JPS62240736A - 半導体配線材料用b、c含有アルミニウム合金 - Google Patents

半導体配線材料用b、c含有アルミニウム合金

Info

Publication number
JPS62240736A
JPS62240736A JP8218486A JP8218486A JPS62240736A JP S62240736 A JPS62240736 A JP S62240736A JP 8218486 A JP8218486 A JP 8218486A JP 8218486 A JP8218486 A JP 8218486A JP S62240736 A JPS62240736 A JP S62240736A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
alloy
alloying elements
wiring material
wiring
electromigration
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP8218486A
Other languages
English (en)
Inventor
Susumu Sawada
沢田 進
Osamu Kanano
治 叶野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Eneos Corp
Original Assignee
Nippon Mining Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Mining Co Ltd filed Critical Nippon Mining Co Ltd
Priority to JP8218486A priority Critical patent/JPS62240736A/ja
Publication of JPS62240736A publication Critical patent/JPS62240736A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/52Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames
    • H01L23/522Arrangements 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
    • H01L23/532Arrangements 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
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Conductive Materials (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。

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。
[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,各構成索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At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。
(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、AI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/cm”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] エレクトロマイグレーションとは、高電流密度下でA 
I J7に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。
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、Zrt Hft 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及びC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、Cot 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JM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、この知見にノにづ
いて本発明をなすに至った。
[発明の構成コ すなわち、本発明は、 (1) Cu v Co g M n s N iv 
S n T I n t 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0.000
1〜0.02wt%、Ti、Zr、Hf、V、Nb、T
a、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%。
13 0.002〜0.5wt%、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B、C含有アルミニウム合金    
   及び (2)Cu、Go、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%、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%。
8 0.002〜0.5wt%、G  O,002〜0
.5wt%、  Si   0. 5−4. 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、C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、C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。
[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B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、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。C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 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
加にを0.002−0.5wt%とする6Ti、Zr、
Hf、V、Nb、’l’a、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又はMeCx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、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、0.02
wt%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A l −M e −B 
−C−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−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%)At或いは高純度N)9.’9
99wt%)Siを溶解したAl−Si合金に、Ti、
Zrt Hf、V、Nbt 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、高純度(99,95wt%)の結晶Bと、Cu
、Go。
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種類共ぷの合金元素Mと、CをA
IC,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ット板とすること
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、B及びCの一部がM e 13
 x及びM e Cxとなって、このM e B X及
びM e Cx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及び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、B及びCがM e B x及びM e Cx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M 
e B x及びM e Cx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、999w t%)Al又は高純度Al−
5i合金、高純度(99,95wt%)の結晶B、高純
度(99,95wt%)のAIC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@ M e及びcu、co、Mn。
Ni、Sn、In、ΔU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、所定の鋳型へ鋳造した。U造林はそのまま機械
加工により切削、研磨して所定の形状にしスパッタリン
グ用ターゲッ1〜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1漠を
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 / 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Al、At−CU介金
及びA l −Cu −S f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−
C:u合金及びA l −Cu −S i合金に比較し
て、本発明のAl−Me−B−C−M合金及びAl−8
i−MeAl−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、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−M e −B −C−M合金・及びA 
1− S i −M e −B−C−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。
【図面の簡単な説明】
第1図はシリコン基板上にAI配線膜を蒸着した部分の
断面図である。 1:シリコン基板 上

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (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、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%、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B、C含有アルミニウム合金。
  2. (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、CrMo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%、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B
    、C含有アルミニウム合金。
JP8218486A 1986-04-11 1986-04-11 半導体配線材料用b、c含有アルミニウム合金 Pending JPS62240736A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP8218486A JPS62240736A (ja) 1986-04-11 1986-04-11 半導体配線材料用b、c含有アルミニウム合金

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP8218486A JPS62240736A (ja) 1986-04-11 1986-04-11 半導体配線材料用b、c含有アルミニウム合金

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS62240736A true JPS62240736A (ja) 1987-10-21

Family

ID=13767355

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP8218486A Pending JPS62240736A (ja) 1986-04-11 1986-04-11 半導体配線材料用b、c含有アルミニウム合金

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS62240736A (ja)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63277757A (ja) * 1987-05-08 1988-11-15 Koujiyundo Kagaku Kenkyusho:Kk アルミニウム合金タ−ゲット材料
JPH0499171A (ja) * 1990-01-11 1992-03-31 Kobe Steel Ltd 光メディア用スパッタリングターゲット溶製材
EP0606761A2 (en) * 1992-12-28 1994-07-20 Kawasaki Steel Corporation Semiconductor device and process for production thereof
US5554889A (en) * 1992-04-03 1996-09-10 Motorola, Inc. Structure and method for metallization of semiconductor devices
US5851920A (en) * 1996-01-22 1998-12-22 Motorola, Inc. Method of fabrication of metallization system
US6206985B1 (en) 1991-03-07 2001-03-27 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
US6465376B2 (en) 1999-08-18 2002-10-15 International Business Machines Corporation Method and structure for improving electromigration of chip interconnects
CN106086543A (zh) * 2016-07-31 2016-11-09 余姚市婉珍五金厂 一种石墨烯增强铝合金材料及其制备方法

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63277757A (ja) * 1987-05-08 1988-11-15 Koujiyundo Kagaku Kenkyusho:Kk アルミニウム合金タ−ゲット材料
JPH0499171A (ja) * 1990-01-11 1992-03-31 Kobe Steel Ltd 光メディア用スパッタリングターゲット溶製材
US6206985B1 (en) 1991-03-07 2001-03-27 Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho A1 alloy films and melting A1 alloy sputtering targets for depositing A1 alloy films
US5554889A (en) * 1992-04-03 1996-09-10 Motorola, Inc. Structure and method for metallization of semiconductor devices
EP0606761A2 (en) * 1992-12-28 1994-07-20 Kawasaki Steel Corporation Semiconductor device and process for production thereof
US5851920A (en) * 1996-01-22 1998-12-22 Motorola, Inc. Method of fabrication of metallization system
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
CN106086543A (zh) * 2016-07-31 2016-11-09 余姚市婉珍五金厂 一种石墨烯增强铝合金材料及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI245806B (en) Thin film aluminum alloy and sputtering target to form the same
JP4237742B2 (ja) スパッタリングターゲットの製造方法
WO2004083482A1 (ja) 銅合金スパッタリングターゲット及びその製造方法並びに半導体素子配線
JPS62240739A (ja) 半導体配線材料用b、c、n含有アルミニウム合金
JP3296708B2 (ja) 金属導電体用多層Al合金構造
JPS62240738A (ja) 半導体配線材料用n、c含有アルミニウム合金
JPS62235451A (ja) 半導体配線材料用Al合金
JPS62240736A (ja) 半導体配線材料用b、c含有アルミニウム合金
JPH0316132A (ja) アルミニウム配線及びその製造方法
JPS62235454A (ja) 半導体配線材料用N含有Al合金
JPH0250432A (ja) 半導体装置
JPS62235452A (ja) 半導体配線材料用B含有Al合金
JPS62240737A (ja) 半導体配線材料用b、n含有アルミニウム合金
JPS62240735A (ja) 半導体配線材料用n含有アルミニウム合金
JPS62240733A (ja) 半導体配線材料用b含有アルミニウム合金
JPS62240734A (ja) 半導体配線材料用c含有アルミニウム合金
JPS62235453A (ja) 半導体配線材料用C含有Al合金
JP2004193553A (ja) 半導体装置配線シード層形成用銅合金スパッタリングターゲットおよびこのターゲットを用いて形成したシード層
JPS62228446A (ja) 半導体配線材料用アルミニウム合金
JPS62234343A (ja) 半導体配線材料用b,c含有a1合金
JPS62234346A (ja) 半導体配線材料用b,c,n含有a1合金
JPS62234345A (ja) 半導体配線材料用n,c含有a1合金
JP3276446B2 (ja) Al合金薄膜及びその製造方法並びにAl合金薄膜形成用スパッタリングターゲット
JP2002129313A (ja) パーティクル発生の少ない高純度銅スパッタリングターゲット
JPS62234344A (ja) 半導体配線材料用b,n含有a1合金