DE2848015A1

DE2848015A1 - Element mit einem mikroleitungsmuster

Info

Publication number: DE2848015A1
Application number: DE19782848015
Authority: DE
Inventors: Atsushi Asano; Toshio Futami; Hideki Nishida; Ryo Suzuki; Masatoshi Takeshita
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1977-11-11
Filing date: 1978-11-06
Publication date: 1979-05-17
Also published as: US4417323A; NL7810794A; JPS5468170A; GB2007916A; GB2007916B; DE2848015C2; NL178372B; NL178372C; JPS5736669B2

Description

Ee schreib nngs;

Die Erfindung betrifft ein Element mit einem riikroleitungsamster, bei dem das riikroleitungsmuster auf einem Substrat ausgebildet ist, wie es beispielsweise bei Magnetblasen-Speichereinrichtungen bzw. Domänentransport-Speichereinrichtungen der Pail ist.

Bei einem Element mit einem Mkroleitungsmuster, beispielsweise einer Magnetblasen-Speichereinrichtung, ist der Bruch eines Leitungsmusters ein schwerwiegendes Problem.

Bekanntermassen weist eine Magnetblasen-Speichereinrichtung einen Aufbau auf, bei dem eine Garnet- bzw. Granatschicht 11, die eine Magnetblase halten kann, eine erste Isolierschicht 12, ein Leitungsmuster 13, eine zweite Isolierschicht 14 und ein Transport- bzw. Übertragungs- oder Transfermuster 15 nacheinander auf einem nicht magnetischen Substrat 10 aufgebracht sind. Ein Querschnitt durch einen solchen Aufbau ist in Fig. 1 dargestellt (obgleich die Magnetblasen-Speichereinrichtung weiterhin eine harte Blasensteuerschicht, einen Detektor und eine Schutzschicht aufweist, sind diese Teile im Hinblick auf ein leichteres Verständnis der vorliegenden Erfindung nicht dargestellt). Um die Magnetblasen-Speichereinrichtung zu betreiben, ist es erforderlich, auf der Garnet-Schicht 11 durch Anlegen eines Impulsstromes an das Leitungsmuster 13 eine Magnetblase zu erzeugen, oder eine derartige Magnetblase zu löschen. *fenn Impuls ströme zum Erzeugen oder zum Löschen von Magnetblasen über einen langen Zeitraum hinweg immer wieder angelegt werden, treten wegen des langzeitigen Anlegens von elektrischen Strömen Strombeanspruchungen auf, die lokale Wanderungen von Atomen hervorrufen. Dadurch werden Hohlräume, Blasen, Lücken oder Lunker im Leitungsmuster gebildet und schliesslich treten im Leitungsmuster Brüche auf.

Dieser unerwünschte Effekt wird üblicherweise als "Elektro-Wanderung" oder im Angelsächsischen als "Elektro-

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_ ZJ. _

I'iigration" bezeichnet. Es wurden bereits zahlreiche Versuche hinsichtlich der Wahl von Materialien für die Leiter zur Ausbildung von Leitungsmustern unternommen, um zu verhindern, dass dieser Effekt auftritt. Es ist beispielsweise bekannt, dass die Lebensdauer des Leitungsmusters bzw. der Zeitpunkt, bei dem ein Bruch des Leitungsmusters auftritt, durch Verwendung von Al-Cr oder Al-Gu-Cr erhöht bzw. hinausgeschoben wird, und dass die Lebensdauer wesentlich höher als.bei Verwendung von Al allein ist.

Es lassen sich jedoch keine zufriedenstellenden Ergebnisse lediglich durch die Verbesserung oder die bessere Auswahl von Leitungsmaterialien erzielen und es ist nicht möglich, einen Bruch auf Grund von Elektro-Wanderung nur durch die Verbesserung des Leitungsmaterials vollständig zu verhindern.

Aus dem Aufsatz von J.R. Black in IEEE Transactions on Electron Devices, Band EO-16, Nr. 4, Seite 338, 1969 ist es bekannt, dass MTF auf Grund der Elektro-Wanderung proportional der Grosse S.e-™ ist, wobei S die Querschnittsfläche des Leiters und E die freigewon ene bzw. auftretende Energie ist. Dieser Aufsatz sagt jedoch nichts darüber aus, wie die Lebensdauer des Leitungsmusters erhöht bzw. ein Druck des Leitungsmusters verhindert werden kann.

In der JP-OS 2239/74- ist angegeben, dass Elektro-Wanderung vermieden werden kann, wenn Al 1 bis 5M Gew.% Cu zugesetzt wird. Auch diese Patentanmeldung gibt keinen Hinweis, durch konstruktive Massnahmen die Lebensdauer eines Elementes mit einem Mikroleitungsmuster zu erhöhen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die zuvor angegebenen Schwierigkeiten bei herkömmlichen Herstellungsverfahren zu lösen und ein Element mit einem Mikroleiteraufbau zu schaffen, das eine lange Lebensdauer hat und bei dem keine Brüche im Leitungsmuster auftreten.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch, das im Anspruch. angegebene Element gelöst.

Erfindungsgemäss ist ein Wärmeableitungsoiuster vorgesehen, das an einem gewünschten Bereich eines Leitungsmusters ange-5 ordnet bzw. im Zusammenhang mit einem gewünschten Bereich eines Leitungsmusters verwendet wird, um die Wärmeableitung zu verbessern und die Temperaturerhöhung des Leitungsmusters gering zu halten, so dass das Auftreten von Elektro-Wanderung vermieden wird.

Das erfindungsgemässe Element mit einem Mikroleitungsmuster weist ein Wärmeableitungsmuster auf, das auf einem dünnen, feinen Leiterbereich eines Leitungsmusters ausgebildet ist. Ein Bruch, der durch Temperaturerhöhung des Leitungsmusters bei Anlegen eines Stromes verursacht wird und die dadurch hervorgerufene Elektro-Wanderung kann mit dem erfindungsgemäss Wärmeableitungsmuster verhindert werden, das auf dem dünnen, feinen Leiterbereich des Leitungsmusters ausgebildet ist. Die Zuverlässigkeit und Lebensdauer des gemäss der vorliegenden Erfindung ausgebildeten Elementes mit einem Mikroleitungsmuster kann wesentlich verbessert werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Teilquerschnitt, der den Aufbau einer Magnetblasen-Speichereinrichtung wiedergibt, !"ig. 2-A einen dünnen, feinen Leitungsbereich eines Leitungsmusters in Aufsicht,

Fig. 2-B einen Teilquerschnitt durch den in Fig. 2-A dargestellten Bereich mit einer dünnen, feinen Leitung, und

Fig. 3-A, 3-B und 3-C unterschiedliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.

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Wenn elektrischer Strom durch ein Leitungsmuster fliesst, entsteht Joule's Warme, die zu einem Temperaturanstieg des Leitungsmusters führt, Wenn die Leiterverbindung dünn bzw. fein und der Widerstand hoch ist, ist der Temperaturanstieg beträchtlich. Durch eine grössere Stromdichte und eine Temperaturerhöhung wird die sogenannte Elektro-Wanderung beschleunigt. Bei dem in Fig. 2-A dargestellten Leitungsmuster tritt daher in einem dünnen bzw. feinen Leitungsbereich 13' eines Leitungsmusters 13 eine erhebliche lokale Temperaturerhöhung auf, und in diesem Bereich bilden sich Hohlräume, Blase oder Lunker, die schliesslich dazu führen, dass die Leitung in diesem Bereich bricht.

Dieser Effekt kann durch eine Leitungsverbreiterung des dünnen, feinen Leitungsbereichs 13' vermieden werden, wodurch eine lokale Temperaturerhöhung verhindert wird. Obwohl die Intensität des Magnetfeldes im gebogenen Teil (im Haarnadleteil) des Leiters des dünnen, feinen Leiterteils 13' ein sehr wichtiger Faktor bei einer Magnetblasen-Speicheranordnung ist, wenn die Leitung im dünnen, feinen Leiterbereich 13' verbreitert wird, wird jedoch die Intensität des Magnetfeldes in diesem Bereich geändert und die Funktion der Magnetblasen-Speicheranordnung geht verloren. Eine Verbreiterung der Leitung kann daher nicht in Betracht kommen.

Fig. 2-(B) zeigt einen Querschnitt des dünnen , feinen Le iterbereichs 13' des in Fig. 2-A dargestellten Leitungsmusters 13 entlang der Schnittlinie A-A¹ (in Fig. 2-B sind die Teile, beispielsweise ein Transport- bzw. Ubertragungsmuster, die zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich sind, weggelassen). Die im. feinen, dünnen Leiterbereich 13' erzeugte Wärme kann wirkungsvoll abgeführt werden, wenn eine Diffusion der Wärme durch das Leitungsmuster an sich und eine Diffusion der Wärme zu den Isolierschichten 12 und 14- und zum Substrat 10 verbessert wird, und daher kann ein Temperaturanstieg im Leitungsmuster verhindert und das Auftreten von Elektro-Wandung wirkungsvoll gesteuert werden.

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Die vorliegende Erfindung beruht auf diesem Konzept. Oder genauer gesagt, wird gemäss der vorliegenden Erfindung ein Wärmeableitungsmuster, das aus einer Substanz mit guter Wärmeleitfähigkeit besteht, im Zusammenhang mit dem dünnen, feinen Leitungsbereich eines Leitungsmusters verwendet, so dass eine Verschlechterung oder Beeinträchtigung auf Grund der Wärmeentwicklung verhindert wird, ohne dass die Intensität des Magnetfeldes im Haarnadelbereich geändert werden muss.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen im einzelnen erläutert.

Bei den verschiedenen, in den Fig. 3-A, 3-B und J>-G dargestellten Ausführungsbeispielen werden die sich in ihrer Gestalt oder Form unterscheidenden Wärmeableitungsmuster 23 und 24 im Zusammenhang mit einem dünnen, feinen Bereich 21 eines Leitungsmusters verwendet.

Ein Zuführungsleiterbereich 22 ist 20/um und der dünne, feine Leiterbereich 21 im Leitungsmuster ist 5/im dick, und die gesamte Länge der Leitung beträgt etwa 95/um. Die Abmessungen der Wärmeableitungsmuster 23 und 24 betragen 75/um χ 20/um bzw. 10/um χ 5/um (im letzteren Falle sind acht Wärmeableitungsmuster vorgesehen).

Das in den Fig. 3-A oder 3-B dargestellte Leitungsmuster ist auf einer 1 mm dicken SiOo-Schicht ausgebildet, es besteht aus Al mit 6 Gew.% Cu (und ist 0,4/um dick). Das Leitungsmuster ist mit einer 0,7/um dicken SiOp-Schutζ schicht überzogen. Die in dieser Weise hergestellten Proben werden einem Hochtemperaturtest unter Anlegen von Impulsströmen unterzogen. Die Umgebungstemperatur beträgt 150 oder 170° G und die Impulsbreite des angelegten Impulsstromes beträgt 0,1/usec bei einer Wiöderholungsfolge von 4yusec. Zu Vergleichszwecken wurde ein Leitungsmuster ohne Wärmeableitungsmuster, wie es in Fig. 2-A dargestellt ist (der dünne Leitungsbereich ist dabei 5/Um und der Zuführungsleiterbereich

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ist etwa 95/ura breit) in gleicher Weise ausgebildet und dieses Leitungsmuster ohne Wärmeableitungsmuster wird ebenfalls dem zuvor beschriebenen Hochtemperaturtest unterzogen.

Die Ergebnisse sind in Tabelle I angegeben. Wie Tabelle I zeigt, bilden sich bei jedem Leitungsmuster ohne Wärmeableitungsmuster Hohlräume bzw. Blasen oder es treten Brüche auf. Dagegen sind bei Leitungsmustern mit Wärraeableitungsmustern keine Änderungen festzustellen.

Tabelle I

Form

Strom

6
2-A

Impulsstrom, 0,3 A

Irapulsstrom, 0,3 A

Impuls strom, 0,4 A

Impulsstrom, 0,4 A

Impuls strom, 0,4 A

Impulsstrom, 0,4 A

Die Impulsbreite betrug 0,1/usec, die Wiederholungsfolge 4/Usec

Tempe	Zeit	Fe st-
ratur (⁰C)	(Std.	) Stellungen
170	300	Hohlraum
		bildung
		keine
170	300	Änderung
170	300	keine
		Änderung
150	300	viele Hohl
		räume
150	300	keine
		Änderung
150	300	keine
		Änderung
170	213	Bruch

Die Ausbildung von Hohlräumen bzw. Blasen oder das Auftreten von Brüchen wurde bei dem zuvor beschriebenen Hochtemperaturtest nicht beobachtet. Das bedeutet, dass ein Bruch des Leitungsmusters bei einer Magnetblasen-Speiehereinrichtung, die gemäss der vorliegenden Erfindung hergestellt wird, über lange Zeiträume (über Zeiträume, die langer als etwa

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25 Jahre betragen) nicht auftreten. Kit der vorliegenden Erfindung kann daher Zuverlässigkeit von Magr.e^Llasenßpeichereinrichtungen wesentlich verbessert werden. Es wurde festgestellt, dass auch dann, wenn die Form des Wärmeableitungsmusters 25 nicht, wie in Fig. 3-", symmetrisch ist, gute Ergebnisse erzielt werden.

Die Form des Wärmeableitungsmusters, das gemäss der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, ist nicht auf die in Fig. 3-A, 3-B und 3-C dargestellten Muster beschränkt. Vielmehr können die verschiedensten Wüster gemäss der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Wenn ein Wärmeableitungsmuster mit einer Anzahl von VorSprüngen oder Ausladungen, wie dies beispielsweise in Fig. 3-B dargestellt ist, verwendet wird, kann ein besonders guter Wärmeableitungseffekt erreicht werden.

Natürlich kann ein besserer Wärmeableitungseffekt erzielt werden, wenn die Fläche des Wärmeableitungsmusters in Bezug zur Fläche des dünnen Leiterbereichs des Leitungsmusters grosser ist. Jedoch kann in einigen Fällen ein Leitungsmuster mit einer grossen Flache auf Grund von Beschränkungen in der Form des dünnen Leitungsbereichs, der Lage und Anordnung des Wärmeableitungsmusters und anderer Faktoren nicht ausgebildet werden.

Bei den in den Fig. 3-A und 3-B dargestellten Ausführungsbei spielen sind die Flächen der Wärmeableitungsmuster 23 und 24 3mal bzw. 0,8mal so gross wie die Fläche des feinen, dünnen Leitungsbereichs des Leitungsmusters. Auch bei diesen Ausführungsbeispielen erhält man,wie zuvor beschrieben ,gute Ergebnisse.

Wenn ein Wärmeableitungsmuster verwendet wird, dessen Fläche so gross ist wie der dünne, feine Leitungsbereich, ist die abgeleitete Wärme doppelt so gross wie die Wärmemenge, die

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abgeleitet wird, wenn kein Wärneableitungsmuster ausgebildet wird, und in diesem falle erhält man nicht nur in einer Magnetblasen-Speichereinrichtung, sondern auch in anderen Elementen mit mikrofeinen Mustern zufriedenstellende, gute Ergebnisse.

Zur Ausbildung des Wärmeableitungsmusters können Al oder es können andere Metalle mit guter Wärmeleitfähigkeit oder Legierungen dieser Metalle verwendet werden. Dieses Wärmeableitungsrauster kann unter Verwendung eines Materials, das sich von dem Material, welches das Leitungsmuster bildet, mit einem getrennten Verfahrensschritt gebildet werden. Wenn das Wärmeableitungsrauster jedoch aus demselben Material wie das Leitungsmuster hergestellt wird, kann das Wärmeableitungsrauster durch einen einzigen Herstellungsvorgang gleichzeitig mit dem Leitungsrauster ausgebildet werden, und dieses Verfahren ist für den praktischen Fall am vorteilhaftesten.

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Claims

PATENTANWÄLTE

SCHIFF ν. FÜNER STREHL SCHÜBEL-HOPF EBBINGHAUS FINCK

MARIAHILFPLATZ 2 A 3, MDNCHEN 9O POSTADRESSE: POSTFACH 95 O1 6O₁ D-8OO0 MÖNCHEN 95 28A8015

HITACHI, LTD. 6. November 1978

DEA-5738

Element mit einem Mikroleitungsmuster

Patentansprüche

Element mit einem Mikroleitungsmuster, bei dem das Leitungsmuster auf einem Substrat ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet , dass ein Wärmeleitungsmuster (23, 24-, 25) aus einem Material mit guter Wärmeleitfähigkeit auf einem dünnen Leiterbereich (21) des Leitungsmusters ausgebildet ist.
2. Element mit einem Mikroleitungsmuster gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieses Element eine Magnetblasen-Speiche reinrichtung ist.

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3- Element mit einem Kikroleitungsrauster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeableitungsmuoter (231 24-, 25) aus demselben Material wie das Leitungsmuster besteht.

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