JPH066012A - 電気回路の被覆構造 - Google Patents
電気回路の被覆構造Info
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- JPH066012A JPH066012A JP18179192A JP18179192A JPH066012A JP H066012 A JPH066012 A JP H066012A JP 18179192 A JP18179192 A JP 18179192A JP 18179192 A JP18179192 A JP 18179192A JP H066012 A JPH066012 A JP H066012A
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Landscapes
- Parts Printed On Printed Circuit Boards (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 微細な半導体の配線構造等に好適な、低抵抗
で、且つ経時的な劣化が抑制された電気回路の被覆構造
を提供する。 【構成】 絶縁体等に配設した、導電体材料の表面上に
高温で安定で、且つ、その内部で熱拡散を起こしにくい
材料により被覆された電気回路の被覆構造。
で、且つ経時的な劣化が抑制された電気回路の被覆構造
を提供する。 【構成】 絶縁体等に配設した、導電体材料の表面上に
高温で安定で、且つ、その内部で熱拡散を起こしにくい
材料により被覆された電気回路の被覆構造。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、接触・導電部品、配線
基板、プリント基板、半導体素子等の電気回路の被覆構
造に係り、特に、微細な電気回路配線を形成する半導体
基材中に配設した導電体材料の表面の被覆構造に関す
る。
基板、プリント基板、半導体素子等の電気回路の被覆構
造に係り、特に、微細な電気回路配線を形成する半導体
基材中に配設した導電体材料の表面の被覆構造に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】近年半導体素子を始めとする微細な電気
回路を形成する導電体材料に表面被覆を施したいという
要求が高まっている。例えば、従来から半導体素子の導
電線路としての配線網を形成するＡｌ合金材料は通常絶
縁層のＳｉＯ2 層との間に相互の構成元素の相互拡散を
防止するための障壁層を設けなければならない。そのた
め従来は、拡散を防止するための障壁層としてＴｉＮ層
を５００〜１，０００オングストローム介在させるよう
にしている場合がある。
回路を形成する導電体材料に表面被覆を施したいという
要求が高まっている。例えば、従来から半導体素子の導
電線路としての配線網を形成するＡｌ合金材料は通常絶
縁層のＳｉＯ2 層との間に相互の構成元素の相互拡散を
防止するための障壁層を設けなければならない。そのた
め従来は、拡散を防止するための障壁層としてＴｉＮ層
を５００〜１，０００オングストローム介在させるよう
にしている場合がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年微
細な電気回路を形成する導電体材料の表面被覆に対する
要求はますます厳しくなる傾向にある。特に半導体素子
の配線工程においては集積度を更に増大させたいという
要求からアルミニウム合金に変わる低電気抵抗材料によ
る微細パターン形成技術の確立が切望されている。
細な電気回路を形成する導電体材料の表面被覆に対する
要求はますます厳しくなる傾向にある。特に半導体素子
の配線工程においては集積度を更に増大させたいという
要求からアルミニウム合金に変わる低電気抵抗材料によ
る微細パターン形成技術の確立が切望されている。
【０００４】これは、集積度が高くなるにつれて、電流
密度が増加するため熱応力や温度上昇を生じ、従来のＡ
ｌ合金ではストレスマイグレーションやエレクトロマイ
グレーションによる断線の恐れが増すことにも起因して
いる。これを避けるため、Ａｌ合金へのＣｕの添加や高
融点金属との積層化が行われつつあるが万全な物ではな
い。
密度が増加するため熱応力や温度上昇を生じ、従来のＡ
ｌ合金ではストレスマイグレーションやエレクトロマイ
グレーションによる断線の恐れが増すことにも起因して
いる。これを避けるため、Ａｌ合金へのＣｕの添加や高
融点金属との積層化が行われつつあるが万全な物ではな
い。
【０００５】そこで、通電による過度の発熱を避けるた
め、従来のＡｌ合金とは根本的に異なる導電性の良い材
料を配線形成に採用することが必然的に要求されてい
る。現用材料のうち、Ａｌ系よりも電気抵抗の小さい材
料としては、ＣｕとＡｇがある。このような低電気抵抗
材料を用いても配線工程の後から実施する高温のプロセ
スや、完成後の動作時に流れる電流密度が高いことによ
る発熱に伴う配線材料自体及び周囲材料の昇温によっ
て、配線材料構成元素の原子が周囲の雰囲気と化学反応
を起こしたり、拡散によって移動し、周囲材料内部を移
動したりする現象が起きることは避けられない。
め、従来のＡｌ合金とは根本的に異なる導電性の良い材
料を配線形成に採用することが必然的に要求されてい
る。現用材料のうち、Ａｌ系よりも電気抵抗の小さい材
料としては、ＣｕとＡｇがある。このような低電気抵抗
材料を用いても配線工程の後から実施する高温のプロセ
スや、完成後の動作時に流れる電流密度が高いことによ
る発熱に伴う配線材料自体及び周囲材料の昇温によっ
て、配線材料構成元素の原子が周囲の雰囲気と化学反応
を起こしたり、拡散によって移動し、周囲材料内部を移
動したりする現象が起きることは避けられない。
【０００６】これが著しくなると、配線材料自体及び周
囲の絶縁材料自体が劣化して、本体の機能を損なう恐れ
が大きい。このような弊害が起きれば、折角電気抵抗の
低い材料を使ってもその有用性を十分生かすことは困難
となる。したがって、高温での配線材料の構成原子の周
囲との化学反応や、拡散による移動を防止するための手
段を講じなければならない。
囲の絶縁材料自体が劣化して、本体の機能を損なう恐れ
が大きい。このような弊害が起きれば、折角電気抵抗の
低い材料を使ってもその有用性を十分生かすことは困難
となる。したがって、高温での配線材料の構成原子の周
囲との化学反応や、拡散による移動を防止するための手
段を講じなければならない。
【０００７】本発明は上述の必要性を解決するための手
段として考案されたものであって、電気回路配線形成後
の配線材料構成原子の周囲雰囲気との化学反応、及び又
は、熱拡散による移動を低減又は、事実上阻止し、通常
の高温表面反応や熱拡散に起因する配線材料の経時的な
劣化を防止することを可能とする配線材料表面の被覆構
造を提供することを目的とする。
段として考案されたものであって、電気回路配線形成後
の配線材料構成原子の周囲雰囲気との化学反応、及び又
は、熱拡散による移動を低減又は、事実上阻止し、通常
の高温表面反応や熱拡散に起因する配線材料の経時的な
劣化を防止することを可能とする配線材料表面の被覆構
造を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、電気回路を構
成する導電体材料の表面を、該導電体材料の表面反応、
及び又は、外部への拡散を阻止又は抑制する材料で被覆
することを特徴とする。
成する導電体材料の表面を、該導電体材料の表面反応、
及び又は、外部への拡散を阻止又は抑制する材料で被覆
することを特徴とする。
【０００９】
【作用】半導体材料の表面に、接触、堆積、積層、又は
載架された周囲環境との反応性が相対的に乏しい材料
は、高温プロセスや、回路動作中の高温環境に曝されて
も、表面の化学反応や、原子の熱拡散による導電体材料
の移動を阻止又は低減することができるので、経時的な
配線構造、即ち、電気回路の劣化を抑制又は防止するこ
とができる。
載架された周囲環境との反応性が相対的に乏しい材料
は、高温プロセスや、回路動作中の高温環境に曝されて
も、表面の化学反応や、原子の熱拡散による導電体材料
の移動を阻止又は低減することができるので、経時的な
配線構造、即ち、電気回路の劣化を抑制又は防止するこ
とができる。
【００１０】
【実施例】前述した目的を達成するための具体的な手段
を公表されたデータ例を用いて説明する。本発明による
電気回路の被覆構造は、配線材料による電気回路の外側
から高温で耐食性が良く、かつ、それ自身の内部におけ
る金属原子の熱拡散を生じにくい金属による被覆を行う
ことを特徴としている。ここで、被覆に用いる金属は高
温での耐食性、耐酸化性が良く、かつ、そのバルク内部
に於けるＣｕやＡｇ等のように電気伝導性の良い金属元
素の原子の拡散係数が極めて小さいものを用いている。
を公表されたデータ例を用いて説明する。本発明による
電気回路の被覆構造は、配線材料による電気回路の外側
から高温で耐食性が良く、かつ、それ自身の内部におけ
る金属原子の熱拡散を生じにくい金属による被覆を行う
ことを特徴としている。ここで、被覆に用いる金属は高
温での耐食性、耐酸化性が良く、かつ、そのバルク内部
に於けるＣｕやＡｇ等のように電気伝導性の良い金属元
素の原子の拡散係数が極めて小さいものを用いている。
【００１１】図３はＡｌ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕの電気比抵
抗の温度依存性を示す。図３で明らかなように、常温〜
８００℃までの領域で、Ｃｕ，Ａｇの電気抵抗は相対的
に小さいので導電体材料単体として電気回路の配線形成
に適する。尚、図３は金属便覧（Ｍｅｔａｌｓ Ｒｅｆ
ｅｒａｎｃｅ Ｂｏｏｋ、５ｔｈ ｅｄ、１９７６Ｂｕ
ｔｔｅｒｗｏｒｔｈｓ）記載のデータから作図したもの
である
抗の温度依存性を示す。図３で明らかなように、常温〜
８００℃までの領域で、Ｃｕ，Ａｇの電気抵抗は相対的
に小さいので導電体材料単体として電気回路の配線形成
に適する。尚、図３は金属便覧（Ｍｅｔａｌｓ Ｒｅｆ
ｅｒａｎｃｅ Ｂｏｏｋ、５ｔｈ ｅｄ、１９７６Ｂｕ
ｔｔｅｒｗｏｒｔｈｓ）記載のデータから作図したもの
である
【００１２】一方、図４は、種々の金属中のＣｕの、図
５は、種々の金属中のＡｇのそれぞれの原子の拡散係数
を示す。図４，図５も金属便覧（Ｍｅｔａｌｓ Ｒｅｆ
ｅｒｅｎｃｅ Ｂｏｏｋ、５ｔｈ ｅｄ．１９７６、Ｂ
ｕｔｔｅｒｗｏｒｔｈｓ）記載のデータから作図したも
のである。図４，５で明らかなように、Ｃｕ，Ａｇの種
々の媒質金属中での拡散係数は、それぞれの配線用該導
電体金属と媒質金属との組合せによって変化するので、
高温で化学的に安定で、かつ、それぞれの配線材料に適
した媒質金属を被覆用に選定、適用することが出来る。
５は、種々の金属中のＡｇのそれぞれの原子の拡散係数
を示す。図４，図５も金属便覧（Ｍｅｔａｌｓ Ｒｅｆ
ｅｒｅｎｃｅ Ｂｏｏｋ、５ｔｈ ｅｄ．１９７６、Ｂ
ｕｔｔｅｒｗｏｒｔｈｓ）記載のデータから作図したも
のである。図４，５で明らかなように、Ｃｕ，Ａｇの種
々の媒質金属中での拡散係数は、それぞれの配線用該導
電体金属と媒質金属との組合せによって変化するので、
高温で化学的に安定で、かつ、それぞれの配線材料に適
した媒質金属を被覆用に選定、適用することが出来る。
【００１３】この拡散防止のための障壁層を形成するた
めには、例えば常法による液相、気相、溶融金属、粉末
などを用いる方法を使うこと、即ち、導電体材料の表面
に、障壁層となる材料を接触、堆積、積層、載架するこ
とが出来る。代表的な被覆方法、即ち、材料を接触、堆
積、積層、載架する方法の例をまとめて表１に示す。当
然のことながら表１に示す以外の方法を使っても良い。
めには、例えば常法による液相、気相、溶融金属、粉末
などを用いる方法を使うこと、即ち、導電体材料の表面
に、障壁層となる材料を接触、堆積、積層、載架するこ
とが出来る。代表的な被覆方法、即ち、材料を接触、堆
積、積層、載架する方法の例をまとめて表１に示す。当
然のことながら表１に示す以外の方法を使っても良い。
【００１４】前述した構成からなる本発明によれば、電
気回路を形成する配線材料である導電体材料の外側から
高温で安定で、かつ、それ自身の内部において、導電体
材料を構成する元素の原子の拡散が遅い金属を被覆する
ことによって、該部材製造途中の高温プロセスや、回路
動作中のジュール発熱によって、高温環境に曝されても
表面の高温化学反応や、原子の熱拡散による移動を阻
止、又は低減することが出来るので、経時的な配線材料
の劣化を抑制又は防止することが出来る。
気回路を形成する配線材料である導電体材料の外側から
高温で安定で、かつ、それ自身の内部において、導電体
材料を構成する元素の原子の拡散が遅い金属を被覆する
ことによって、該部材製造途中の高温プロセスや、回路
動作中のジュール発熱によって、高温環境に曝されても
表面の高温化学反応や、原子の熱拡散による移動を阻
止、又は低減することが出来るので、経時的な配線材料
の劣化を抑制又は防止することが出来る。
【００１５】次に本発明に係わる、電気回路を構成する
導電体材料表面の被覆構造の実施例を図１を参照して説
明する。
導電体材料表面の被覆構造の実施例を図１を参照して説
明する。
【００１６】図１は本発明の第１の実施例の電気回路の
被覆構造の断面図を示す。絶縁体又は半導体の基材４上
にＣｕ層２とＡｇ層１を埋め込んだ２層構造の配線、即
ち、導電体層断面を示している。この電気回路配線の導
電体材料の外側をＮｉＳＯ4−６Ｈ2Ｏに錯化剤と還元剤
を添加、混合した溶液に接触し、無電解メッキを行うこ
とによって、Ａｇ層１の上にＮｉ−Ｂ合金３を堆積した
ものである。図４、５のデータより明らかなように、Ａ
ｇ，ＣｕはＮｉ中での拡散係数が極めて小さい。またＮ
ｉ−Ｂ合金は元来高温でも化学的に安定な特性を有して
いる。従って、Ｎｉ−Ｂ合金は、導電体材料であるＡｇ
層とＣｕ層に対して、表面の高温化学反応や原子の熱拡
散による移動を阻止、低減する障壁層としての役割を果
たす。
被覆構造の断面図を示す。絶縁体又は半導体の基材４上
にＣｕ層２とＡｇ層１を埋め込んだ２層構造の配線、即
ち、導電体層断面を示している。この電気回路配線の導
電体材料の外側をＮｉＳＯ4−６Ｈ2Ｏに錯化剤と還元剤
を添加、混合した溶液に接触し、無電解メッキを行うこ
とによって、Ａｇ層１の上にＮｉ−Ｂ合金３を堆積した
ものである。図４、５のデータより明らかなように、Ａ
ｇ，ＣｕはＮｉ中での拡散係数が極めて小さい。またＮ
ｉ−Ｂ合金は元来高温でも化学的に安定な特性を有して
いる。従って、Ｎｉ−Ｂ合金は、導電体材料であるＡｇ
層とＣｕ層に対して、表面の高温化学反応や原子の熱拡
散による移動を阻止、低減する障壁層としての役割を果
たす。
【００１７】図２は本発明の第２の実施例の電気回路の
被覆構造の断面図であり、基材表面付近の基材に埋め込
まれた配線材料で、配線の中央が表面より凹んで溝状に
なっているものを示す。図１に示す実施例と同様に、配
線は絶縁体又は半導体の基材４上にＣｕ層２とＡｇ層１
を埋め込んだ２層構造を持っている。
被覆構造の断面図であり、基材表面付近の基材に埋め込
まれた配線材料で、配線の中央が表面より凹んで溝状に
なっているものを示す。図１に示す実施例と同様に、配
線は絶縁体又は半導体の基材４上にＣｕ層２とＡｇ層１
を埋め込んだ２層構造を持っている。
【００１８】この配線表面は第１の実施例と同様、Ｎｉ
ＳＯ4−６Ｈ2Ｏに錯化剤と還元剤を添加、混合した溶液
に接触して、無電解メッキを行うことによって図２に示
すようにＣｕ層２及びＡｇ層１の上にＮｉ−Ｂ合金３を
堆積したものである。尚、Ａｇ層とＣｕ層の二層構造の
導電体材料の製造方法については、特願平４−９１７７
８号特許出願にその詳細が開示されている。
ＳＯ4−６Ｈ2Ｏに錯化剤と還元剤を添加、混合した溶液
に接触して、無電解メッキを行うことによって図２に示
すようにＣｕ層２及びＡｇ層１の上にＮｉ−Ｂ合金３を
堆積したものである。尚、Ａｇ層とＣｕ層の二層構造の
導電体材料の製造方法については、特願平４−９１７７
８号特許出願にその詳細が開示されている。
【００１９】
【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば、
導電体材料の主として下地の反対側表面上に高温で安定
で、かつ、その内部で熱拡散を起こしにくい金属による
被覆を行うので、高温プロセス中や、高温動作時に電気
回路配線材料の導電体表面が周囲環境と反応したり、そ
の構成元素が熱拡散によって移動することを抑制、又は
防止することが出来る。それによって、電気回路、又は
それを用いた部品、製品の形成過程又は、製品完成後の
動作時における配線材料、即ち電気回路の経時的な劣化
を抑制、又は防止することが出来る。
導電体材料の主として下地の反対側表面上に高温で安定
で、かつ、その内部で熱拡散を起こしにくい金属による
被覆を行うので、高温プロセス中や、高温動作時に電気
回路配線材料の導電体表面が周囲環境と反応したり、そ
の構成元素が熱拡散によって移動することを抑制、又は
防止することが出来る。それによって、電気回路、又は
それを用いた部品、製品の形成過程又は、製品完成後の
動作時における配線材料、即ち電気回路の経時的な劣化
を抑制、又は防止することが出来る。
【図１】本発明の第１の実施例の電気回路の被覆構造の
断面図。
断面図。
【図２】本発明の第２の実施例の電気回路の被覆構造の
断面図。
断面図。
【図３】電気抵抗の相対的に小さな金属材料の温度と電
気比抵抗の関係を示す説明図。
気比抵抗の関係を示す説明図。
【図４】電気抵抗の相対的に小さな金属材料の一つであ
るＣｕの媒質金属中における拡散係数と絶対温度の逆数
の関係を示す説明図。
るＣｕの媒質金属中における拡散係数と絶対温度の逆数
の関係を示す説明図。
【図５】電気抵抗の相対的に小さなもう一つの金属材料
であるＡｇの媒質金属中における拡散係数と絶対温度の
逆数の関係を示す説明図。
であるＡｇの媒質金属中における拡散係数と絶対温度の
逆数の関係を示す説明図。
１ Ａｇ層 ２ Ｃｕ層 ３ Ｎｉ−Ｂ合金被覆層 ４ 基材
Claims (4)
- 【請求項１】 絶縁体、及び又は、半導体基材中に配設
した導電体材料の表面に、周囲環境との反応性が相対的
に乏しい材料を接触、堆積、積層、又は載架したことを
特徴とする電気回路の被覆構造。 - 【請求項２】 絶縁体、及び又は、半導体基材中に配設
した導電体材料の表面に、該導電体材料の元素の拡散が
相対的に容易でない材料を接触、堆積、積層、又は載架
したことを特徴とする電気回路の被覆構造。 - 【請求項３】 絶縁体、及び又は、半導体基材中に配設
した導電体材料の表面をＮｉ又はＮｉ合金で被覆したこ
とを特徴とする請求項１または請求項２の電気回路の被
覆構造。 - 【請求項４】 前記導電体材料はＡｇ層とＣｕ層の二層
構造であり、前記導電体材料の表面に接触、堆積、積層
又は載架された材料はＮｉ−Ｂ合金であることを特徴と
する請求項１又は請求項２の電気回路の被覆構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18179192A JPH066012A (ja) | 1992-06-16 | 1992-06-16 | 電気回路の被覆構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18179192A JPH066012A (ja) | 1992-06-16 | 1992-06-16 | 電気回路の被覆構造 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002253961A Division JP3795438B2 (ja) | 2002-08-30 | 2002-08-30 | 半導体素子の配線形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH066012A true JPH066012A (ja) | 1994-01-14 |
Family
ID=16106938
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18179192A Pending JPH066012A (ja) | 1992-06-16 | 1992-06-16 | 電気回路の被覆構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH066012A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000040742A (ja) * | 1998-06-22 | 2000-02-08 | Stmicroelectronics Inc | ダマスク方法による銀メタリゼ―ション |
| US6147408A (en) * | 1997-09-18 | 2000-11-14 | Ebara Corporation | Method of forming embedded copper interconnections and embedded copper interconnection structure |
| WO2001008213A1 (en) * | 1999-07-27 | 2001-02-01 | International Business Machines Corporation | REDUCED ELECTROMIGRATION AND STRESS INDUCED MIGRATION OF Cu WIRES BY SURFACE COATING |
| WO2002101822A3 (en) * | 2001-06-11 | 2003-05-30 | Ebara Corp | Interconnection in semiconductor device and method for manufacturing the same |
| JP2003179000A (ja) * | 2001-12-12 | 2003-06-27 | Sony Corp | 半導体装置及びその製造方法 |
| JP2005191408A (ja) * | 2003-12-26 | 2005-07-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | コイル導電体とその製造方法およびこれを用いた電子部品 |
| CN100416818C (zh) * | 2001-09-12 | 2008-09-03 | 株式会社东芝 | 半导体器件及其制造方法 |
-
1992
- 1992-06-16 JP JP18179192A patent/JPH066012A/ja active Pending
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