DE68922767T2

DE68922767T2 - Verbindungsstruktur zum Verbinden von Leitern in einem elektronischen Apparat.

Info

Publication number: DE68922767T2
Application number: DE68922767T
Authority: DE
Inventors: Akio Kiso; Tetsuya Nakajima; Taichi Saitoh; Minoru Takagi; Nobuyuki Tanaka; Hideo Tokuda
Original assignee: Fujitsu VLSI Ltd; Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu VLSI Ltd; Fujitsu Ltd
Priority date: 1988-03-18
Filing date: 1989-03-15
Publication date: 1995-09-28
Anticipated expiration: 2009-03-16
Also published as: EP0333446A3; EP0333446B1; EP0333446A2; KR920003316B1; DE68922767D1; KR890015455A; US4975544A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf die Verdrahtung einer elektronischen Vorrichtung und im besonderen auf eine Verbindungsstruktur von Leitern, die zum Verbinden von Leitern in einer elektronischen Vorrichtung, wie eine Halbleiteranordnung, verwendet wird.
In einer Halbleiteranordnung, wie eine integrierte Schaltung, gibt es Fälle, daß ein Leiter, der auf einer Seite einer Isolierschicht zum Verdrahten verwendet wird, auf der anderen Seite der Isolierschicht mit einem anderen Leiter verbunden ist. Dadurch wird ein Verbindungsteil gebildet, bei dem die beiden Leiter quer durch die Isolierschicht einen Kontakt bilden.
Wenn die Halbleiteranordnung verwendet wird, neigt solch ein Verbindungsteil dazu, eine Elektronenflußkonzentration hervorzurufen, die im Leiter Elektromigration verursacht. Elektromigration ist eine Erscheinung, bei der ein Atom des Leiters durch den Stoß von Elektronen, die in eine Richtung fließen, von seiner ursprünglichen Position verdrängt wird. Die Elektromigration von Aluminium ist wohlbekannt. Wenn die Elektromigration übermäßig auftritt, wird eine große Anzahl von Atomen des Leiters in dem Verbindungsteil durch den Stoß von Elektronen verdrängt, und der Kontakt zwischen den zwei Leitern wird verschlechtert oder geht verloren. Mit anderen Worten, der Verbindungsteil wird durch einen Elektronenstrom oder -fluß zerstört, und die zwei Leiter werden getrennt. Solch eine Trennung der Verdrahtung in der Halbleiteranordnung begrenzt die Lebensdauer der Halbleiteranordnung.
Da der Rest der Halbleiteranordnung noch seine Operation fortsetzen kann, kann die Lebensdauer der Halbleiteranordnung verlängert werden, wenn die Lebensdauer des Verbindungsteils verlängert wird. Zu diesem Zweck ist es erforderlich, das Problem der Verschlechterung des Kontakts durch die Elektromigration zu lösen.
Um den Effekt der Elektromigration zu reduzieren, wird gewünscht, die Konzentration des Elektronenflusses, der den Verbindungsteil durchläuft, an einer besonderen Stelle des Verbindungsteils zu reduzieren oder minimieren.
Herkömmlicherweise existiert eine Verbindungsstruktur mit zahlreichen kontaktierenden Teilen, die in einer Reihen- und Spaltenformation mit einem wesentlichen gegenseitigen Abstand so angeordnet sind, daß die kontaktierenden Teile alternierend ausgerichtet sind. Obwohl solch eine Struktur in der Lage ist, den Elektromigrationseffekt zu reduzieren, ist sie beschränkt, insofern als der zu verbindende Leiter eine relativ große Breite haben sollte. Zum Beispiel ist für den Leiter eine Breite von etwa 100 um oder mehr erforderlich, wenn ein Paar von Leitern durch drei oder vier Reihen von Verbindungsteilen verbunden wird, die jeweils zwei oder drei Verbindungsteile mit einer Größe von etwa 10 um x 10 um enthalten. Somit kann solch eine herkömmliche Verbindungsstruktur nicht für Verdrahtungsmuster verwendet werden, die einen Leiter mit einer im wesentlichen kleinen Breite haben, wie 50 um oder weniger.
Ferner ist eine Verbindungsstruktur bekannt, bei der ein Paar von Leitern auf beiden Seiten einer Isolierschicht an einer Vielzahl von Kontakten, die in einer Vielzahl von Reihen ausgerichtet sind, die sich in eine Elektronenflußrichtung erstrecken, einen Kontakt bildet. In einer in FIG. 1 gezeigten Konstruktion sind zwei Reihen von Kontakten 1 und 2 vorgesehen, die jeweilig drei oder mehr Kontakte 1a - 1c, 2a - 2c in sich enthalten, bei denen die Größe der Kontakte identisch ist, außer bei dem ersten Kontakt 1a, 2a auf einer am weitesten stromaufwärtigen Seite eines Elektronenflusses e, der hergestellt ist, um eine kleinere Breite als der Rest der Kontakte in der Reihe zu haben. Bei solch einer Konstruktion besteht das Problem, daß sich der Elektronenfluß e hauptsächlich auf den ersten Kontakt 1a, 2a konzentriert, der die kleine Größe hat, obwohl einige der Elektronen durch einen Teil des zweiten Kontaktes 1b, 2b empfangen werden, der sich über den kleinen ersten Kontakt 1a, 2a hinaus in einen Weg des Elektronenflusses erstreckt, und der erste Kontakt wird nach einem kurzen Zeitraum defekt. Denn der dritte Kontakt 1c, 2c, der die Größe hat, die mit dem zweiten Kontakt 1b, 2b identisch ist, ist im Schatten des Elektronenflusses, der hinter dem zweiten Kontakt gebildet ist, und trägt nicht zu der Leitung von Elektronen bei. Sobald der erste Kontakt ruiniert ist, wird der zweite Kontakt hinter dem ersten Kontakt einer starken Elektronenkonzentration ausgesetzt und wird nach einem kurzen Zeitraum defekt. Nach dem zweiten Kontakt wird der dritte Kontakt auf ähnliche Weise defekt. Somit kann solch eine herkömmliche Verbindungsstruktur nur eine begrenzte Lebensdauer vorsehen.
DE-A-3 431 632 offenbart eine Verbindungsstruktur, die einer einfacheren Version des obigen Standes der Technik entspricht, der in FIG. 1 gezeigt ist. Ein relativ kleiner erster Kontakt (ähnlich 1a in FIG. 1) ist zusammen mit einem relativ großen Kontakt (ähnlich 1b in FIG. 1) vorgesehen.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Verbindungsstruktur zum Verbinden von Leitern vorgesehen, die zum Verdrahten in einer elektronischen Vorrichtung verwendet wird, um einen Elektronenfluß von einem Leiter zu dem anderen zu führen, mit einem ersten Leiter zum Montieren auf einem Teil der elektronischen Vorrichtung zum Hindurchführen des Elektronenflusses, einem Isolator, der auf dem genannten ersten Leiter vorgesehen ist und mit einem Kontaktloch gebildet ist, und einem zweiten Leiter, der auf dem genannten Isolator vorgesehen ist, zum Hindurchführen des Elektronenflusses, welcher zweite Leiter vorgesehen ist, um zusammen mit einem Teil des ersten Leiters den Isolator sandwichartig dazwischen anzuordnen, welche ersten und zweiten Leiter quer durch den Isolator an dem genannten Kontaktloch miteinander in Kontakt sind, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Kontaktloch eine Form hat, deren Länge sich im allgemeinen längs einer Flußrichtung erstreckt, in die Elektronen fließen können, wenn die Verbindungsstruktur in Gebrauch ist, und deren Breite, die zu der Flußrichtung rechtwinklig ist, längs der Flußrichtung wenigstens in einem ersten Abschnitt des Kontaktlochs stufenweise zunimmt.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Verbindungsstruktur zum Verbinden von Leitern vorgesehen, die zum Verdrahten in einer elektronischen Vorrichtung verwendet wird, um einen Elektronenfluß von einem Leiter zu dem anderen zu führen, mit einem ersten Leiter zum Montieren auf einem Teil der elektronischen Vorrichtung zum Hindurchführen des Elektronenflusses, einem Isolator, der auf dem genannten ersten Leiter vorgesehen ist und mit einer Vielzahl von Kontaktlöchern gebildet ist, und einem zweiten Leiter, der auf dem genannten Isolator vorgesehen ist, zum Hindurchführen des Elektronenflusses, welcher zweite Leiter vorgesehen ist, um zusammen mit einem Teil des ersten Leiters den Isolator sandwichartig dazwischen anzuordnen, welche ersten und zweiten Leiter quer durch den Isolator an der genannten Vielzahl von Kontaktlöchern miteinander in Kontakt sind, um einen Verbindungsbereich zum Hindurchführen eines Elektronenflusses zu bilden, dadurch gekennzeichnet, daß:
die Kontaktlöcher in Spalten angeordnet sind, die längs einer Flußrichtung positioniert sind, in die Elektronen fließen können, wenn die Verbindungsstruktur in Gebrauch ist;
die Kontaktlöcher in jeder Spalte im allgemeinen rechtwinklig zu der Flußrichtung angeordnet sind;
Spalten, die längs der Flußrichtung sukzessive angeordnet sind, sukzessive größere Anzahlen von Kontakt löchern haben; und
Kontaktlöcher in benachbarten Spalten gegenseitig versetzt sind.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine Verbindungsstruktur zum Verbinden von Leitern in einer elektronischen Vorrichtung vorsehen, bei der der Elektromigrationseffekt minimiert ist.
Durch die vorliegende Erfindung wird der Elektronenfluß über die gesamte Verbindungsstruktur verteilt, und die Konzentration des Elektronenflusses an einer besonderen Stelle der Verbindungsstruktur wird vermieden. Als Resultat wird die Elektromigration auf Grund der Konzentration des Elektronenflusses minimiert, und die Kontaktverschlechterung in dem Verbindungsteil wird unterdrückt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

FIG. 1 ist eine Draufsicht, die eine Verbindungsstruktur nach Stand der Technik zum Verbinden von Leitern quer durch einen Isolator zeigt;
FIG. 2 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Ausführungsform einer Verbindungsstruktur der vorliegenden Erfindung zeigt, bei der ein elektrischer Strom in eine Richtung geleitet wird;
FIG. 3 ist eine auseinandergezogene Ansicht, die die Verbindungsstruktur von FIG. 2 zeigt;
FIG. 4 ist eine grafische Darstellung, die ein Experimentierresultat zum Bewerten der Lebensdauer der Struktur von FIG. 2 im Vergleich zu einer herkömmlichen Verbindungsstruktur zeigt;
FIG. 5 ist eine Draufsicht, die die Verbindungsstruktur von FIG. 2 zeigt;
FIG. 6 ist eine Querschnittsansicht, die die Struktur von FIG. 2 längs einer Linie VI-VI von FIG. 5 zeigt;
FIG. 7 ist eine Draufsicht, die eine Abwandlung der Verbindungsstruktur von FIG. 2 zeigt;
FIG. 8 ist eine Draufsicht, die eine andere Abwandlung der Verbindungsstruktur von FIG. 2 für einen Fall zeigt, bei dem der elektrische Strom in beide Richtungen fließt;
FIG. 9 ist eine Draufsicht, die eine Abwandlung der Verbindungsstruktur von FIG. 2 zeigt, bei der der elektrische Strom in der Verbindungsstruktur zusammenfließt;
FIG. 10 ist eine auseinandergezogene Ansicht, die die Verbindungsstruktur von FIG. 9 zeigt;
FIG. 11 ist eine Draufsicht, die eine Abwandlung der Verbindungsstruktur von FIG. 2 zeigt, bei der der elektrische Strom an der Verbindungsstruktur senkrecht gekrümmt wird;
FIG. 12 ist eine auseinandergezogene Ansicht, die die Verbindungsstruktur von FIG. 11 zeigt;
FIG. 13 ist eine perspektivische Ansicht, die eine andere Ausführungsform der Verbindungsstruktur der vorliegenden Erfindung zeigt;
FIG. 14 ist eine perspektivische Ansicht, die die Verbindungsstruktur von FIG. 13 in einem auseinandergezogenen Zustand zeigt;
FIG. 15 ist eine Querschnittsansicht der Verbindungsstruktur von FIG. 11 längs einer Linie XV-XV in FIG. 13;
FIG. 16 ist eine perspektivische Ansicht, die noch eine andere Ausführungsform der Verbindungsstruktur der vorliegenden Erfindung zeigt;
FIG. 17 ist eine Querschnittsansicht der Verbindungsstruktur von FIG. 16 längs einer Linie XVII-XVII von FIG. 16; und
FIG. 18 ist eine Draufsicht, die noch eine andere Ausführungsform der Verbindungsstruktur der vorliegenden Erfindung zeigt.
FIG. 2 zeigt eine erste Ausführungsform der Verbindungsstruktur der vorliegenden Erfindung. Unter Bezugnahme auf die Zeichnung umfaßt die Verbindungsstruktur einen ersten Leiter 10, wie Aluminium, das auf einem Substrat oder einer Halbleiteranordnung 100 abgeschieden ist, einen Isolator 12, der auf dem ersten Leiter 10 abgeschieden ist, und einen zweiten Leiter 11, der ferner auf dem Isolator 12 abgeschieden ist. Die Abscheidung kann zum Beispiel durch Zerstäubung erfolgen. Der erste Leiter 10 und der zweite Leiter 11 sind gemustert, um eine Breite W1 zu haben, und der zweite Leiter 11 ist so abgeschieden, daß sich wenigstens ein Teil des Leiters 11 mit einem Teil des Leiters 10 überlappt.
Wie aus einer auseinandergezogenen Ansicht von FIG. 3 ersichtlich ist, ist der Isolator 12 mit einer hindurchdringenden Öffnung oder Apertur 13 definiert, und der Leiter 10 bildet mit dem Leiter 11 durch diese Apertur 13 einen Kontakt. Da der Leiter 11 auf dem Isolator 12 abgeschieden ist, der mit der Apertur 13 definiert ist, bildet der Leiter 11 einen Vorsprung 14a auf seiner Bodenoberfläche an einem Teil 14, der eine Form hat, die der Form der Apertur 13 entspricht. Dieser Vorsprung 14a ragt von dem Leiter 11 nach unten, wie in der Querschnittsansicht von FIG. 6 deutlich zu sehen ist, und bildet unter dem Isolator 12 einen Kontakt mit dem Leiter 10. Die Verbindungsstruktur umfaßt somit einen Teil des ersten Leiters 10 und einen Teil des zweiten Leiters 11, die an dem Teil 14 einander kontaktieren. Aus diesem Grund wird der Teil 14 nachfolgend als Verbindungsteil bezeichnet.
FIG. 2 zeigt eine Vertiefung 14b, die auf der oberen Oberfläche des Leiters 11 in Entsprechung zu dem Vorsprung 14a am Boden des Leiters 11 gebildet ist. Diese Vertiefung 14b ist in der Querschnittsansicht von FIG. 6 deutlich zu sehen. Nachfolgend wird die Form des Verbindungsteils 14 durch die entsprechende Form der Vertiefung 14b auf der oberen Oberfläche des Leiters 11 dargestellt. In der Struktur von FIG. 2 ist der Teil 14 bezüglich der Richtung des Elektronenflusses symmetrisch. Mit anderen Worten, der Verbindungsteil 14 ist zu einer Symmetrieachse symmetrisch, die sich längs der Richtung eines Elektronenflusses erstreckt, die durch einen Pfeil e&sub0; bezeichnet ist.
Die Struktur von FIG. 2 ist so konstruiert, daß der elektrische Strom von dem Leiter 10 zu dem Leiter 11 fließt, wie durch einen Pfeil i&sub0; angegeben. In Entsprechung dazu fließen die Elektronen von dem Leiter 11 zu dem Leiter 10 quer durch den Verbindungsteil 14, wie durch den Pfeil e&sub0; bezeichnet. Es sei erwähnt, daß der Verbindungsteil 14 eine Breite hat, die sich hin zu einer stromabwärtigen Seite des elektrischen Stroms stufenartig sukzessive verengt. Mit anderen Worten, der Verbindungsteil 14 hat eine Breite, die hin zu der stromabwärtigen Seite des Elektronenflusses e&sub0; stufenartig sequentiell zunimmt. Der Einfachheit der Beschreibung halber wird der elektrische Strom, der durch den Verbindungsteil 14 fließt, nachfolgend nur bezüglich des Elektronenflusses beschrieben. Mit anderen Worten, die Ausdrücke "stromaufwärtige Seite" und "stromabwärtige Seite" bezeichnen nachfolgend die stromaufwärtige Seite und die stromabwärtige Seite des Elektronenflusses. Somit hat ein Teil I auf der am weitesten stromaufwärtigen Seite des Verbindungsteils 14 eine Breite m die etwa 8 um beträgt, und erstreckt sich auf einer Länge h, die etwa 20 um beträgt, längs der Richtung des Elektronenflusses e&sub0;. Diesem am weitesten stromaufwärtigen Teil I folgt ein zweiter stromaufwärtiger Teil II mit einer Länge g von etwa 15 um in der Richtung des Elektronenflusses e&sub0;. Dieser zweite stromaufwärtige Teil II hat eine Breite, die durch m + 2k gegeben ist. Mit anderen Worten, die Breite des Teils II ist stufenweise um eine Stufe k symmetrisch in jede Richtung, die senkrecht zu der Richtung des Elektronenflusses e&sub0; ist, vergrößert. Der Wert der Stufe k ist auf etwa 3 um festgelegt. Ferner schließt sich an diesen Teil II ein anderer Teil III an, der eine Länge f von etwa 15 um und eine Breite von m + 2k + 2j hat. Mit anderen Worten, die Breite des Teils III ist stufenweise symmetrisch bezüglich der Richtung des Elektronenflusses e&sub0; ähnlich wie bei dem Teil II um eine Stufe j vergrößert. Der Wert der Stufe j ist auf etwa 3 um festgelegt. Somit beträgt die Gesamtbreite des Teils 14 20 um, und die Gesamtlänge des Teils 14 beläuft sich auf 50 um.
Die Lebensdauer der Verbindungsstruktur von FIG. 2 wurde für die Leiter 10 und 11 mit der Breite W1 von 25 um getestet. Der Test wurde an 50 Mustern bei einer Temperatur von 250ºC durchgeführt, indem ein elektrischer Strom von 20 mA in die Richtung floß, wie durch den Pfeil i&sub0; angegeben, und die Zeit bis zum ersten Auftreten der defekten Leitung wurde gemessen. Ferner wurde für Vergleichszwecke derselbe Test an einer herkömmlichen Verbindungsstruktur mit einer rechteckigen Form ausgeführt, bei der die Breite in Entsprechung zu der Gesamtbreite des Teils 14 auf 20 um festgelegt war und die Länge in Entsprechung zu der Gesamtlänge des Teils 14 auf 50 um festgelegt war.
FIG. 4 zeigt das Resultat des Experiments. In FIG. 4 ist das Resultat für die Struktur von FIG. 2 durch ein Symbol I dargestellt, und das Resultat für die herkömmliche Struktur ist durch ein Symbol II dargestellt. Wie in der Zeichnung deutlich zu sehen ist, weist die herkömmliche Struktur das erste Auftreten der defekten Leitung nach 500 Stunden ab Beginn des Experiments auf. Danach nimmt die Anzahl von defekten Mustern mit der Zeit stark zu, besonders wenn die Laufzeit des Experiments 1000 Stunden überschritten hat. Bis zu 5000 Stunden wiesen die meisten Muster eine defekte Leitung auf, welches bedeutet, daß der größte Teil der Verbindungsstruktur bis zu dieser Zeit zerstört ist.
Im Gegensatz dazu weist die Struktur von FIG. 2 das erste Auftreten der defekten Leitung erst nach 7000 Stunden ab Beginn des Experiments auf. Selbst danach nimmt die Anzahl von Defekten sehr langsam zu. Es sei erwähnt, daß die Gesamtanzahl der Defekte, die bei dem Experiment auftraten, nur fünf betrug, welches zehn Prozent der getesteten Muster sind, sogar nachdem 10000 Stunden ab Beginn des Experiments verstrichen waren. Somit hat das Experiment deutlich demonstriert, daß die Verbindungsstruktur der vorliegenden Erfindung der herkömmlichen Struktur weit überlegen ist. Der Grund für diese verlängerte Lebenszeit der Verbindungsstruktur kann als Resultat einer vergrößerten Länge des Randes des Verbindungsteils 14 erklärt werden, die durch die Punkte
des Verbindungsteils 14 definiert ist, wie in FIG. 5 gezeigt. Da die Elektronen über den so definierten Rand in den Verbindungsteil 14 fließen, reduziert die Vergrößerung der Länge dieses Randes die Dichte der Elektronen in dem Elektronenfluß, der in den Verbindungsteil 14 fließt. Als Resultat wird die Konzentration der Elektronen vermieden, und die Elektromigration wird unterdrückt. In FIG. 5 ist ferner zum Erleichtern des Verstehens ein hypothetischer Elektronenweg gezeigt. Wie ersichtlich ist, werden alle Ränder des Verbindungsteils 14 zum Empfangen des Elektronenflusses verwendet. Somit befindet sich kein Rand im Schatten des Elektronenflusses.
So erhöht die Verbindungsstruktur von FIG. 2 die Lebenszeit der Halbleiteranordnung, wie z. B. einer integrierten Schaltung, beträchtlich, und sie ist besonders zum Verbinden von Energieleitern in der integrierten Schaltung geeignet, durch die ein großer elektrischer Strom hindurchgeführt wird.
FIG. 7 zeigt eine Abwandlung der Ausführungsform von FIG. 2. In der Zeichnung sind die Teile, die identisch mit jenen entsprechenden Teilen der vorhergehenden Zeichnungen konstruiert sind, mit identischen Bezugszahlen versehen, und ihre Beschreibung wird weggelassen.
In dieser Abwandlung sind Teil I, II und III des Verbindungsteils 14 getrennt, und die Struktur umfaßt einen ersten Verbindungsteil 20, einen zweiten Verbindungsteil 21 und einen dritten Verbindungsteil 22. In Entsprechen dazu sind separate Aperturen 20a, 21a und 22a in dem Isolator 12 gebildet, wie durch eine gestrichelte Linie in FIG. 7 gezeigt. Es sei angemerkt, daß die Breite der Teile 20, 21 und 22 der Breite der Teile I, II und III von FIG. 2 entspricht und von der stromaufwärtigen Seite zu der stromabwärtigen Seite des Elektronenflusses stufenartig sukzessive zunimmt. Diese Abwandlung ist weniger günstig, da die Verbindungsteile 20 und 21 einen Schatten für die nachfolgenden Verbindungsteile bilden. Um diesen Schatteneffekt des Elektronenflusses zu vermeiden, muß ein ausreichender gegenseitiger Abstand zwischen den Teilen 20, 21 und 22 gewählt werden.
FIG. 8 ist eine Abwandlung der Struktur von FIG. 2, bei der der Elektronenfluß in zwei Richtungen erfolgt. Auch in dieser Zeichnung sind die Teile, die identisch mit jenen entsprechenden Teilen der vorhergehenden Zeichnungen konstruiert sind, mit identischen Bezugszahlen versehen, und ihre Beschreibung wird weggelassen.
In dieser Struktur hat der Verbindungsteil 30 eine Struktur, bei der die Breite des Verbindungsteils mit dem Elektronenfluß stufenartig zunimmt und dann wieder stufenartig abnimmt. Entsprechend der Form des Verbindungsteils 30 ist eine Apertur 31 mit einer entsprechenden Form in dem Isolator 12 gebildet, wie in FIG. 8 durch eine gestrichelte Linie gezeigt. Bei dieser Struktur empfängt ein Teil 30a, der die linke Hälfte des Teils 30 ist, den Elektronenfluß e&sub1;, der in der Zeichnung von links nach rechts fließt, und ein Teil 30b auf der rechten Hälfte des Teils 30 empfängt den Elektronenfluß e&sub2;, der in der Zeichnung von rechts nach links fließt. Es sei erwähnt, daß die Breite des Teils 30a hin zu der stromabwärtigen Seite des Elektronenflusses e&sub1; stufenartig sukzessive zunimmt und die Breite des Teils 30b hin zu der stromabwärtigen Seite des Elektronenflusses e&sub2; stufenartig sukzessive zunimmt.
FIG. 9 und 10 zeigen eine Abwandlung der Struktur von FIG. 2, in der ein Elektronenfluß e&sub1;&sub2;, der von einem Leiter 41 zu einem anderen Leiter 42 fließt, mit einem anderen Elektronenfluß e&sub1;&sub1; verschmilzt, der von noch einem anderen Leiter 43, der sich senkrecht zu dem Leiter 41 erstreckt, zu dem Leiter 42 fließt. Wie aus der auseinandergezogenen Ansicht zu erkennen ist, sind die Leiter 41 und 43 verzweigt, und der Leiter 42 ist von den Leitern 41 und 43 durch einen Isolator 44 getrennt, der mit einer Apertur 45 definiert ist, die eine Form des Verbindungsteils 40 definiert. In dieser Abwandlung ist der Verbindungsteil 40, der der Apertur 45 entspricht, in ein Paar von verzweigten Teilen 40a und 40b verzweigt, und der verzweigte Teil 40a erstreckt sich hin zu dem Leiter 43, und der verzweigte Teil 40b erstreckt sich hin zu dein Leiter 41. In jedem der verzweigten Teile 40a und 40b nimmt die Breite des verzweigten Teils hin zu der stromabwärtigen Seite des Elektronenflusses stufenartig sukzessive zu. Unter Bezugnahme auf FIG. 9 nimmt die Breite des verzweigten Teils 40a hin zu der stromabwärtigen Seite eines Elektronenflusses e&sub1;&sub1; sukzessive zu, und die Breite des verzweigten Teils 40b nimmt hin zu der stromabwärtigen Seite eines Elektronenflusses e&sub1;&sub2; sukzessive zu.
FIG. 11 und 12 zeigen eine andere Abwandlung der Verbindungsstruktur, die zum Verbinden eines ersten Leiters 51 mit einem zweiten Leiter 52 geeignet ist, der sich senkrecht zu dem ersten Leiter 51 erstreckt. Ein Isolator 53 trennt die Leiter 51 und 52. Die Verbindung der Leiter 51 und 52 erfolgt an einem Verbindungsteil 50, der in Entsprechung zu einer Apertur 53a definiert ist, die in dem Isolator 53 gebildet ist, wie aus der auseinandergezogenen Ansicht von FIG. 12 deutlich zu erkennen ist. Unter Bezugnahme auf die Zeichnung wird ein Elektronenfluß e&sub1;&sub3; in dem Leiter 51 an dem Verbindungsteil 50 im rechten Winkel gekrümmt und dann zu dem Leiter 52 übertragen. Bei solch einer Krümmung des Weges des Elektronenflusses fließen die Elektronen längs eines kürzesten Weges. Mit anderen Worten, die stärkste Konzentration des Elektronenflusses tritt an der innersten Ecke auf, wo der Leitungsweg der Elektronen gekrümmt wird, wie durch eine Anzahl von Pfeilen in FIG. 11 schematisch gezeigt. Um solch eine Konzentration des Elektronenflusses bewältigen zu können, ist der Verbindungsteil 50 asymmetrisch gebildet. Mit anderen Worten, nur eine obere Hälfte des Verbindungsteils 14 von FIG. 2 wird für den Verbindungsteil 50 verwendet. Selbst in solch einer Konfiguration des Verbindungsteils 50 nimmt die Breite des Verbindungsteils 50 längs einer allgemeinen Richtung A des Elektronenflusses e&sub1;&sub3; stufenartig sukzessive zu, und der Elektronenfluß wird über die zahlreichen Stufen des Verbindungsteils 50 ausgebreitet. Somit wird die Konzentration des Elektronenflusses an einem besonderen Teil des Verbindungsteils 50 vermieden, und der Elektromigrationseffekt wird minimiert.
FIG. 13 - 15 zeigen eine andere Ausführungsform der Verbindungsstruktur der vorliegenden Erfindung. In den Zeichnungen sind die Teile, die identisch mit jenen entsprechenden Teilen in den vorhergehenden Zeichnungen konstruiert sind, mit identischen Bezugszahlen versehen, und ihre Beschreibung wird weggelassen. In den Zeichnungen ist FIG. 13 eine perspektivische Ansicht, FIG. 14 eine auseinandergezogene Ansicht und FIG. 15 eine Querschnittsansicht längs einer Linie XIV - XIV von FIG. 13.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ein Zwischenverbindungsglied 61 zum Verbinden der Leiter 10 und 11 an einem Verbindungsteil 60 verwendet. Der Verbindungsteil 60 entspricht der Apertur 13 des Isolators 12 und hat deshalb eine Form, die der Form des Verbindungsteils 14 ähnlich ist.
Unter Bezugnahme auf FIG. 14 umfaßt die Verbindungsstruktur den Leiter 10 am Boden, den Isolator 12 mit der Apertur 13, das Zwischenglied 61, das in die Apertur 13 eingepaßt ist, und den oberen Leiter 11, der auf dem Isolator 12 abgeschieden ist. Somit verbindet das Zwischenglied 61 den Leiter 11 und den Leiter 12 elektrisch, wie in FIG. 15 deutlich zu sehen ist, und ein Verbindungsteil 60 ist in Entsprechung zu dem Zwischenglied 61 gebildet. Da der so gebildete Verbindungsteil 60 eine Breite hat, die hin zu der stromabwärtigen Seite des Elektronenflusses e&sub0; stufenartig sukzessive zunimmt, wird die Konzentration des Elektronenflusses in dem Verbindungsteil vermieden, und die Verschlechterung des Kontakts an dem Kontaktierungsteil 61 auf Grund der Elektromigration wird minimiert.
FIG. 16 und 17 zeigen eine andere Ausführungsform der Verbindungsstruktur der vorliegenden Erfindung. In den Zeichnungen sind die Teile, die identisch mit jenen entsprechenden Teilen der vorhergehenden Zeichnungen konstruiert sind, mit identischen Bezugszahlen versehen, und ihre Beschreibung wird weggelassen.
In dieser Ausführungsform verwendet die Verbindungsstruktur den Isolator 12, der mit einer Anzahl von Durchgangslöchern 80 - 89 gebildet ist, die in einer Vielzahl von Reihen ausgerichtet sind, um eine im allgemeinen dreieckige Formation zu bilden, bei der der Spitzenteil des Dreiecks der stromaufwärtigen Richtung des Elektronenflusses e&sub0; zugewandt ist und der Basisteil des Dreiecks der stromabwärtigen Richtung des Elektronenflusses e&sub0; zugewandt ist. Jedes der Löcher 80 - 89 kann ein quadratisches Loch mit einer Größe von zum Beispiel 10 um x 10 um sein, und jede Reihe der Löcher ist von einer anderen Reihe durch einen Abstand getrennt, der wenigstens größer als die Größe eines Lochs ist. Entsprechend der Vielzahl von Durchgangslöchern 80 - 89 in dem Verbindungsteil 90 kontaktiert der Leiter 11, der auf dem Isolator 12 abgeschieden ist, den Leiter 10 unter dem Isolator 12, ähnlich wie bei der Ausführungsform von FIG. 2. FIG. 17 zeigt den Querschnitt der Struktur von FIG. 16. Wie aus dieser Querschnittsansicht deutlich zu erkennen ist, kontaktiert der Leiter 11 den Leiter 12 an den Löchern 80 - 89.
Es sei erwähnt, daß die Löcher 80 - 89 in dem dreieckigen Verbindungsteil 90 alternierend ausgerichtet sind. Genauer gesagt, das Loch 80 ist an dem Spitzenteil des Verbindungsteils 90 als erste Reihe der Löcher gebildet, und die Löcher 81 und 82 bilden eine zweite Reihe hinter dem Loch 80, in der die Löcher 81 und 82 auf beiden Seiten des Lochs 80 angeordnet sind. Ähnlich sind die Löcher 83, 84 und 85 hinter den Löchern der zweiten Reihe als dritte Reihe so ausgerichtet, daß die Löcher 83 und 84 auf beiden Seiten des Lochs 81 angeordnet sind und daß die Löcher 84 und 85 auf beiden Seiten des Lochs 82 angeordnet sind. Ferner sind die Löcher 86 - 89 hinter der dritten Reihe ausgerichtet, um die vierte Reihe der Löcher zu bilden, in der jedes der Löcher 86 - 89 alternierend mit den Löchern 83 - 85 der dritten Reihe angeordnet ist. Da die Reihen von Löchern durch einen Abstand von wenigstens einem Loch voneinander getrennt sind, wie schon beschrieben wurde, ist ein Loch, das in der Richtung des Elektronenflusses mit einem anderen Loch ausgerichtet ist, durch einen Abstand von wenigstens drei Löchern getrennt. Solch ein Abstand reicht aus, um zu vermeiden, daß ein Loch in dem Schatten des Elektronenflusses ist, der durch ein anderes Loch verursacht wird, und jedes der Löcher in dem Kontaktierungsbereich 90 empfängt so den Elektronenfluß gleichförmig. Entsprechend der Anordnung der Löcher 80 - 89 ist eine Vielzahl von Kontakten 80a - 89a gebildet, die den Kontaktierungsteil 90 definieren, und die Leiter 10 und 11 kontaktieren einander an den so gebildeten Kontakten 80a - 89a.
Durch solch ein Konfigurieren des Verbindungsteils 90 wird der Elektronenfluß e&sub0; über den gesamten Bereich des Verbindungsteils 90 ausgebreitet, und die Konzentration des Elektronenflusses an einer besonderen Stelle des Verbindungsteils wird vermieden. Ferner sind die Kontakte 80a - 89a mit einem geeigneten gegenseitigen Abstand alternierend angeordnet, so daß keiner der Kontakte in dem Schatten des Elektronenflusses angeordnet ist, der durch einen anderen Kontakt gebildet wird. Durch die Kombination dieser zwei Effekte minimiert die Verbindungsstruktur von FIG. 16 die Elektromigration erfolgreich, und die Lebenszeit der Verbindungsstruktur wird verlängert.
FIG. 18 zeigt eine Abwandlung der Ausführungsform von FIG. 16. In der Zeichnung sind die Teile, die identisch mit jenen entsprechenden Teilen in FIG. 16 konstruiert sind, mit identischen Bezugszahlen versehen, und die Beschreibung von ihnen wird weggelassen.
Unter Bezugnahme auf FIG. 18 ist eine Vielzahl von Kontakten 100 - 114 mit einer Größe von 10 um x 10 um in einer im allgemeinen dreieckigen Formation angeordnet, ähnlich wie im Fall von FIG. 16, außer daß die Kontakte in fünf Spalten angeordnet sind, die jeweilig einen einzelnen Kontakt 100, zwei Kontakte 101 und 102, drei Kontakte 103 - 105, vier Kontakte 106 - 109 und fünf Kontakte 110 - 114 enthalten. Löcher sind durch einen Abstand A getrennt, für den 15 um gewählt werden können. Ferner ist eine Reihe von Kontakten, die eine Vielzahl von Kontakten umfaßt, die in einer Reihe angeordnet sind, wie die Kontakte 100, 104 und 112, von einer benachbarten Reihe von Kontakten, wie 102 und 108, durch einen Abstand B getrennt, für den 5 um gewählt werden können. Gemäß solch einer Konstruktion kann der Elektronenfluß tief in die Verbindungsstruktur eindringen, wie durch die Pfeile e1 - e4 in FIG. 18 gezeigt, und die Verteilung des Elektronenflusses wird erleichtert.
Obwohl die vorliegende Erfindung oben für die Verdrahtungsstruktur einer Halbleiteranordnung beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Halbleiteranordnung begrenzt, sondern ist auf irgendeine elektronische Vorrichtung anwendbar, bei der die Leiter quer durch eine Isolatorschicht verbunden sind.

Claims

1. Eine Verbindungsstruktur zum Verbinden von Leitern, die zum Verdrahten in einer elektronischen Vorrichtung (100) verwendet wird, um einen Elektronenfluß von einem Leiter zu dem anderen zu führen, mit einem ersten Leiter (10, 41, 43, 52) zum Montieren auf einem Teil der elektronischen Vorrichtung zum Hindurchführen des Elektronenflusses, einem Isolator (12), der auf dem genannten ersten Leiter vorgesehen ist und mit einem Kontaktloch (13, 31, 45, 53a) gebildet ist, und einem zweiten Leiter (11, 42, 51), der auf dem genannten Isolator vorgesehen ist, zum Hindurchführen des Elektronenflusses, welcher zweite Leiter vorgesehen ist, um zusammen mit einem Teil des ersten Leiters den Isolator sandwichartig dazwischen anzuordnen, welche ersten und zweiten Leiter quer durch den Isolator an dem genannten Kontaktloch miteinander in Kontakt sind, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Kontaktloch eine Form hat, deren Länge sich im allgemeinen längs einer Flußrichtung erstreckt, in die Elektronen fließen können, wenn die Verbindungsstruktur in Gebrauch ist, und deren Breite, die zu der Flußrichtung rechtwinklig ist, längs der Flußrichtung wenigstens in einem ersten Abschnitt des Kontaktlochs stufenweise zunimmt.

2. Eine Verbindungsstruktur nach Anspruch 1, bei der das genannte Kontaktloch (13) wenigstens drei gestufte Teile (I, II, III) umfaßt, die wenigstens den genannten ersten Abschnitt bilden.

3. Eine Verbindungsstruktur nach Anspruch 1, bei der die genannte stufenweise Zunahme der Breite des Kontaktlochs (13) mehr als 3 um beträgt.

4. Eine Verbindungsstruktur nach Anspruch 3, bei der jeder der genannten gestuften Teile (I, II, III) des Kontaktlochs (13) eine Länge von 15 bis 20 um hat.

5. Eine Verbindungsstruktur nach Anspruch 3, bei der das genannte Kontaktloch (13) eine Gesamtbreite von etwa 20 um hat.

6. Eine Verbindungsstruktur nach Anspruch 5, bei der das genannte Kontaktloch (13) eine Gesamtlänge von etwa 50 um hat.

7. Eine Verbindungsstruktur nach Anspruch 1, bei der ein leitfähiges Verbindungsglied (61) in das genannte Kontaktloch (13) in dem Isolator (12) eingepaßt ist, um die ersten und zweiten Leiter (10, 11) elektrisch zu verbinden.

8. Eine Verbindungsstruktur nach Anspruch 1, bei der das genannte Kontaktloch auch einen zweiten Abschnitt hat, der wie der genannte erste Abschnitt geformt ist, sich aber längs einer anderen Flußrichtung erstreckt, die zu der genannten Flußrichtung verschieden oder entgegengesetzt ist, welche ersten und zweiten Abschnitte an ihren breitesten Punkten verbunden sind.

9. Eine Verbindungsstruktur nach Anspruch 8, bei der der genannte erste Leiter erste und zweite leitfähige Streifen (41, 43) enthält, welche ersten und zweiten leitfähigen Streifen (41, 43) sich in verschiedene Richtungen erstrecken, welche ersten und zweiten Abschnitte (40a, 40b) des genannten Kontaktlochs (45) sich im allgemeinen parallel zu den genannten ersten bzw. zweiten leitfähigen Streifen erstrecken.

10. Eine Verbindungsstruktur nach Anspruch 8, bei der sich der genannte erste Leiter und zweite Leiter (51, 52) in einem Winkel kreuzen und sich die genannten ersten und zweiten Abschnitte im allgemeinen parallel zu den ersten bzw. zweiten Leitern erstrecken.

11. Eine Verbindungsstruktur nach Anspruch 1, in der die genannten ersten und zweiten Leiter Energieleiter zum Leiten eines Elektroenergiestroms zum Betreiben der elektronischen Vorrichtung sind.

12. Eine Verbindungsstruktur zum Verbinden von Leitern, die zum Verdrahten in einer elektronischen Vorrichtung (100) verwendet wird, um einen Elektronenfluß von einem Leiter zu dem anderen zu führen, mit einem ersten Leiter (10) zum Montieren auf einem Teil der elektronischen Vorrichtung zum Hindurchführen des Elektronenflusses, einem Isolator (12), der auf dem genannten ersten Leiter vorgesehen ist und mit einer Vielzahl von Kontaktlöchern (80 bis 89) gebildet ist, und einem zweiten Leiter (11), der auf dem genannten Isolator vorgesehen ist, zum Hindurchführen des Elektronenflusses, welcher zweite Leiter vorgesehen ist, um zusammen mit einem Teil des ersten Leiters den Isolator sandwichartig dazwischen anzuordnen, welche ersten und zweiten Leiter quer durch den Isolator an der genannten Vielzahl von Kontaktlöchern miteinander in Kontakt sind, um einen Verbindungsbereich (90) zum Hindurchführen eines Elektronenflusses zu bilden, dadurch gekennzeichnet, daß:

die Kontaktlöcher in Spalten angeordnet sind, die längs einer Flußrichtung positioniert sind, in die Elektronen fließen können, wenn die Verbindungsstruktur in Gebrauch ist;

die Kontaktlöcher in jeder Spalte im allgemeinen rechtwinklig zu der Flußrichtung angeordnet sind;

Spalten, die längs der Flußrichtung sukzessive angeordnet sind, sukzessive größere Anzahlen von Kontakt löchern haben; und

Kontaktlöcher in benachbarten Spalten gegenseitig versetzt sind.

13. Eine Verbindungsstruktur nach Anspruch 12, bei der die Kontaktlöcher in einer im allgemeinen dreieckigen Formation sind, deren Spitze der Flußrichtung zugewandt ist.

14. Eine Verbindungsstruktur nach Anspruch 12, bei der die Kontaktlöcher (80 bis 89) alle dieselbe Größe haben und in wenigstens vier Spalten angeordnet sind.

15. Eine Verbindungsstruktur nach Anspruch 14, bei der eine erste der genannten Spalten ein einzelnes Kontaktloch enthält und sukzessive Spalten zwei, drei bzw. vier Kontaktlöcher enthalten.

16. Eine Verbindungsstruktur nach Anspruch 12, bei der benachbarte Spalten durch einen Abstand getrennt sind, der ausreicht, um zwischen ihnen den Durchgang des Elektronenflusses (e1 bis e4) zu gestatten.