7
wt%、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%、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0.002〜0.7
wt%、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含有アルミニウム合金。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8218386A JPS62240735A (ja) | 1986-04-11 | 1986-04-11 | 半導体配線材料用n含有アルミニウム合金 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8218386A JPS62240735A (ja) | 1986-04-11 | 1986-04-11 | 半導体配線材料用n含有アルミニウム合金 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62240735A true JPS62240735A (ja) | 1987-10-21 |
Family
ID=13767326
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8218386A Pending JPS62240735A (ja) | 1986-04-11 | 1986-04-11 | 半導体配線材料用n含有アルミニウム合金 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS62240735A (ja) |
Cited By (5)
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 |
US6264813B1 (en) | 1996-12-04 | 2001-07-24 | Aluminum Pechiney | Cathodic sputtering targets made of aluminum alloy |
US6465376B2 (en) | 1999-08-18 | 2002-10-15 | International Business Machines Corporation | Method and structure for improving electromigration of chip interconnects |
US7825515B2 (en) | 2007-09-12 | 2010-11-02 | Mitsubishi Electric Corporation | Semiconductor device, display device, and method of manufacturing semiconductor device |
US8558248B2 (en) | 2007-09-19 | 2013-10-15 | Mitsubishi Electric Corporation | A1 alloy film, electronic device, and active matrix substrate for use in electrooptic display device |
-
1986
- 1986-04-11 JP JP8218386A patent/JPS62240735A/ja active Pending
Cited By (5)
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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US8558248B2 (en) | 2007-09-19 | 2013-10-15 | Mitsubishi Electric Corporation | A1 alloy film, electronic device, and active matrix substrate for use in electrooptic display device |
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