JPH0425715B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0425715B2 JPH0425715B2 JP57153896A JP15389682A JPH0425715B2 JP H0425715 B2 JPH0425715 B2 JP H0425715B2 JP 57153896 A JP57153896 A JP 57153896A JP 15389682 A JP15389682 A JP 15389682A JP H0425715 B2 JPH0425715 B2 JP H0425715B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- copper
- wiring
- chromium
- zirconium
- alloy
- 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.)
- Expired
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D64/00—Electrodes of devices having potential barriers
- H10D64/60—Electrodes characterised by their materials
- H10D64/62—Electrodes ohmically coupled to a semiconductor
Landscapes
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
- Conductive Materials (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、半導体素子、特にバイポーラ集積回
路素子、およびバブル磁区素子表面弾性波素子等
の高電流密度用に適した薄膜配線に関するもので
ある。
路素子、およびバブル磁区素子表面弾性波素子等
の高電流密度用に適した薄膜配線に関するもので
ある。
現在、バイポーラ集積回路素子では、高電流密
度用の配線材料としてアルミニウム・銅合金が用
いられている。この材料に流し得る最高電流密度
は３×105A／cm2程度であり、電流密度は現在既
にこのレベルに達しており、アルミニウム・銅合
金では将来の高集積化に耐えない。また、高集積
化のための微細化は配線および電極断面積の減少
を招く。現在のアルミニウム合金を使う限り配線
抵抗が増し、信号遅延、電圧降下、ジユール発熱
等の問題が、高集積化の障害となる。したがつ
て、より低い電気抵抗率を有す材料の開発が必要
である。
度用の配線材料としてアルミニウム・銅合金が用
いられている。この材料に流し得る最高電流密度
は３×105A／cm2程度であり、電流密度は現在既
にこのレベルに達しており、アルミニウム・銅合
金では将来の高集積化に耐えない。また、高集積
化のための微細化は配線および電極断面積の減少
を招く。現在のアルミニウム合金を使う限り配線
抵抗が増し、信号遅延、電圧降下、ジユール発熱
等の問題が、高集積化の障害となる。したがつ
て、より低い電気抵抗率を有す材料の開発が必要
である。
本発明は、高い電流密度下（たとえば×
106A／cm2以上）での通電に耐えると同時に、現
在用いられているアルミニウム・銅合金よりも低
い電気抵抗率を有する材料を提供することを目的
とする。
106A／cm2以上）での通電に耐えると同時に、現
在用いられているアルミニウム・銅合金よりも低
い電気抵抗率を有する材料を提供することを目的
とする。
電流密度の制限はエレクトロマイグレーシヨン
による劣化によつて決まる。耐マイグレーシヨン
性を増すために、金属の種類を変えること、合金
化等の方法がとられる。タングステンモリブデン
等の高融点合属は非常に高い耐マイグレーシヨン
性を有するが、電気抵抗率がアルミニウムの２〜
３倍以上（薄膜）であり、現在の目的には適さな
い。アルミニウムより低抵抗の材料として、金、
銀、銅がある。この中では銅価格の面で有利であ
るが、純銅では、耐マイグレーシヨン性が必ずし
も十分でない。F.M.d′Heurleらのデータ（Thin
Solid Films25（1975）PP.531−544）から判断
すると３×106A／cm2程度が限度と思われる。こ
れ以上の電流密度で使うために合金化によつて耐
マイグレーシヨン性を改善する。上記の文献では
銅・ベリリウム系が有効なことを示しているが、
この系は電気抵抗率が高く有効でない。抵抗率が
それほど悪化せずに耐マイグレーシヨン性を改善
できるものとして、銅・クロム、銅・ジルコニウ
ム系がある。これらの系でも電気抵抗率がアルミ
ニウム以下であるためにはクロム、ジルコニウム
の添加量に制限があり、それぞれ、約２重量％ク
ロム、１重量％ジルコニウムとなる。
による劣化によつて決まる。耐マイグレーシヨン
性を増すために、金属の種類を変えること、合金
化等の方法がとられる。タングステンモリブデン
等の高融点合属は非常に高い耐マイグレーシヨン
性を有するが、電気抵抗率がアルミニウムの２〜
３倍以上（薄膜）であり、現在の目的には適さな
い。アルミニウムより低抵抗の材料として、金、
銀、銅がある。この中では銅価格の面で有利であ
るが、純銅では、耐マイグレーシヨン性が必ずし
も十分でない。F.M.d′Heurleらのデータ（Thin
Solid Films25（1975）PP.531−544）から判断
すると３×106A／cm2程度が限度と思われる。こ
れ以上の電流密度で使うために合金化によつて耐
マイグレーシヨン性を改善する。上記の文献では
銅・ベリリウム系が有効なことを示しているが、
この系は電気抵抗率が高く有効でない。抵抗率が
それほど悪化せずに耐マイグレーシヨン性を改善
できるものとして、銅・クロム、銅・ジルコニウ
ム系がある。これらの系でも電気抵抗率がアルミ
ニウム以下であるためにはクロム、ジルコニウム
の添加量に制限があり、それぞれ、約２重量％ク
ロム、１重量％ジルコニウムとなる。
以下、本発明を実施例を参照して詳細に説明す
る。
る。
実施例 １
銅・クロム合金の薄膜配線を以下のようにして
作製した。シリコン基板を熱酸化して表面に
0.2μｍ厚のシリコン酸化膜層を形成する。銅の
シリコン酸化膜への付着力は弱いので、接着層と
してクロムを約50nｍ蒸着する。真空を破るこ
となく、引き続いて銅・0.6重量％クロム合金を
0.5μｍ蒸着する。通常のフオトエツチング法に
より、配線パターンを形成する。400〜500℃で
焼鈍する。これは蒸着時の基板温度が150℃程度
であるため、蒸着膜中に形成された多数の格子欠
陥を除去し、抵抗値を下げるためである。
作製した。シリコン基板を熱酸化して表面に
0.2μｍ厚のシリコン酸化膜層を形成する。銅の
シリコン酸化膜への付着力は弱いので、接着層と
してクロムを約50nｍ蒸着する。真空を破るこ
となく、引き続いて銅・0.6重量％クロム合金を
0.5μｍ蒸着する。通常のフオトエツチング法に
より、配線パターンを形成する。400〜500℃で
焼鈍する。これは蒸着時の基板温度が150℃程度
であるため、蒸着膜中に形成された多数の格子欠
陥を除去し、抵抗値を下げるためである。
このようにして作製した配線に300℃、３×
106A／cm2の条件で通電し、同時に作製した純銅
配線と比較した。断線までの時間（平均寿命）
は、幅3μｍ、長さ100μｍの配線で、850hであり、
配線幅が広いと、多少長くなる。この寿命は同条
件で通電試験した純銅の平均寿命70hの10倍程度
であつた。
106A／cm2の条件で通電し、同時に作製した純銅
配線と比較した。断線までの時間（平均寿命）
は、幅3μｍ、長さ100μｍの配線で、850hであり、
配線幅が広いと、多少長くなる。この寿命は同条
件で通電試験した純銅の平均寿命70hの10倍程度
であつた。
全く同様の手順で、銅クロム合金の代りに、銅
ジルコニウム合金（0.2重量％ジルコニウム）を
0.5μｍ厚に蒸着し、配線パターンを形成した。幅
3μｍ、長さ100μｍの配線に、300℃、３×106A／
cm2で通電し寿命を測定した。得られた平均寿命
は、650hで、実施例１の銅・クロム合金より多
少劣るものの、純銅に比較すれば約10倍の値であ
る。また、ZrおよびCrの含有量と寿命との関係
を求めると、第１図に示すように、ZrおよびCr
の含有量がそれぞれ、ほぼ0.02および0.05重量％
以上であればAlCuTa合金以上の寿命が得られる
ことがわかつた。
ジルコニウム合金（0.2重量％ジルコニウム）を
0.5μｍ厚に蒸着し、配線パターンを形成した。幅
3μｍ、長さ100μｍの配線に、300℃、３×106A／
cm2で通電し寿命を測定した。得られた平均寿命
は、650hで、実施例１の銅・クロム合金より多
少劣るものの、純銅に比較すれば約10倍の値であ
る。また、ZrおよびCrの含有量と寿命との関係
を求めると、第１図に示すように、ZrおよびCr
の含有量がそれぞれ、ほぼ0.02および0.05重量％
以上であればAlCuTa合金以上の寿命が得られる
ことがわかつた。
実施例 ２
実施例１に示した手順で作製した蒸着薄膜の電
気抵抗値を測定した。添加元素の濃度を変え、
銅・クロム合金では６種類、銅・ジルコニウム合
金では３種類の試料について、500℃×1hの焼鈍
後の電気抵抗率を求めた。第２図にその結果を示
す。純銅の電気抵抗率はバルク値に比べ、１割程
度大きい。合金元素を添加すると、濃度増加に伴
つて電気抵抗率も増加し、濃度と電気抵抗率との
間には、第２図に示すような直線関係がある。同
濃度で比較すると、ジルコニウムではクロムの２
倍程度の電気抵抗率の増加がある。第２図から明
らかなように、クロムでは８重量％、ジルコニウ
ムでは４重量％をそれぞれ銅に添加した合金薄膜
はいずれも、Cu合金よりもはるかにエレクトロ
マイグレーシヨン性のすぐれたＷ、Mo膜以下の
電気抵抗を有し、実用に供することができる。
気抵抗値を測定した。添加元素の濃度を変え、
銅・クロム合金では６種類、銅・ジルコニウム合
金では３種類の試料について、500℃×1hの焼鈍
後の電気抵抗率を求めた。第２図にその結果を示
す。純銅の電気抵抗率はバルク値に比べ、１割程
度大きい。合金元素を添加すると、濃度増加に伴
つて電気抵抗率も増加し、濃度と電気抵抗率との
間には、第２図に示すような直線関係がある。同
濃度で比較すると、ジルコニウムではクロムの２
倍程度の電気抵抗率の増加がある。第２図から明
らかなように、クロムでは８重量％、ジルコニウ
ムでは４重量％をそれぞれ銅に添加した合金薄膜
はいずれも、Cu合金よりもはるかにエレクトロ
マイグレーシヨン性のすぐれたＷ、Mo膜以下の
電気抵抗を有し、実用に供することができる。
以上説明したごとく、本発明によれば、銅にほ
ぼ0.05〜８重量％のクロム、ほぼ0.02〜４重量％
のジルコニウムを加えた合金は、Ｗ、Moより低
抵抗で、かつ現在最も耐性のあるAl合金（Al、
Cu、Ta）よりも優れた耐マイグレーシヨン性を
有する。従つて高電流密度用の電極配線材料とし
て有用である。
ぼ0.05〜８重量％のクロム、ほぼ0.02〜４重量％
のジルコニウムを加えた合金は、Ｗ、Moより低
抵抗で、かつ現在最も耐性のあるAl合金（Al、
Cu、Ta）よりも優れた耐マイグレーシヨン性を
有する。従つて高電流密度用の電極配線材料とし
て有用である。
第１図および第２図はそれぞれ本発明の効果を
示す曲線図である。
示す曲線図である。
Claims (1)
- １ クロムほぼ0.05〜８重量％、もしくはジルコ
ニウムほぼ0.02〜４重量％を含む銅の薄膜からな
る薄膜配線。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57153896A JPS5943570A (ja) | 1982-09-06 | 1982-09-06 | 薄膜配線 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57153896A JPS5943570A (ja) | 1982-09-06 | 1982-09-06 | 薄膜配線 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5943570A JPS5943570A (ja) | 1984-03-10 |
| JPH0425715B2 true JPH0425715B2 (ja) | 1992-05-01 |
Family
ID=15572474
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57153896A Granted JPS5943570A (ja) | 1982-09-06 | 1982-09-06 | 薄膜配線 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5943570A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2511289B2 (ja) * | 1988-03-30 | 1996-06-26 | 株式会社日立製作所 | 半導体装置 |
| JPH0262035A (ja) * | 1988-08-29 | 1990-03-01 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体装置 |
| US5243222A (en) * | 1991-04-05 | 1993-09-07 | International Business Machines Corporation | Copper alloy metallurgies for VLSI interconnection structures |
| JP4423379B2 (ja) | 2008-03-25 | 2010-03-03 | 合同会社先端配線材料研究所 | 銅配線、半導体装置および銅配線の形成方法 |
-
1982
- 1982-09-06 JP JP57153896A patent/JPS5943570A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5943570A (ja) | 1984-03-10 |
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