DE69034174T2 - Semiconductor device and method for its production - Google Patents

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Hisashi Minato-ku Kaneko
Atsuhiko Minato-ku Sawabe
Takashi Minato-ku Kawanoue
Yoshiko Minato-ku Kohanawa
Shuichi Minato-ku Komatsu
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Description

Diese Erfindung betrifft eine Halbleitereinrichtung und ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Halbleitereinrichtung und insbesondere eine Einrichtung in Form einer integrierten Schaltung (IC) mit einer verbesserten Widerstandsfähigkeit gegenüber einem Ausfall, der durch mechanische Spannungen hervorgerufen wird, und ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen IC Einrichtung.These The invention relates to a semiconductor device and a method for producing such a semiconductor device, and in particular a device in the form of an integrated circuit (IC) with a improved resistance across from a failure caused by mechanical stress, and a method of manufacturing such an IC device.

Mit einer bemerkenswerten Entwicklung bei der Miniaturisierung und dem erhöhten Integrationsgrad von Halbleitereinrichtungen, wie beispielsweise Speicher-IC-Einrichtungen, die durch D-RAMs (Speicher mit dynamischem wahlfreiem Zugriff) dargestellt werden, wird die Größe von aktiven Bereichen (funktionalen Bereichen) und eine Verbindung von derartigen aktiven Bereichen untereinander zunehmend kleiner gemacht. Das heißt, da die Anzahl von aktiven Bereichen auf einem Halbleiterchip mit einer bestimmten Größe zunimmt (d. h. eine Verringerung in der Größe der aktiven Bereiche), muss die Größe der Verbindungen zum Verbinden dieser aktiven Bereiche untereinander notwendigerweise verringert oder auf mehrere Ebenen verlegt werden.With a remarkable development in miniaturization and the increased Degree of integration of semiconductor devices, such as Memory IC devices powered by D-RAMs (Dynamic Random Access Memory) Access), the size of active areas (functional Areas) and a connection of such active areas made progressively smaller. That is, as the number of active Areas on a semiconductor chip with a certain size increases (i. H. a reduction in the size of the active Ranges), must be the size of the connections for connecting these active areas to each other necessarily be reduced or relocated to multiple levels.

Da die Zwischenverbindungen in einer kleineren Größe ausgebildet werden, werden deren charakteristische Anforderungen noch enger begrenzt. Das heißt, zusätzlich zu den Problemen eines verringerten elektrischen Widerstands, was Spannungsabfälle verursacht, eines Elektromigrationswiderstands als Folge der Anwendung von hohen Stromdichten, eines Ohm'schen Kontakts und eines Kontakts an jeweiligen aktiven Bereichen oder Schrumpfungsabschnitten von Zwischenverbindungen, Anhaftungen an Isolationsfilmen (isolierenden Schichten), muss auch die Widerstandsfähigkeit gegenüber einem Ausfall, der durch mechanische Spannungen hervorgerufen wird, berücksichtigt werden.There the interconnections are formed in a smaller size whose characteristic requirements are limited even more. That is, in addition to the problems of reduced electrical resistance, causing voltage drops an electromigration resistance as a result of the application of high Current densities, an ohmic Contact and contact at respective active areas or Shrinkage sections of interconnections, adhesions Insulation films (insulating layers), must also have the resistance across from a failure caused by mechanical stress, considered become.

Ein Ausfall, der durch mechanische Spannungen hervorgerufen wird, wird einer fehlenden Übereinstimmung der thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen einem polykristallinen Metall oder einem Einzelkristallmetall, das die Elektrodenleitung bildet, und einem Passivierungsfilm zum Abdecken eines derartigen polykristallinen Metalls oder eines Einzelkristallmetalls zugerechnet. Ein durch mechanische Spannungen hervorgerufener Ausfall ist ein Phänomen dahingehend, dass die Elektrodenleitung während der Verwendung einer Halbleitereinrichtung als Folge einer thermischen Spannung, die verursacht wird, wenn der Passivierungsfilm auf hohe Temperaturen für dessen Ausbildung erwärmt und dann auf Raumtemperatur abgekühlt wird, ausfällt.One Failure that is caused by mechanical stresses is a mismatch the thermal expansion coefficient between a polycrystalline Metal or a single crystal metal containing the electrode lead forms a passivation film for covering such a polycrystalline Attributed to metal or a single crystal metal. A through mechanical stress induced failure is a phenomenon in that that the electrode line during the use of a semiconductor device as a result of a thermal Tension that is caused when the passivation film on high Temperatures for whose training is heated and then cooled to room temperature, precipitates.

Das heißt, ein durch mechanische Spannungen verursachter Ausfall ist eine Leitungsfehlstelle, verursacht im Verlauf einer Entlastung der thermischen Spannung als Folge der Fehlübereinstimmung von thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen der Elektrodenleitung und dem Passivierungsfilm. Er tritt an Korngrenzen auf und es ist herausgefunden worden, dass die zerstörte (geschnittene) Oberfläche eine (111) Ebene für den Fall einer Al-Si Leitung ist.The is called, a failure caused by mechanical stresses is a conduit fault, caused in the course of a discharge of thermal stress as a result of mismatch of thermal expansion coefficients between the electrode line and the passivation film. It occurs at grain boundaries and it is found out that the destroyed (cut) surface a (111) Level for the case of an Al-Si line is.

Für den Fall einer mehrschichtigen Leitung wird ferner ein Loch (ein Kontaktierungsloch) in einer Isolationsschicht angeordnet, die zwischen unterschiedlichen Leitungsschichten angeordnet ist, und dieses Kontaktierungsloch wird mit einem leitenden Material gefüllt, z. B. durch ein Vorspannungs-Aufstäuben ein chemisches Aufdampfungs-(CVD)-Verfahren, ein CVD-W Verfahren, oder ein CVD-Al Verfahren, um Zwischenleitungsverbindungen zu erreichen. Da jedoch die Leitungsbreite schmaler wird, wird auch der Durchmesser des Kontaktierungslochs schmaler und dies verursacht, dass ein Strom mit hoher Dichte an die Zwischenverbindungen fließt, wodurch das Problem gestellt wird, dass der Elektromigrationswiderstand verschlechtert wird.In the case a multilayer wire also has a hole (a contacting hole) arranged in an insulating layer between different Conductive layers is arranged, and this contacting hole is filled with a conductive material, for. B. by a Vorspannungs-dusting chemical vapor deposition (CVD) process, a CVD-W process, or a CVD-Al method to achieve inter-line connections. However, as the line width becomes narrower, so does the diameter of the contact hole narrow and this causes a current flows with high density to the interconnections, thereby the problem is posed that the electromigration resistance is worsened.

Im Hinblick auf den Elektromigrationswiderstand, der verbessert werden muss, wenn die Elektrodenleitung zunehmend kleiner wird, sind Versuche zum Anordnen (Bilden) der Elektrodenleitung mit einem Einzelkristallmetall z. B. in der japanischen ungeprüften Patentanmeldung Nr. 37050/1989 offenbart. Jedoch ist die Elektrodenleitung, die aus einem Einzelkristallmetall gebildet ist, im Hinblick auf Verunreinigungselemente von dem Passivierungsfilm, mit dem die Oberfläche der Elektrodenleitung abgedeckt ist, einer Diffusion eines Gases, und einem Feuchtigkeitswiderstand und einer Widerstandsfähigkeit gegenüber einem durch mechanische Spannungen hervorgerufenen Ausfall der Elektrodenleitung nicht ausreichend zuverlässig.in the With regard to electromigration resistance to be improved must, when the electrode line is increasingly smaller, are experiments for arranging the electrode line with a single crystal metal z. In Japanese Unexamined Patent Application No. 37050/1989. However, the electrode lead, which is formed of a single crystal metal, in view of Impurity elements of the passivation film, with which the surface of the Electrode line is covered, a diffusion of a gas, and a moisture resistance and a resistance across from a caused by mechanical stresses failure of the electrode line not sufficiently reliable.

Als ein Maß zur Verbesserung der Widerstandsfähigkeit gegenüber einem Ausfall der polykristallinen Elektrodenleitung, der durch mechanische Spannungen hervorgerufen wird, sind Anstrengungen durchgeführt worden, um thermische Spannungen zu unterdrücken, indem der Passivierungsfilm bei niedrigen Temperaturen gebildet wird, und es sind Anstrengungen durchgeführt worden um dessen Korngrenzen zu verstärken, wo Fehlstellen auftreten, indem eine Legierung verwendet wird, die durch eine Leitung mit einer Al-Si-Cu Legierung dargestellt wird, um dadurch eine intermetallische Verbindung an diesen Korngrenzen auszufällen. Jedoch sind diese bislang nicht zufriedenstellend gewesen.As a measure for improving the resistance to failure of the polycrystalline electrode line caused by mechanical stress, efforts have been made to suppress thermal stress by forming the passivation film at low temperatures, and efforts have been made around its grain boundaries to reinforce where voids occur by using an alloy represented by a lead with an Al-Si-Cu alloy to thereby precipitate an intermetallic compound at these grain boundaries. ever but these have not been satisfactory so far.

Es gibt andere Elektrodenleitungs-Anordnungen. Zum Beispiel offenbaren die japanischen ungeprüften Patentanmeldungen Nrs. 308348/1989 und 47951/1988 eine Anordnung, bei der eine polykristalline Metallelektrodenleitung mit einem Metall mit hohem Schmelzpunkt oder einem Silicid oder einem Nitrid aus einem Metall mit hohem Schmelzpunkt abgedeckt ist. Jedoch diffundiert in einer derartigen Anordnung das beschichtete Metall mit hohem Schmelzpunkt durch die Korngrenzen des polykristallinen Metalls, wodurch der spezifische Widerstand der Elektrodenleitung erhöht oder dessen Elektromigrationswiderstand und dessen Widerstandsfähigkeit gegenüber einem durch mechanische Spannungen hervorgerufenen Ausfall als Folge der Ausfälle an den Korngrenzen verbessert wird. Infolge dessen neigt die Elektrodenleitung dazu ihre Zuverlässigkeit zu verlieren. Für den Fall einer Elektrodenleitung mit W Beschichtung auf einer Leitung, die aus einer Al-2Gewichts-%Si-Legierung gebildet ist, wurde kein Leitungsausfall des beschichteten W Films beobachtet, während offensichtliche Leitungsausfälle der Al-Si Leitung innerhalb während Tests für einen durch mechanische Spannungen hervorgerufenen Ausfall erfasst wurden, wodurch bestätigt worden ist, dass die Elektrodenleitung nicht ausreichend zuverlässig war.It are other electrode line arrangements. For example, reveal the Japanese unchecked Patent Applications Nos. 308348/1989 and 47951/1988 an arrangement, in which a polycrystalline metal electrode line with a metal high melting point or silicide or nitride covered with a high melting point metal. However, diffused in such an arrangement, the coated metal with high Melting point through the grain boundaries of the polycrystalline metal, whereby the specific resistance of the electrode line increases or its electromigration resistance and its resistance across from a failure caused by mechanical stress as a result the failures is improved at the grain boundaries. As a result, the electrode line tends to their reliability too to lose. For the case of an electrode lead with W coating on a lead, which was formed of an Al 2 wt% Si alloy, did not become Line failure of the coated W film is observed, while obvious line failures the Al-Si wire inside during Tests for detected a failure caused by mechanical stresses were confirmed, which confirmed has been that the electrode line was not sufficiently reliable.

In Bezug auf die Verbesserung des Elektromigrationswiderstands ist der Kristallorientierung eines Dünnfilms, der die Elektrodenleitung bildet, Aufmerksamkeit gewidmet worden. Der Zusammenhang zwischen dem Elektromigrationswiderstand und dem integrierten Intensitätsverhältnis (f(111)/f(200)) der (111) Ebene zu der (200) Ebene, ermittelt durch eine Röntgenstrahlmessung, zeigt an, dass je größer das Verhältnis ist, desto besser der Elektromigrationswiderstand ist (S. Vaidya et al., „Thin Solid Film", 75 (1981), Seiten 253 ff). Jedoch bezieht sich diese Veröffentlichung nicht auf das Ausmaß der (111) Orientierung selbst und außerdem diskutiert sie überhaupt nicht die Widerstandsfähigkeit gegenüber einem Ausfall, der durch Spannungen hervorgerufen wird.Regarding the improvement of electromigration resistance, attention has been paid to the crystal orientation of a thin film forming the electrode line. The relationship between the electromigration resistance and the integrated intensity ratio (f (111) / f (200) ) of the (111) plane to the (200) plane, as determined by X-ray measurement, indicates that the larger the ratio, the better Electromigration resistance is (S. Vaidya et al., "Thin Solid Film", 75 (1981), pp. 253 et seq.) However, this publication does not refer to the extent of (111) orientation itself and, moreover, does not discuss resistivity at all a failure caused by tension.

Wie voranstehend beschrieben ist es zur weiteren Verringerung der Größen der Elemente und einer Erhöhung des Integrationsgrads der herkömmlichen Halbleitereinrichtungen wünschenswert, dass die Probleme nicht nur der Bereitstellung der Elektrodenleitung mit einem ausreichenden Elektromigrationswiderstand und einer Widerstandsfähigkeit gegenüber einem Ausfall, der durch Spannungen hervorgerufen wird, sondern auch die Bereitstellung von ausreichenden Sicherheitsmaßnahmen für den verschlechterten Elektromigrationswiderstand und die verschlechterte Widerstandsfähigkeit gegenüber einem durch Spannungen hervorgerufenem Ausfall als Folge von einer Diffusion von Verunreinigungen und von Wasser von dem beschichteten Passivierungsfilm gelöst werden.As described above, it is to further reduce the sizes of Elements and an increase the degree of integration of the conventional Semiconductor devices desirable, that the problems are not just the provision of the electrode lead with sufficient electromigration resistance and resistance across from a failure caused by tension, but also the provision of adequate security measures for the worsened electromigration resistance and worsened resistance across from a voltage induced failure as a result of a Diffusion of impurities and water from the coated passivation film solved become.

Ferner muss die Elektrodenleitung in einem hohen Maße formbar, höchst widerstandsfähig gegenüber verschiedenen thermischen und chemischen Behandlungen während der Herstellungsprozesse, und in der Herstellung oder der Bildung einfach sein, um dadurch zu ermöglichen, dass höchst zuverlässige Halbleitereinrichtungen konsistent erhalten werden.Further the electrode line must be highly malleable, highly resistant to various forms thermal and chemical treatments during manufacturing processes, and be easy to manufacture or education to by to enable that highest reliable Consistent semiconductor devices are obtained.

Im Bezug auf die Mittel zur Ablagerung eines Einzelkristallfilms wird im Allgemeinen ein Verfahren wie beispielsweise ein Ionenstrahl-Aufstäubungsverfahren, ein thermisches CVD Verfahren oder ein Ionenclusterstrahl-Ablagerungsverfahren verwendet, um einen Metallfilm auf einem (111) Si Substrat direkt abzulagern, und dieser Metallfilm wird z. B. einem Fotoätzprozess ausgesetzt, um in eine Leitung ein Muster zu bilden. Da es jedoch schwierig ist einen vorgegebenen Einzelkristallfilm auf einen Zwischenschicht-Isolationsfilm wie SiO2 abzulagern, und die Beziehung zwischen der Kristallorientierung und der Einzelkristall-Leitungsrichtung in dem tatsächlichen Prozess vernachlässigt wird, wird die Vorgehensweise zum Ablagern der Einzelkristall-Elektrodenleitung genauso von dem Problem eines verschlechterten Elektromigrationswiderstands und einer verschlechterten Widerstandsfähigkeit gegenüber Ausfällen, die durch mechanische Spannungen hervorgerufen werden, betroffen.With respect to the means for depositing a single crystal film, a method such as an ion beam sputtering method, a thermal CVD method, or an ion cluster beam deposition method is generally used to directly deposit a metal film on a (111) Si substrate, and this metal film is e.g. , B. exposed to a photo-etching process to form a pattern in a line. However, since it is difficult to deposit a given single crystal film on an interlayer insulating film such as SiO 2 , and the relation between the crystal orientation and the single crystal conduction direction in the actual process is neglected, the procedure for depositing the single crystal electrode line is also a problem of worsened electromigration resistance and deteriorated resistance to failures caused by mechanical stress.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb eine Halbleitereinrichtung mit einer Elektrodenleitung zu versehen, deren Elektromigrationswiderstand und deren Widerstandsfähigkeit gegenüber Ausfällen, die durch mechanische Spannungen hervorgerufen werden, verbessert sind.A The object of the present invention is therefore a semiconductor device to be provided with an electrode line whose electromigration resistance and their resilience across from failures, which are caused by mechanical stresses, improved are.

Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine Halbleitereinrichtung bereitzustellen, die die Verringerung in der Größe eines aktiven Bereichs erlaubt, d. h. eine Anordnung mit hoher Dichte.A Another object of the present invention is a semiconductor device to provide the reduction in the size of an active area, d. H. a high density arrangement.

Noch eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine Halbleitereinrichtung bereitzustellen, die funktional höchst zuverlässig ist.Yet Another object of the present invention is a semiconductor device to provide that is functionally highly reliable.

Noch eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein Verfahren zum einfachen Herstellen einer Halbleitereinrichtung bereitzustellen, das die Verringerung in der Größe eines aktiven Bereichs erlaubt, d. h. eine Anordnung mit hoher Dichte.Yet Another object of the present invention is a method to provide for easy manufacturing of a semiconductor device, that's the reduction in size of a active area allowed, d. H. a high density arrangement.

Noch eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein Verfahren zum leichten Herstellen einer Halbleitereinrichtung bereitzustellen, die höchst zuverlässig funktional ist.Yet Another object of the present invention is a method to provide for easy manufacturing of a semiconductor device, the highest reliable is functional.

Die vorliegende Erfindung stellt eine Halbleitereinrichtung in Übereinstimmung mit dem Anspruch 1 bereit.The The present invention matches a semiconductor device with the claim 1 ready.

In den Zeichnungen zeigen:In show the drawings:

1 eine Draufsicht, die ein Beispiel einer beispielhaften Elektrodenleitung, strukturiert auf einer Halbleitereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, zeigt; 1 Fig. 10 is a plan view showing an example of an exemplary electrode line patterned on a semiconductor device according to the present invention;

2, 4, 6, 8, 10, 11, 15, 16, 18, 20, 22, 23 und 36 charakteristische Diagramme, die jeweils die Zuverlässigkeit, ausgewertet auf einer Halbleitereinrichtung, in Übereinstimmung mit einem Beispiel, welches zum Verständnis der Erfindung nützlich ist, und diejenige eines Vergleichsbeispiels vergleichen; 2 . 4 . 6 . 8th . 10 . 11 . 15 . 16 . 18 . 20 . 22 . 23 and 36 characteristic diagrams each comparing the reliability evaluated on a semiconductor device in accordance with an example useful for understanding the invention and that of a comparative example;

3(a) bis (e), 5(a) bis (e), und 21(a) bis (e); 26(a) bis (e), 30(a) bis (d), und 31(a) bis (f) Querschnittsansichten, die jeweils schematisch die Herstellungsprozessschritte zeigen, nützlich zum Verständnis der vorliegenden Erfindung; 3 (a) to (E) . 5 (a) to (E) , and 21 (a) to (E) ; 26 (a) to (E) . 30 (a) to (D) , and 31 (a) to (F) Cross-sectional views, each schematically showing the manufacturing process steps, useful for understanding the present invention;

7 eine Querschnittsansicht, die ein anderes Beispiel einer Halbleitereinrichtung zeigt, die nützlich zum Verständnis der vorliegenden Erfindung ist; 7 Fig. 12 is a cross-sectional view showing another example of a semiconductor device useful for understanding the present invention;

9(a) und (b) schematische Ansichten, die jeweils die longitudinale Querschnittsansicht der Elektrodenleitung einer Halbleitereinrichtung nach der Zuverlässigkeitsauswertung zeigen; 9 (a) and (B) schematic views each showing the longitudinal cross-sectional view of the electrode line of a semiconductor device after the reliability evaluation;

12, 24, 25, 32, 33, 34 und 35 Querschnittsansichten, die jeweils die Anordnung des Hauptabschnitts einer Dünnfilm-Bildungseinrichtung zeigen, die beim Bilden eines Dünnfilms für die Elektrodenleitung einer Halbleitereinrichtung verwendet wird, die nützlich zum Verständnis der vorliegenden Erfindung ist; 12 . 24 . 25 . 32 . 33 . 34 and 35 Cross sectional views each showing the arrangement of the main portion of a thin film forming device used in forming a thin film for the electrode line of a semiconductor device useful for understanding the present invention;

13 eine Draufsicht, die ein Beispiel einer abgestuften Elektrodenleitung einer Halbleitereinrichtung zeigt, die zum Verständnis der vorliegenden Erfindung nützlich ist; 13 Fig. 11 is a plan view showing an example of a stepped electrode line of a semiconductor device useful for understanding the present invention;

14 eine Querschnittsansicht des Hauptabschnitts der Halbleitereinrichtung, nützlich zum Verständnis der vorliegenden Erfindung; 14 a cross-sectional view of the main portion of the semiconductor device, useful for understanding the present invention;

17 ein charakteristisches Diagramm, welches die Zuverlässigkeit, die auf einer Halbleitereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ausgewertet wird, und derjenigen eines Vergleichsbeispiels vergleicht; 17 a characteristic diagram comparing the reliability evaluated on a semiconductor device according to the present invention and that of a comparative example;

19(a) und (b) Querschnittsansichten, die jeweils schematisch einen Ausfallmechanismus der Elektrodenleitung einer Halbleitereinrichtung zeigt; 19 (a) and (B) Cross-sectional views, each schematically showing a failure mechanism of the electrode line of a semiconductor device;

27 und 28 Querschnittsansichten, die jeweils ein Beispiel der Anordnung eines Halterungskörpers oder einer Abdeckung eines Halbleitersubstrats zeigen; verwendet bei der Ausbildung eines Elektrodenleitungs-Dünnfilms in einem Verfahren zum Herstellen einer Halbleitereinrichtung, das nützlich zum Verständnis der vorliegenden Erfindung ist; und 27 and 28 Cross sectional views each showing an example of the arrangement of a holder body or a cover of a semiconductor substrate; used in the formation of an electrode line thin film in a method of manufacturing a semiconductor device useful for understanding the present invention; and

29 eine schematische Darstellung, die den Herstellungsmodus eines Elektrodenleitungs-Einzelkristallfilms in einem Verfahren zum Herstellen einer Halbleitereinrichtung zeigt, welches nützlich zum Verständnis der vorliegenden Erfindung ist. 29 Fig. 12 is a schematic view showing the manufacturing mode of an electrode line single crystal film in a method of manufacturing a semiconductor device useful for understanding the present invention.

In der Halbleitereinrichtung neigt eine Einzelkristall-Elektrodenleitung, die die Elektrodenleitung bildet, die Korngrenzen nicht enthält, weniger zu einem Ausfall, der durch mechanische Spannungen hervorgerufen wird. Die Elektrodenleitung, die aus einem Einzelkristallmetall gebildet ist, ist natürlich einer mechanischen Spannung ausgesetzt, die allmählich in irgendeiner Form über dem Ablauf der Zeit entspannt bzw. entlastet wird. Die Forschungen, die von dem Erfinder und anderen durchgeführt werden, zeigen an, dass die mechanische Spannung, die an die Elektrodenleitung angelegt wird, die aus einem Einzelkristallmetall hergestellt ist, in der Form einer Fehlstellenbildung entlastet wird. Für den Fall, bei dem die eng gepackte Ebene des Einzelkristallmetalls jedoch parallel zu der Leitung gebildet ist, ist herausgefunden worden, dass sich die Fehlstellen nur entlang der Leitungsrichtung erstrecken und dass es keine Fehlstellen gibt, die sich über das Leitungswachstum erstrecken.In the semiconductor device, a single crystal electrode line which forms the electrode line which does not contain grain boundaries tends less to failure caused by mechanical stress. Of course, the electrode lead, which is formed of a single crystal metal, is subject to a mechanical stress that gradually relaxes in some form over the passage of time becomes. The research conducted by the inventor and others indicates that the stress applied to the electrode line made of a single crystal metal is relieved in the form of flaw formation. However, in the case where the closely packed plane of the single crystal metal is formed parallel to the conduit, it has been found that the defects extend only along the conduit direction and that there are no defects extending beyond the conduit growth.

Deshalb kann eine laminierte Elektrodenleitung mit einer hervorragenden Widerstandsfähigkeit gegenüber einem durch mechanische Spannungen hervorgerufenen Ausfall durch Anordnen einer Einzelkristall-Elektrodenleitung in einer derartigen Weise erhalten werden, dass die eng gepackte Kristallebene eines die Elektrodenleitung bildenden Kristalls parallel zu der Leitungsrichtung verläuft. Obwohl die Anordnung, die am effektivsten zur Verbesserung der Widerstandsfähigkeit gegenüber einem durch mechanische Spannungen hervorgerufenem Ausfall ist, die eng gepackte Ebene parallel zu der longitudinalen Richtung der Leitung positionieren soll, kann in diesem Fall eine Anordnung, bei der die eng gepackte Ebene und die longitudinale Richtung der Leitung einen Winkel von 20° oder weniger bilden, ebenfalls eine bemerkenswerte Verbesserung in der Widerstandsfähigkeit gegenüber einem Ausfall, der durch mechanische Spannungen hervorgerufen wird, bereitstellen. Winkel von 10° oder weniger stellen eine noch bessere Widerstandsfähigkeit gegenüber einem Ausfall, der durch mechanische Spannungen hervorgerufen wird, bereit.Therefore can be a laminated electrode lead with an excellent resistance across from a failure caused by mechanical stress Arranging a single-crystal electrode line in such a Be obtained that the closely packed crystal plane of the Electrode line forming crystal parallel to the line direction runs. Although the arrangement, the most effective for improving the resistance across from is a failure caused by mechanical stress, the closely packed plane parallel to the longitudinal direction of the In this case, an arrangement, at the the closely packed plane and the longitudinal direction of the Lead an angle of 20 ° or less form, also a notable improvement in the resistance across from a failure caused by mechanical stress, provide. Angle of 10 ° or less represent an even better resilience to one Failure caused by mechanical stresses ready.

Obwohl die Richtung der Anordnung von Zwischenverbindungen einer Halbleitereinrichtung in der Realität divers ist, kann der Sicherheitsfaktor einer Widerstandsfähigkeit gegenüber einem Ausfall, der durch mechanische Spannungen hervorgerufen wird, in Bezug auf die Halbleitereinrichtung insgesamt dadurch erhöht werden kann, dass die Richtung einer Leitung, die die längste von den Leitungen mit unterschiedlichen Längen ist, als eine longitudinale Richtung der Leitungen für die Halbleitereinrichtung genommen wird und indem die eng gepackte Ebene so angeordnet wird, um 20° oder weniger mit jeder Leitung, die die longitudinale Richtung definiert, zu bilden, und zusätzlich durch Bereitstellen einer dickeren Leitungsbreite für irgendeine Leitung orthogonal zu einer derartigen Leitung, die die longitudinale Richtung definiert. Zum Beispiel wird reines Al für ein Einzelkristall-Leitungsmaterial verwendet. Da reines Al die fcc Struktur aufweist, wird der Winkel, der zwischen den unterschiedlichen Richtungen von Leitungen gebildet wird, die die einzelnen Elemente (aktive Bereiche) verbinden, immer auf 60° aufrechterhalten, sodass jede von sämtlichen Leitungen ihre longitudinale Richtung parallel zu ihrer eng gepackten Ebene angeordnet aufweisen können, wodurch die Fähigkeit verbessert wird, einen durch Spannungen hervorgerufenen Ausfall auszuhalten.Even though the direction of the arrangement of interconnections of a semiconductor device in reality Diverse, the safety factor can be a resilience across from a failure caused by mechanical stress, with respect to the semiconductor device as a whole that can be the direction of a line that is the longest of the lines with different lengths, as a longitudinal direction of the lines for the semiconductor device and by arranging the tightly packed plane so around 20 ° or less with every line that defines the longitudinal direction, to form, and in addition by providing a thicker line width for any one Line orthogonal to such a line, which is the longitudinal Direction defined. For example, pure Al becomes a single crystal wiring material used. Since pure Al has the fcc structure, the angle becomes which is formed between the different directions of lines always connecting the individual elements (active areas) maintained at 60 °, so that each one of them Leads her longitudinal direction parallel to her tightly packed May have arranged level, giving the ability is improved, a voltage-induced failure unbearable.

Ferner trät die Ablagerung von polykristallinen Teilen auf oder unterhalb oder neben einer Einzelkristallleitung dazu bei, dass Fehlstellen verursacht werden, die sich ursprünglich auf der Einzelkristallleitung entwickeln, um in diesen polykristallinen Teilen zu wachsen, wodurch erlaubt wird, dass Leerstellen von der Einzelkristallleitung beseitigt werden, die den Hauptleitungsabschnitt bilden, und lokalisierte Engpässe von Leitungen verhindert werden. Somit kann eine Erhöhung in dem Leitungswiderstand verhindert werden und die Zuverlässigkeit kann verbessert werden.Further does that Deposition of polycrystalline parts on or below or next to a single crystal line that causes defects be original on the single crystal lead to develop in these polycrystalline Sharing grows, which allows vacancies from the Single-crystal conduction eliminating the main line section form and localized bottlenecks be prevented by lines. Thus, an increase in the line resistance and reliability are prevented can be improved.

Wenn ein Al polykristallines Metall verwendet wird, dann kann die Widerstandsfähigkeit gegenüber einem durch mechanische Spannungen hervorgerufenen Ausfall einer Elektrodenleitung durch die Anordnung erhöht werden, dass die normale Leitungsrichtung der eng gepackten (111) Ebene von jeweiligen Kristallkörnern 80° oder weniger mit derjenigen der Bodenfläche der Leitung (der Oberfläche, die in Kontakt mit der Seite des aktiven Bereichs durch eine Isolationsschicht ist) bildet.If Al polycrystalline metal is used, then the resistance across from a failure caused by mechanical stress Electrode lead increased by the arrangement that the normal Direction of the closely packed (111) plane of respective crystal grains 80 ° or less with that of the floor surface the line (the surface, in contact with the side of the active area through an insulating layer is) forms.

Die eng gepackte Ebene, die die obige Anforderung erfüllen könnte, ist insbesondere die (111) Ebene eins, die 60° oder weniger mit der Ebene bildet, die normal zu der longitudinalen Richtung der Leitung ist. Der Ausdruck „eng gepackte Ebene", so wie er hier oft verwendet wird, ist dafür vorgesehen, um eine Ebene zu bedeuten, die die oben beschriebene Anforderung erfüllt, und eine derartige Leitung wird als eine „höchst orientierte Leitung" definiert.The closely packed level that could meet the above requirement in particular, the (111) plane one, the 60 ° or less with the plane which is normal to the longitudinal direction of the line. The term "narrow packed plane ", as it is often used here, is meant to be a level meaning that meets the requirement described above, and such a conduit is defined as a "highly oriented conduit".

Es versteht sich von selbst, dass irgendeine fcc strukturierte Einzelkristallleitung, die eine andere ist als diejenigen, die aus reinem Al bestehen, wie voranstehend beschrieben, genauso zu der Verbesserung der Widerstandsfähigkeit gegenüber einem Ausfall, der durch mechanische Spannungen hervorgerufen wird, beitragen kann.It it goes without saying that any fcc structured single crystal conduction, which is different from those made of pure Al, as described above, as well as the improvement of the resistance across from a failure caused by mechanical stress, can contribute.

In anderen Kristallstrukturen, wie einer bcc Struktur mit der eng gepackten Ebene von (110) oder einer hcp Struktur mit der eng gepackten Ebene von (0001), können die ähnlichen Effekte dadurch erhalten werden, dass eine Anordnung derart getroffen wird, dass die eng gepackte Ebene 20° oder weniger mit der longitudinalen Richtung der Leitung bildet und, dass die normale Leitungsrichtung der eng gepackten Ebene der Körner der polykristallinen Leitung 80° oder weniger mit derjenigen der Bodenfläche der Leitung bildet (die Oberfläche, die in Kontakt mit der Seite des aktiven Bereichs durch eine Isolationsschicht ist). Eine Widerstandsfähigkeit gegenüber einem durch mechanische Spannungen hervorgerufenen Ausfall auf Grundlage der Regel der Kristallorientierung kann genauso auf Einzelschicht-Zwischenverbindungen angewendet werden.In other crystal structures, such as a closely packed plane bcc structure of (110) or a hcp structure with the tightly packed plane of (0001), the similar effects can be obtained by arranging that the closely packed Level 20 ° or less with the longitudi forms the normal direction of conduction and that the normal conduction direction of the close-packed plane of the grains of the polycrystalline line forms 80 ° or less with that of the bottom surface of the line (the surface which is in contact with the side of the active region through an insulating layer). Resistance to stress induced failure based on the crystal orientation rule can also be applied to single layer interconnects.

Für den Fall, bei dem Zwischenverbindungen in einer Mehrschichtform angeordnet sind, können ein hervorragender Elektromigrationswiderstand und eine Haltbarkeit gegenüber einem durch mechanische Spannungen hervorgerufenen Ausfall dadurch erzielt werden, dass Ausnehmungen und Vorsprünge von einem z. B. rechteckförmigen, dreieckförmigen, oder trapezförmigen Profil auf der Oberfläche einer leitenden Schicht bereitgestellt werden, deren spezifischer Widerstand 200 μΩ·cm oder weniger in der unteren Schicht oder auf der Oberfläche einer Isolationsschicht in der unteren Schicht ist. Weil eine derartige Anordnung auf der unteren Schicht die Orientierung einer leitenden Schicht, die als eine obere Schicht gebildet werden soll, verbessern könnte. Somit werden die voranstehend beschriebenen Ausnehmungen und Vorsprünge (Nuten) vorzugsweise in der folgenden Weise gebildet: Die Bodenfläche verläuft parallel zu dem Halbleitersubstrat; die Seitenwandoberflächen bilden ungefähr 90° oder weniger mit der Bodenfläche; die Nutenbreite beträgt ungefähr 0,5 bis 1,5 μm; die Tiefe beträgt ungefähr 500 bis 1500 Å; und der Nutenabstand beträgt ungefähr 0,5 bis 1,5 μm.In the case, arranged at the interconnections in a multi-layered form are, can an excellent electromigration resistance and durability across from a failure caused by mechanical stresses thereby be achieved that recesses and projections of a z. B. rectangular, triangular, or trapezoidal Profile on the surface be provided a conductive layer, the specific Resistance 200 μΩ · cm or less in the lower layer or on the surface of a Insulation layer in the lower layer is. Because such Arrangement on the lower layer the orientation of a conductive Layer that is to be formed as an upper layer could improve. Consequently become the recesses and projections (grooves) described above preferably formed in the following manner: The bottom surface is parallel to the semiconductor substrate; the side wall surfaces form approximately 90 ° or less with the bottom surface; the groove width is approximately 0.5 to 1.5 μm; the depth is approximately 500 to 1500 Å; and the groove spacing is approximately 0.5 to 1.5 μm.

Für den Fall einer Mehrschicht-Elektrodenleitung, bei der die untere Schichtoberfläche eine eng gepackte Ebene ist, die orientiert ist, und die normale Leitungsrichtung der eng gepackten Ebene 10° oder weniger mit derjenigen der Bodenfläche der Bodenleitung der oberen Schicht bildet, wird bevorzugt, dass eine der Schichten, die die Mehrschichtleitung bilden, aus Al, Cu, Au, Ag oder deren Legierungen, bestehen.In the case a multilayer electrode line in which the lower layer surface is a is closely packed plane, which is oriented, and the normal line direction the tightly packed level 10 ° or less with that of the bottom surface of the bottom pipe of the upper one It is preferred that one of the layers forming the Forming a multilayer line of Al, Cu, Au, Ag or their alloys, consist.

In der vorliegenden Erfindung umfassen illustrative Materialien zum Bilden einer Elektrodenleitung, sodass die eng gepackte Ebene parallel zu der longitudinalen Richtung der Leitung ist:
fcc strukturiertes reines Al, Al-Cu, Al-Ti, Al-Cr, Al-Ta, Al-Mg, Al-In, Al-Li, reines Cu, Cu-Be, Cu-Ag, reines Au, Au-Pt, Au-Ag, Au-Pd, Au-Cu, reines Ag, oder bcc strukturiertes reines W. Wenn die voranstehend beschriebenen Legierungen verwendet werden ist es wünschenswert, dass der Betrag einer Hinzufügung eines Lösungsmittels innerhalb eines Bereichs ist, der erlaubt, dass eine vollständig feste Lösung gebildet wird. In diesem Fall kann als ein Lösungsmittel 1 Gewichts-% von Si enthalten sein. Im Interesse der Konstruktion ist es wünschenswert, dass die eng gepackte Ebene in die obere Oberfläche kommt; d. h. die Leitung aus einem Film eines Einzelkristallmaterials gebildet wird, das in der eng gepackten Ebene orientiert ist.
In the present invention, illustrative materials include for forming an electrode lead such that the closely packed plane is parallel to the longitudinal direction of the lead:
fcc structured pure Al, Al-Cu, Al-Ti, Al-Cr, Al-Ta, Al-Mg, Al-In, Al-Li, pure Cu, Cu-Be, Cu-Ag, pure Au, Au-Pt Au-Ag, Au-Pd, Au-Cu, pure Ag, or bcc structured pure W. When the above-described alloys are used, it is desirable that the amount of addition of a solvent be within a range that allows one completely solid solution is formed. In this case, 1% by weight of Si may be contained as a solvent. In the interest of construction, it is desirable that the closely packed plane enter the upper surface; ie, the conduit is formed from a film of single crystal material oriented in the close packed plane.

Es ist bestätigt worden, dass dann, wenn ein wärmebeständiges Metall oder dessen Silicid, Nitrid, Oxid oder Carbid auf die Einzelkristall-Metallleitung oder die höchst orientierte polykristalline Leitung aufgeschichtet ist, um eine Zuverlässigkeit sicherzustellen, sie nicht nur effektiv sind, wenn die Elektrodenleitung aus einem Einzelkristallmetall mit keiner Korngrenze gebildet ist.It it is confirmed been that, then, if a heat-resistant metal or its silicide, nitride, oxide or carbide on the single crystal metal line or the highest oriented polycrystalline line is stacked to a reliability Make sure they are not only effective when using the electrode lead is formed of a single crystal metal with no grain boundary.

Das heißt, Ti wurde auf eine Siliziumwaferoberfläche mit einem thermisch oxidierten Film durch ein Aufstäubungsverfahren aufgebracht und Al wurde auf diese Ti Schicht aufgebracht. Der Siliziumwafer, der so verarbeitet war, wurde dann einer thermischen Behandlung bei 450°C über 1 Stunde ausgesetzt. In Folge dessen wurde Ti auf der Oberfläche der Al Schicht erfasst. Die Analyse von Ti enthalten innerhalb der Al Schicht zeigte eine Ti Trennung in der Korngrenze an. In der ähnlichen Weise wurde TiN auf eine Siliziumwaferoberfläche mit einem thermisch oxidierten Film durch ein reaktives Aufstäubungsverfahren aufgebracht und Al wurde auf diese TiN Schicht aufgebracht. Der so verarbeitete Siliziumwafer wurde dann einer thermischen Behandlung bei 450°C über 1 Stunde ausgesetzt. Das Ergebnis, welches ähnlich zu dem obigen Ergebnis ist, wurde erhalten. Ferner wurde eine Al-0,5Gewichts-%Cu Legierung auf einer Siliziumwaferoberfläche mit einem thermisch oxidierten Film durch das Aufstäubungsverfahren aufgebracht und Ta wurde auf die Al-0,5Gewichts-%Cu Legierungsschicht wieder durch das Aufstäubungsverfahren aufgebracht. Der so verarbeitete Siliziumwafer wurde dann einer thermischen Behandlung bei 450°C über 1 Stunde ausgesetzt. Eine Analyse der Textur der 1-0,5Gewichts-%Cu Legierung nach einer derartigen thermischen Behandlung zeigte an, dass TaCu2 an der Korngrenze ausgefällt wurde.That is, Ti was applied to a silicon wafer surface with a thermally oxidized film by a sputtering method, and Al was applied to this Ti layer. The silicon wafer thus processed was then subjected to a thermal treatment at 450 ° C for 1 hour. As a result, Ti was detected on the surface of the Al layer. The analysis of Ti contained within the Al layer indicated a Ti separation in the grain boundary. In the similar manner, TiN was applied to a silicon wafer surface with a thermally oxidized film by a reactive sputtering method, and Al was coated on this TiN layer. The thus processed silicon wafer was then subjected to a thermal treatment at 450 ° C for 1 hour. The result, which is similar to the above result, was obtained. Further, an Al-0.5 wt% Cu alloy was deposited on a silicon wafer surface with a thermally oxidized film by the sputtering method, and Ta was again applied to the Al-0.5 wt% Cu alloy layer by the sputtering method. The thus processed silicon wafer was then subjected to a thermal treatment at 450 ° C for 1 hour. An analysis of the texture of the 1-0.5 wt% Cu alloy after such a thermal treatment indicated that TaCu 2 was precipitated at the grain boundary.

Andererseits wurde ein Einzelkristall-Al direkt auf einer Siliziumwaferoberfläche durch ein thermisches CVD Verfahren unter Verwendung von Tri-Isobutyl-Aluminium (TIBA, [(CH3)2CH-CH2]3Al) als ein Material aufgebracht und Ti wurde auf die Al Schicht aufgebracht. Der so verarbeitete Siliziumwafer wurde dann einer thermischen Behandlung bei 450°C über 1 Stunde ausgesetzt. Eine Analyse der Schnittfläche zwischen der Al Schicht und der Ti Schicht zeigte keinerlei Spuren darüber, dass beide Schichten miteinander reagiert haben.On the other hand, a single crystal Al was grown directly on a silicon wafer surface by a thermal CVD method using tri-isobutyl-aluminum (TIBA, [(CH 3 ) 2 CH-CH 2 ] 3 Al) as a material, and Ti was coated on the Al Layer applied. The thus processed silicon wafer was then subjected to a thermal treatment at 450 ° C for 1 hour. An analysis of the interface between the Al layer and the Ti layer showed no evidence that both layers reacted with each other.

In der vorliegenden Erfindung umfassen illustrative Materialien zum Bilden einer Elektrodenleitung durch eine derartige Anordnung, dass die normale Leitungsrichtung der eng gepackten Ebene von einzelnen Körnern einer Substanz, die die Elektrodenleitung bildet, 80° oder weniger mit derjenigen der Elektrodenleitungs-Bodenfläche (der Fläche, die in Kontakt mit der Seite des aktiven Bereichs durch eine Isolationsschicht ist) bildet: fcc strukturiertes reines Al, Al-Cu, Al-Ti, Al-Cr, Al-Ta, Al-Mg, Al-In, Al-Li; und deren Legierungen; reines Cu, Cu-Be, Cu-Ag, und deren Legierungen; reines Au, Au-Pt, Au-Ag, Au-Pd, Au-Cu, und deren Legierungen; und reines Ag; oder bcc strukturiertes reines W.In the present invention, illustrative materials for forming an electrode lead include by such an arrangement that the normal conduction direction of the closely packed plane of individual grains of a substance forming the electrode line is 80 ° or less with that of the electrode line bottom surface (the surface in contact with the side of the active region through an insulating layer fcc is structured pure Al, Al-Cu, Al-Ti, Al-Cr, Al-Ta, Al-Mg, Al-In, Al-Li; and their alloys; pure Cu, Cu-Be, Cu-Ag, and their alloys; pure Au, Au-Pt, Au-Ag, Au-Pd, Au-Cu, and their alloys; and pure Ag; or bcc structured pure W.

Wenn die voranstehend beschriebenen Legierungen verwendet werden ist es wünschenswert, dass der Betrag einer Hinzufügung eines Lösungsmittels innerhalb des Bereichs ist, der erlaubt, dass eine vollständig feste Lösung gebildet wird. In diesem Fall kann 1 Gewichts-% von Si als ein Lösungsmittel enthalten sein.If the alloys described above are used it desirable that the amount of an addition of a solvent within the range that allows a completely fixed solution is formed. In this case, 1% by weight of Si as a solvent be included.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und Beispiele, die nützlich zum Verständnis der Erfindung sind, werden nun beschrieben werden.embodiments of the present invention and examples useful for understanding the Invention will now be described.

BEISPIEL 1 NÜTZLICH ZUM VERSTÄNDNIS DER ERFINDUNGEXAMPLE 1 USEFUL TO UNDERSTANDING THE INVENTION

Ein (111) orientierter Einzelkristall-Al-Film wurde mit einer Dicke von 4000 Å auf der Oberfläche eines (111) Siliziumsubstrats mit aktiven Bereichen durch ein TIBA-gestütztes thermisches CVD Verfahren gebildet. Nach Identifizieren der Kristallorientierung davon durch ein Röntgenstrahl-gestütztes Laue Verfahren, wurde eine Elektrodenleitung 0,5 μm breit und 1 m lang, wie in 1 gezeigt, strukturiert und so angeordnet, dass die (111) Ebene parallel zu der longitudinalen Richtung der Leitung sein konnte. Ein P-dotierter SiO2 (PSG) Film weiter ein SiN Film (durch ein Plasma-CVD-Verfahren) wurden 5000 Å und 7500 Å dick jeweils aufgebracht, um die Oberfläche des Siliziumsubstrats mit der so als Muster gebildeten Elektrodenleitung zu beschichten. Das Siliziumsubstrat, welches so verarbeitet war, wurde dann einem Hochtemperaturtest bei 150°C ausgesetzt. Die Kurve A in 2 zeigt die Ergebnisse des Tests an. Kein Leitungsausfall wurde bei 150°C sogar nach dem Ablauf von 3000 Stunden beobachtet.A (111) oriented single crystal Al film was formed in a thickness of 4000 Å on the surface of a (111) silicon substrate having active regions by a TIBA-based thermal CVD method. After identifying the crystal orientation thereof by an X-ray assisted Laue method, an electrode lead became 0.5 μm wide and 1 m long, as in FIG 1 shown, patterned and arranged so that the (111) plane could be parallel to the longitudinal direction of the conduit. A P-doped SiO 2 (PSG) film further comprising a SiN film (by a plasma CVD method) was deposited 5,000 Å and 7,500 Å thick, respectively, to coat the surface of the silicon substrate with the electrode line thus patterned. The silicon substrate thus processed was then subjected to a high temperature test at 150 ° C. The curve A in 2 displays the results of the test. No line failure was observed at 150 ° C even after the lapse of 3000 hours.

Für die Zwecke eines Vergleichs wurde eine Elektrodenleitung, die unter den gleichen Bedingungen gebildet war, mit Ausnahme davon, dass sie aus polykristallinem Al gebildet war, dem gleichen Hochtemperaturtest ausgesetzt. Die Ergebnisse sind wie mit einer Kurve a in 2 gezeigt.For the purpose of comparison, an electrode lead formed under the same conditions except that it was formed of polycrystalline Al was subjected to the same high-temperature test. The results are as with a curve a in 2 shown.

BEISPIEL 2 NÜTZLICH ZUM VERSTÄNDNIS DER ERFINDUNGEXAMPLE 2 USEFUL TO UNDERSTANDING THE INVENTION

Ein (111) orientierter Einzelkristall-Al-Film 2 wurde 4000 Å dick auf der Oberfläche eines (111) Siliziumsubstrats 1 mit aktiven Bereichen durch ein TIDA-gestütztes thermisches CVD Verfahren gebildet. Dann wurde nach Identifizieren der Kristallorientierung davon durch ein Röntgenstrahl-gestütztes Laue Verfahren ein W Film 3 auf dem Einzelkristall-Al-Film 2 1500 Å dick durch ein Aufstäubungsverfahren aufgebracht, wie in 3(a) gezeigt. Danach wurde eine Elektrodenleitung als Muster 0,5 μm breit und 1 m lang so angeordnet, dass die (111) Ebene parallel zu der longitudinalen Richtung der Leitung sein konnte (3(b)). Dann wurde ein zweiter W Film 3' 1500 Å dick durch ein Wolfram-Fluorid-gestütztes CVD Verfahren aufgebracht (3(c)).A (111) oriented single crystal Al film 2 became 4000 Å thick on the surface of a (111) silicon substrate 1 formed with active areas by a TIDA-based thermal CVD method. Then, after identifying the crystal orientation thereof by an X-ray based Laue method, a W film was formed 3 on the single crystal Al film 2 1500 Å thick applied by a sputtering process, as in 3 (a) shown. Thereafter, an electrode line was patterned 0.5 μm wide and 1 m long so that the (111) plane could be parallel to the longitudinal direction of the line ( 3 (b )). Then there was a second W movie 3 ' 1500 Å thick applied by a tungsten fluoride-based CVD method ( 3 (c) ).

Der so angeordnete W Film 3' wurde einem höchst anisotropen Trockenätzprozess ausgesetzt, um eine W-beschichtete Einzelkristall-Al-Leitung zu bilden (3(d)).The thus arranged W film 3 ' was subjected to a highly anisotropic dry etching process to form a W-coated single crystal Al line ( 3 (d) ).

Das mit einer Elektrodenleitung ausgebildete Siliziumsubstrat hatte einen PSG Film 4 5000 Å dick und ferner einen SiN Film 5 7500 Å dick durch ein Plasma-CVD-Verfahren (3(e)) aufgebracht und wurde dann einem Hochtemperaturtest bei 150°C ausgesetzt. Die Kurve B in 4 zeigt die Ergebnisse des Tests an. Kein Leitungsausfall wurde bei 150°C sogar nach dem Ablauf von 3000 Stunden beobachtet. Hierbei ist der Ausdruck „Leitungsausfall" so definiert, dass er eine Zeit ist, wenn die Rate eines Anstiegs im Leitungswiderstand 15% übersteigt.The silicon substrate formed with an electrode lead had a PSG film 4 5000 Å thick and further a SiN film 5 7500 Å thick by a plasma CVD method ( 3 (e) ) and was then subjected to a high temperature test at 150 ° C. The curve B in 4 displays the results of the test. No line failure was observed at 150 ° C even after the lapse of 3000 hours. Here, the term "line failure" is defined to be a time when the rate of increase in the wiring resistance exceeds 15%.

Für Vergleichszwecke wurde eine Elektrodenleitung, die unter den gleichen Bedingungen gebildet wurde, mit Ausnahme davon, dass sie aus polykristallinem Al gebildet war, dem gleichen Hochtemperaturtest ausgesetzt. Die Ergebnisse sind wie mit der Kurve b in 4 gezeigt. Wie aus dem Vergleich ersichtlich zeigte die Elektrodenleitung, die einen Einzelkristall-Al-Film umfasst, eine hervorragende Widerstandsfähigkeit gegenüber einem Ausfall, der durch mechanische Spannungen hervorgerufen wird, auf.For comparison purposes, an electrode line formed under the same conditions except for being formed of polycrystalline Al was subjected to the same high-temperature test. The results are as in curve b in 4 shown. As apparent from the comparison, the electrode line comprising a single-crystal Al film showed excellent resistance to failure caused by mechanical stress.

Ferner wurden beide Zwischenverbindungen einem Elektromigrationstest bei 200°C mit einer Stromdichte von 5 × 106/cm2 ausgesetzt. Während nicht ein einzelner Leitungsausfall in der Elektrodenleitung erfasst wurde, die den Einzelkristall-Al-Film umfasst, fiel die Elektrodenleitung des Vergleichsbeispiels nach dem Ablauf von 3000 Stunden aus.Further, both interconnections were subjected to an electromigration test at 200 ° C. at a current density of 5 × 10 6 / cm 2 . While not a single line failure was detected in the electrode line comprising the single-crystal Al film, the electrode line of the comparative example fell after the Ab Run from 3000 hours.

BEISPIEL 3 NÜTZLICH ZUM VERSTÄNDNIS DER ERFINDUNGEXAMPLE 3 USEFUL TO UNDERSTANDING THE INVENTION

Ein (111) orientierter Einzelkristall-Al-Film 2 wurde 4000 Å dick auf der Oberfläche eines (111) Siliziumsubstrats 1 mit aktiven Bereichen durch ein TIBA-gestütztes thermisches CVD Verfahren gebildet. Dann wurde nach Identifizieren der Kristallorientierung davon durch ein Röntgenstrahl-gestütztes Laue Verfahren ein Ti Film 6 auf dem Einzelkristall-Al-Film 2 1500 Å dick durch ein Aufstäubungsverfahren (Sputterverfahren) aufgebracht, wie in 5(a) gezeigt. Danach wurde eine Elektrodenleitung als Muster 0,5 μm breit und 1 m lang so angeordnet, dass die (111) Ebene parallel zu der longitudinalen Richtung der Leitung sein konnte (5(b)). Dann wurde ein TiN Film 7 7500 Å dick durch ein reaktives Aufstäubungsverfahren aufgebracht (5(e)).A (111) oriented single crystal Al film 2 became 4000 Å thick on the surface of a (111) silicon substrate 1 formed with active areas by a TIBA-based thermal CVD method. Then, after identifying the crystal orientation thereof by an X-ray based Laue method, a Ti film was formed 6 on the single crystal Al film 2 1500 Å thick applied by a sputtering method, as in 5 (a) shown. Thereafter, an electrode line was patterned 0.5 μm wide and 1 m long so that the (111) plane could be parallel to the longitudinal direction of the line ( 5 (b) ). Then a TiN movie 7 7500 Å thick by a reactive Aufstäubungsverfahren applied ( 5 (e) ).

Der so angeordnete TiN Film 7 wurde einem höchst anisotropen Trockenätzprozess ausgesetzt, um eine TiN-beschichtete Einzelkristall-Al-Leitung (5(d)) zu bilden.The thus arranged TiN film 7 was subjected to a highly anisotropic dry etching process to obtain a TiN-coated single crystal Al line ( 5 (d) ) to build.

Das mit einer Elektrodenleitung ausgebildete Siliziumsubstrat hatte einen PSG Film 4 5000 Å dick und ferner einen SiN Film 5 7500 Å dick durch das Plasma-CVD-Verfahren (5(e)) aufgebracht und wurde dann einem Hochtemperaturtest bei 150°C ausgesetzt. Die Kurve C in 6 zeigt die Ergebnisse des Tests an. Kein Leitungsausfall wurde bei 150°C sogar nach dem Ablauf von 3000 Stunden beobachtet. Hier wiederum wird der Ausdruck „Leitungsausfall" so definiert, dass er eine Zeit ist, wenn die Anstiegsrate im Leitungswiderstand 15% übersteigt.The silicon substrate formed with an electrode lead had a PSG film 4 5000 Å thick and further a SiN film 5 7500 Å thick by the plasma CVD method ( 5 (e) ) and was then subjected to a high temperature test at 150 ° C. The curve C in 6 displays the results of the test. No line failure was observed at 150 ° C even after the lapse of 3000 hours. Here again, the term "line dropout" is defined to be a time when the rate of rise in line resistance exceeds 15%.

Für Vergleichszwecke wurde eine Elektrodenleitung, die unter den gleichen Bedingungen gebildet wurde, mit Ausnahme davon, dass sie aus polykristallinem Al gebildet war, dem gleichen Hochtemperaturtest ausgesetzt. Die Ergebnisse sind wie mit der Kurve e in 6 gezeigt. Wie aus dem Vergleich ersichtlich wies die Elektrodenleitung, die den Einzelkristall-Al-Film umfasst, eine hervorragende Widerstandsfähigkeit gegenüber einem Ausfall, der durch Spannungen hervorgerufen wird, auf.For comparison purposes, an electrode line formed under the same conditions except for being formed of polycrystalline Al was subjected to the same high-temperature test. The results are as with the curve e in 6 shown. As apparent from the comparison, the electrode line comprising the single-crystal Al film had excellent resistance to failure caused by stress.

Ferner wurden beide Zwischenverbindungen einem Elektromigrationstest bei 200°C mit einer Stromdichte von 5 × 106/cm2 ausgesetzt. Während kein einziger Leitungsausfall in der Elektrodenleitung erfasst wurde, die den Einzelkristall-Al-Film umfasst, fiel die Elektrodenleitung des Vergleichsbeispiels nach dem Ablauf von 3000 Stunden aus.Further, both interconnections were subjected to an electromigration test at 200 ° C. at a current density of 5 × 10 6 / cm 2 . While no single line failure was detected in the electrode line comprising the single crystal Al film, the electrode line of the comparative example precipitated after the lapse of 3000 hours.

BEISPIEL 4 NÜTZLICH ZUM VERSTÄNDNIS DER ERFINDUNGEXAMPLE 4 USEFUL TO UNDERSTANDING THE INVENTION

Ein (111) orientierter Einzelkristall-Al-Film 2 wurde 4000 Å dick auf der Oberfläche eines (111) Siliziumsubstrats 1 mit aktiven Bereichen durch ein TIBA-gestütztes thermisches CVD Verfahren gebildet.A (111) oriented single crystal Al film 2 became 4000 Å thick on the surface of a (111) silicon substrate 1 formed with active areas by a TIBA-based thermal CVD method.

Der Einzelkristall-Al-Film 2 wurde dann einem reaktiven Ionenätzprozess ausgesetzt, um eine 1 μm Weiterleitung zu bilden. Danach wurde ein SiN Zwischenschicht-Isolationsfilm 5' 8000 Å dick durch ein Plasma-CVD-Verfahren gebildet und ein Kontaktierungsloch 8 mit einem Durchmesser von ungefähr 0,8 μm wurde danach durch PEP und ein chemisches Trockenätzverfahren sukzessiv angeordnet.The single crystal Al film 2 was then subjected to a reactive ion etching process to form a 1 μm transmission. Thereafter, a SiN interlayer insulating film was formed 5 ' 8000 Å thick formed by a plasma CVD method and a contact hole 8th with a diameter of about 0.8 microns was then successively arranged by PEP and a dry chemical etching process.

Nachdem das Kontaktierungsloch 8 angeordnet war, wurden der Oxidfilm und dergleichen von dem Boden des Kontaktierungslochs 8 zurückgeätzt und ein Einzelkristall-Al-Film 2a wurde dann wieder durch das thermische CVD Verfahren gebildet und als Muster in eine Leitung von 1 μm Breite angeordnet, um dadurch eine Halbleitereinrichtung zu erhalten, die eine derartige Mehrschicht-Leitung aufweist, wie im Querschnitt in 7 gezeigt. In diesem Fall diente die Oberfläche des Einzelkristall-Al-Films 2, der der Entfernung des Oxidfilms und dergleichen ausgesetzt war als ein Nukleus für eine epitaktisches Wachstum. Somit war der Al Film, der ebenfalls auf der SiN Schicht 5' gebildet war, ein Einzelkristall-Aufbau.After the contact hole 8th was arranged, the oxide film and the like from the bottom of the contacting hole 8th etched back and a single crystal Al film 2a was then formed again by the thermal CVD method and patterned into a line of 1 μm in width to thereby obtain a semiconductor device having such a multilayer line as in the cross-section of FIG 7 shown. In this case, the surface of the single-crystal Al film was used 2 which was exposed to the removal of the oxide film and the like as a nucleus for epitaxial growth. Thus, the Al film was also on the SiN layer 5 ' was formed, a single crystal construction.

Für Vergleichszwecke wurde eine Halbleitereinrichtung unter den gleichen Bedingungen erstellt, mit Ausnahme davon, dass das Kontaktierungsloch durch ein thermisches CVD angeordnet wurde, ohne durch den Zurückätzprozess zu gehen, um den Al Film zu bilden, oder wurde zurückgeätzt und dann aufgestäubt, um den Al Film zu bilden.For comparison purposes became a semiconductor device under the same conditions created, except that the contact hole through a thermal CVD was arranged without the back etching process to go to form the Al movie or was etched back and then dusted up, um to form the Al movie.

Einhundert Proben jeweils des BEISPIELS 4 des Zweischicht-Typs und des Vergleichsbeispiels, ausgebildet wie voranstehend beschrieben, wurden erstellt und wurden einer Auswertung eines Elektromigrationswiderstands an dem Kontaktierungslochabschnitt bei 200°C mit einer Stromdichte von 5 × 106 A/cm2 an dem Kontaktierungsloch-Abschnitt ausgesetzt. Auf eine Erfassung eines Leitungsausfalls bei der Hälfte der Proben, bei denen Al in das Kontaktierungsloch durch ein Aufstäubungsverfahren gefüllt war, wurde die Zuführung von Strom gestoppt und der Kontaktierungsloch-Abschnitt von jeder Probe wurde betrachtet.One hundred samples each of EXAMPLE 2 of the two-layer type and the comparative example formed as described above were prepared and subjected to evaluation of electromigration resistance at the contacting hole portion at 200 ° C with a current density of 5 x 10 6 A / cm 2 at the Contact hole section exposed. Upon detecting a line failure in half of the samples in which Al was filled in the contacting hole by a sputtering method, the supply of current was stopped and the contacting hole portion of each sample was observed.

Das Kontaktierungsloch der Proben gemäß BEISPIEL 4 hatte das Einzelkristall-Al von der Al Leitung in der unteren Schicht gewachsen und überhaupt keine Fehlstellen wurden innerhalb des Kontaktierungslochs erfasst. Andererseits war in den Proben, die Al in das Kontaktierungsloch durch ein Aufstäubungsverfahren gefüllt hatten, das Kontaktierungsloch nicht vollständig aufgefüllt und somit zeigten 50 von 100 Proben einen Leitungsausfall an den Al dünnen Abschnitten auf den lateralen Seiten des Kontaktierungslochs. In den Proben, die Al in das Kontaktierungsloch durch das thermische CVD Verfahren gefüllt hatten, ohne durch den Zurückätzprozess zu gehen, war die Korngröße von Al so klein wie ungefähr 0,2 μm und eine Anzahl von Fehlstellen wurden an den Korngrenzen beobachtet. Ein Leitungsausfall wurde an dem Kontaktierungsloch-Abschnitt in 25 von 100 Proben erfasst.The Contact hole of the samples according to EXAMPLE 4 had the single crystal Al grown from the Al line in the lower layer and at all no defects were detected within the contacting hole. On the other hand, in the samples, Al was in the contact hole filled by a dusting process, the contacting hole was not completely filled and thus showed 50 of 100 samples a line failure at the Al thin sections on the lateral Sides of the contact hole. In the samples, the Al in the contact hole filled by the thermal CVD method without passing through the back process to go was the grain size of Al as small as about 0.2 μm and a number of defects were observed at the grain boundaries. A line failure was noted at the contact hole section in 25 out of 100 samples recorded.

BEISPIEL 5 NÜTZLICH ZUM VERSTÄNDNIS DER ERFINDUNGEXAMPLE 5 USEFUL TO UNDERSTANDING THE INVENTION

Ein (111) orientierter Einzelkistall-Al-Film wurde 4000 Å dick auf der Oberfläche eines (111) Siliziumsubstrats mit aktiven Bereichen durch ein TIBA-gestütztes thermisches CVD Verfahren gebildet. Nach Identifizieren der Kristallorientierung davon durch ein Röntgenstrahl-gestütztes Laue verfahren, wurde dann eine Elektrodenleitung als Muster 0,5 μm breit und 1 m lang in eine derartige Form, wie in 1 gezeigt, strukturiert und so angeordnet, dass die (111) Ebene des Einzelkristall-Al-Films parallel zu der longitudinalen Richtung der Leitung sein konnte. Ein Bor und Phosphor-dotiertes Glas wurde aufgebracht, um die Einzelkristall-Elektrodenleitung als einen Zwischenschicht-Isolationsfilm aufzuschichten und ein Kontaktierungsloch wurde unter dieser Glasschicht angeordnet, um die Leitung zu verbinden. Danach wurde Al auf die Glasschicht 8000 Å dick durch ein Aufstäubungsverfahren aufgebracht. Ferner wurde das aufgebrachte Al in eine Leitung von 1 μm Breite und 1 m Länge strukturiert. Danach wurde ein PSG Film darauf 5000 Å dick und ferner ein Plasma-SiN Film 7500 Å dick als ein Schutzfilm aufgebracht, um dadurch eine Probe für einen Hochtemperaturtest zu erstellen.A (111) oriented single crystal Al film was formed 4000 Å thick on the surface of a (111) silicon substrate having active regions by a TIBA-based thermal CVD method. After identifying the crystal orientation thereof by an X-ray assisted Laue method, an electrode line as a pattern was then 0.5 μm wide and 1 m long in such a shape as in FIG 1 are shown, patterned and arranged so that the (111) plane of the single crystal Al film could be parallel to the longitudinal direction of the conduit. A boron and phosphorous-doped glass was deposited to coat the single crystal electrode line as an interlayer insulating film, and a bonding hole was disposed under this glass layer to connect the line. Thereafter, Al was applied to the glass layer 8000 Å thick by a sputtering method. Further, the deposited Al was patterned into a 1 μm wide and 1 m long line. Thereafter, a PSG film was deposited thereon at 5,000 Å thick and further a plasma SiN film 7500 Å thick as a protective film to thereby prepare a sample for a high-temperature test.

Dann wurde diese Probe einem Hochtemperaturtest ausgesetzt, während sie der Luft bei 150°C ausgesetzt war. Die Kurve D in 8 zeigt die Ergebnisse des Tests. Kein Leitungsausfall wurde bei 150°C sogar nach dem Ablauf von 3000 Stunden in der Einzelkristall-Al-Elektrodenleitung der unteren Schicht beobachtet.Then, this sample was subjected to a high-temperature test while exposed to the air at 150 ° C. The curve D in 8th shows the results of the test. No line failure was observed at 150 ° C even after the lapse of 3,000 hours in the single crystal Al electrode line of the lower layer.

Für Vergleichszwecke wurde eine polykristalline Al-Leitung, deren unterste Schicht durch ein Aufstäubungsverfahren aufgebracht wurde, in die Dimensionen ähnlich zu denjenigen der vorliegenden Ausführungsform verarbeitet und dann einem ähnlichen Hochtemperaturtest unterzogen. Die Kurve D in 8 zeigt die Ergebnisse des Tests. Ein Leitungsausfall wurde in dieser polykristallinen Al-Leitung erfasst und deshalb ist es ersichtlich, dass die Einzelkristall-Elektrodenleitung in der Widerstandsfähigkeit gegenüber einem Ausfall, der durch mechanische Spannungen hervorgerufen wird, der polykristallinen Elektrodenleitung überlegen ist.For the purpose of comparison, a polycrystalline Al line whose bottom layer was applied by a sputtering method was processed into the dimensions similar to those of the present embodiment and then subjected to a similar high-temperature test. The curve D in 8th shows the results of the test. A line failure has been detected in this polycrystalline Al line, and therefore, it can be seen that the single crystal electrode line is superior in resistance to failure caused by mechanical stress to the polycrystalline electrode line.

BEISPIEL 6 NÜTZLICH ZUM VERSTÄNDNIS DER ERFINDUNGEXAMPLE 6 USEFUL TO UNDERSTANDING THE INVENTION

Nachdem SiO2 8000 Å dick auf einem (100) Siliziumsubstrat mit aktiven Bereichen aufgebracht war, wurde ein (111) orientierter polykristalliner Al Film 2000 Å dick durch ein DC Magnetron-Aufstäubungsverfahren gebildet und ein Al-3Gewichts-% Mg Legierungsfilm wurde sukzessive darauf 2000 Å dick aufgebracht. Danach wurde das so verarbeitete Siliziumsubstrat bei 450°C für 15 Minuten gesintert, wobei der Querschnitt davon dann einer Transmissionselektronenmikroskopie (Transmission Electron Microscopy; TEM) ausgesetzt wurde. Während die Korngröße des polykristallinen Al Films in der Größenordnung von mehreren Mikron war, betrug die Korngröße des Al-3Gewichts-% Mg Legierungsfilms 1 bis 3 mm.After SiO 2 was deposited 8000 Å thick on a (100) silicon substrate having active regions, a (111) oriented polycrystalline Al film was formed 2000Å thick by a DC magnetron sputtering method, and an Al 3 wt% Mg alloy film was successively deposited thereon in 2000 Thick applied. Thereafter, the thus processed silicon substrate was sintered at 450 ° C for 15 minutes, the cross section of which was then subjected to transmission electron microscopy (TEM). While the grain size of the polycrystalline Al film was on the order of several microns, the grain size of the Al-3 wt% Mg alloy film was 1 to 3 mm.

Durch Verwenden der Körner des Al-Mg Legierungsfilms als einen Keim wurde dann ein Laserstrahl durch Bewegen in einer Richtung aufgestrahlt. In Folge dessen wuchs ein Einzelkristall fast 4 cm2 auf dem Abschnitt, der durch den Laserstrahl bestrahlt wurde. Dieser Abschnitt wurde als Muster in eine Elektrodenleitung von 0,5 μm Breite und 1 m Länge in der Form, die ähnlich zu 1 ist, strukturiert. Nach Aufbringen eines PSG Films darauf 5000 Å dick und weiter eines Plasma-SiN-Films 7500 Å dick, wurde die Elektrodenleitung einem Hochtemperaturtest bei 150°C in der Luft über 2000 Stunden ausgesetzt.By using the grains of the Al-Mg alloy film as a seed, a laser beam was then irradiated by moving in one direction. As a result, a single crystal almost 4 cm 2 grew on the portion irradiated by the laser beam. This section was used as a pattern in an electrode lead of 0.5 μm width and 1 m length in the shape similar to 1 is structured. After applying a PSG film thereon to 5000 Å thick and further to a plasma SiN film 7500 Å thick, the electrode line was subjected to a high-temperature test at 150 ° C in air for 2000 hours.

Für Vergleichszwecke wurde ein (111) orientierter Einzelkristall-Al-Film 4000 Å dick auf der Oberfläche eines (111) Siliziumsubstrats mit aktiven Bereichen durch ein TIBA-gestütztes thermisches CVD Verfahren gebildet, und das so angeordnete Substrat wurde in ein Muster ähnlich zu dem obigen verarbeitet, ein PSG und Plasma-SiN Filme wurden darauf gebildet, und dann wurde es einem ähnlichen Hochtemperaturtest unterzogen.For comparison purposes, a (111) oriented single crystal Al film was formed 4000Å thick on the surface of a (111) silicon substrate having active regions by a TIBA-based thermal CVD method, and the thus-arranged substrate became a pattern similar to the above processed, a PSG and plasma SiN films were formed thereon, and then subjected to a similar high-temperature test gene.

In Folge dessen fiel die Einzelkristall-Al-Leitung gemäß BEISPIEL 6 nicht aus, sondern zeigte Fehlstellen bei jeden mehreren 10 bis mehreren 100 Mikron.In As a result, the single crystal Al line fell as shown in EXAMPLE 6 did not look, but showed flaws at every several 10 to several 100 microns.

Andererseits zeigte für den Fall der laminierten Leitung mit dem polykristallinen Al und dem Einzelkristall-Al-Mg der polykristalline Al-Leitungsabschnitt nicht nur Fehlstellen bei jeden mehreren Mikron auf, sondern auch einen Leitungsausfall. Jedoch hatte der Einzelkristall-Al-Mg-Legierungsleitungs-Abschnitt in der oberen Schicht keine Fehlstellen und war somit perfekt ausgebildet. Dies liegt daran, weil die Aufbringung des polykristallinen Al unter der Einzelkristall-Al-Elektrodenleitung erlaubte, dass Spannungen sowohl innerhalb der Einzelkristall-Abschnitte als auch der polykristallinen Abschnitte selektiv in die Korngrenzen des polykristallinen Abschnitts als Fehlstellen herausgetrieben werden, wodurch diese mechanischen Spannungen entlastet werden. Deshalb konnte die Einzelkristall-Al-Elektrodenleitung in dem oberen Abschnitt, der keine Korngrenzen enthält, die Spannungen ohne irgendeine Beschädigung lockern, wodurch eine vorgegebene Leitungsfunktion perfekt ausgeführt wird.on the other hand showed for the case of the laminated lead with the polycrystalline Al and the single crystal Al-Mg of the polycrystalline Al lead portion not only flaws at every several microns, but also a line failure. However, the single crystal Al-Mg alloy line section had in the Upper layer no defects and was thus perfectly formed. This is because the application of the polycrystalline Al under the single-crystal Al electrode line allowed for voltages both within the single crystal sections as well as the polycrystalline ones Sections selectively into the grain boundaries of the polycrystalline section are expelled as defects, causing this mechanical Tensions are relieved. Therefore, the single-crystal Al electrode line could in the upper portion containing no grain boundaries, the Tensions without any damage loosen, whereby a predetermined line function is executed perfectly.

BEISPIEL 7 NÜTZLICH ZUM VERSTÄNDNIS DER ERFINDUNGEXAMPLE 7 USEFUL TO UNDERSTANDING THE INVENTION

Ein (111) orientierter Einzelkristall-Al-Film wurde 2000 Å dick auf der Oberfläche eines (111) Siliziumsubstrats mit aktiven Bereichen durch ein TIBA-gestütztes thermisches CVD Verfahren gebildet. Nach Identifizieren der Kristallorientierung davon durch ein Röntgenstrahl-gestütztes Laue Verfahren wurde ein polykristalliner Al Film 2000 Å dick durch ein DC Magnetron-Sputterverfahren (Aufstäubungsverfahren) aufgebracht. Danach wurde eine Elektrodenleitung als Muster 0,5 μm breit und 1 m lang in eine derartige Form, wie in 1 gezeigt, angeordnet und so angeordnet, dass die (111) Ebene parallel zu der longitudinalen Richtung der Leitung sein konnte. Danach wurde ein PSG Film 5000 Å dick aufgebracht und ferner ein SiN Film 7000 Å dick durch ein Plasma-CVD-Verfahren, um das mit der Elektrodenleitung ausgebildete Siliziumsubstrat zu beschichten, das dann einem Hochtemperaturtest bei 150°C in der Luft über 3000 Stunden ausgesetzt wurde.A (111) oriented single crystal Al film was formed 2000 Å thick on the surface of a (111) silicon substrate having active regions by a TIBA-based thermal CVD method. After identifying the crystal orientation thereof by an X-ray assisted Laue method, a polycrystalline Al film was deposited 2000 Å thick by a DC magnetron sputtering method (sputtering method). Thereafter, an electrode line as a pattern was 0.5 μm wide and 1 m long in such a shape as in 1 are shown, arranged and arranged so that the (111) plane could be parallel to the longitudinal direction of the conduit. Thereafter, a PSG film was deposited 5000 Å thick and further a SiN film 7000 Å thick by a plasma CVD method to coat the silicon substrate formed with the electrode line, which was then subjected to a high temperature test at 150 ° C in air for 3000 hours has been.

Für Vergleichszwecke wurde ein Einzelkristall-Al-Film 4000 Å dick auf der Oberfläche eines (111) Siliziumsubstrats mit aktiven Bereichen durch das gleiche TIBA-gestützte thermische CVD Verfahren gebildet, in eine Elektrodenleitung mit Dimensionen ähnlich zu denjenigen der vorliegenden Ausführungsform als Muster aufgebracht (jedoch wurde der Orientierung keinerlei Beachtung geschenkt), und wurde einem ähnlichen Hochtemperaturtest ausgesetzt. Die Ergebnisse des Tests sind in der Tabelle 1 gezeigt. Die 9(a) und (b) sind Querschnittsansichten der Leitungsabschnitte, nachdem der Test ausgeführt war. Obwohl kein Leitungsausfall in der Einzelkristall-Al-Leitung des Vergleichsbeispiels erfasst wurde, wurde eine Fehlstelle 9a mit einer derartigen Form, wie in 9(a) gezeigt, beobachtet. Andererseits zeigte in der Zweischicht-Elektrodenleitung gemäß BEISPIEL 7, bei der eine polykristalline Al-Schicht auf der Einzelkristall-Al-Leitungsschicht aufgebracht war, die polykristalline Al-Leitungsschicht 10 nicht nur eine Anzahl von keilförmigen Fehlstellen 9b, wie in 9(b) gezeigt, auf, sondern auch einen Leitungsausfall, wo hingegen nicht eine einzelne Fehlstelle und auch kein Leitunsausfall in der Einzelkristallleitungs-Schicht erfasst wurde, die somit ihre Leitungsfunktion wie vorgegeben aufrecht hielt. Dies liegt daran, weil die mechanischen Spannungen selektiv an den Korngrenzen der polykristallinen Leitungsschicht entlastet wurden, wodurch die Einzelkristall-Leitungsschicht geschützt wurde.For the purpose of comparison, a single crystal Al film was formed 4000Å thick on the surface of a (111) silicon substrate having active regions by the same TIBA-aided thermal CVD method patterned in an electrode line having dimensions similar to those of the present embodiment (however orientation was ignored) and was subjected to a similar high temperature test. The results of the test are shown in Table 1. The 9 (a) and (B) Fig. 15 are cross-sectional views of the pipe sections after the test was carried out. Although no line failure was detected in the single-crystal Al line of the comparative example, a defect became 9a with such a shape as in 9 (a) shown, observed. On the other hand, in the two-layer electrode line of EXAMPLE 7, in which a polycrystalline Al layer was deposited on the single crystal Al wiring layer, the Al polycrystalline wiring layer was shown 10 not just a number of wedge-shaped flaws 9b , as in 9 (b) but also a line failure, where, however, not a single defect and no conduction failure was detected in the single crystal conduction layer, thus maintaining its conduction function as specified. This is because the stress was selectively relieved at the grain boundaries of the polycrystalline wiring layer, thereby protecting the single crystal wiring layer.

TABELLE 1

Figure 00130001
TABLE 1
Figure 00130001

Die polykristalline Elektrodenleitung, die wenigstens oberhalb oder neben der Einzelkristall-Elektrodenleitung angeordnet werden soll, kann aus einem Material entweder der gleichen Art wie die Einzelkristall-Elektrodenleitung oder einer anderen Art gebildet sein.The Polycrystalline electrode line, at least above or next to the single crystal electrode line can be arranged from a material of either the same Kind like the single crystal electrode lead or another Be formed kind.

BEISPIEL 8 NÜTZLICH ZUM VERSTÄNDNIS DER ERFINDUNGEXAMPLE 8 USEFUL TO UNDERSTANDING THE INVENTION

Ein (111) orientierter Einzelkristall-Al-Film wurde 4000 Å dick auf der Oberfläche eines (111) Siliziumsubstrats mit aktiven Bereichen durch ein TIBA-gestütztes thermisches CVD Verfahren gebildet. Nach Identifizieren der Kristallorientierung davon durch ein Röntgenstrahl-gestütztes Laue Verfahren wurde ein polykristalliner Al Film 3000 Å dick auf dem Einzelkristall-Al-Film durch ein DC Magnetron-Aufstäubungsverfahren gebildet. Ferner wurde eine Fotolacklösung auf das so gebildete Substrat zur Entwicklung aufgebracht, und der polykristalline Al-Film wurde teilweise geätzt, um so eine Struktur zu erhalten, bei der der polykristalline Al-Film teilweise laminiert war. Dann wurde eine Elektrodenleitung 0,5 μm breit und 1 m lang in einer derartigen Form als Muster aufgebracht, wie in 1 gezeigt, und wurde so angeordnet, dass die (111) Ebene parallel zu der longitudinalen Richtung der Leitung sein konnte. Danach wurden PSG und dann Plasma SiN2 Filme 5000 Å dick bzw. 7500 Å dick aufgebracht, um das mit der Elektrodenleitung ausgebildete Siliziumsubstrat zu beschichten, das dann einem Hochtemperaturtest bei 150°C in der Luft über 3000 Stunden ausgesetzt wurde. Die Länge des polykristallinen Al-Films auf dem Einzelkristall-Al betrug 1 μm und der Abstand zwischen den polykristallinen Al-Filmen betrug 3 μm.A (111) oriented single-crystal Al film was formed 4000 Å thick on the surface of a (111) silicon substrate having active regions by a TIBA-based thermal CVD method. After identifying the crystal orientation thereof by an X-ray assisted Laue method, a polycrystalline Al film was formed 3000 Å thick on the single-crystal Al film by a DC magnetron sputtering method. Further, a resist solution was applied to the substrate thus formed for development, and the polycrystalline Al film was partially etched so as to obtain a structure in which the polycrystalline Al film was partially laminated. Then, an electrode lead was patterned 0.5 μm wide and 1 m long in such a shape as shown in FIG 1 and was arranged so that the (111) plane could be parallel to the longitudinal direction of the conduit. Thereafter, PSG and then plasma SiN 2 films were deposited 5000 Å thick and 7500 Å thick, respectively, to coat the silicon substrate formed with the electrode line, which was then subjected to a high-temperature test at 150 ° C in air for 3000 hours. The length of the polycrystalline Al film on the single-crystal Al was 1 μm, and the pitch between the polycrystalline Al films was 3 μm.

Für Vergleichszwecke wurde auch eine Einzelkristall-Al-Elektrodenleitung durch das gleiche Verfahren und in Dimensionen ähnlich zu den obigen gebildet (jedoch wurde der Orientierung keinerlei Beachtung geschenkt) und wurde einem ähnlichen Hochtemperaturtest unterzogen. Danach wurden drei 1 cm lange Stücke zufällig als Proben genommen (Probe Nummern 1 bis 3), und zwar entlang der 1 m langen Leitung, und die Anzahl von Fehlstellen in jedem Stück wurden gezählt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt. Viele Fehlstellen wurden in der Einzelkristall-Al-Leitung des Vergleichsbeispiels beobachtet. Jedoch zeigte die Elektrodenleitung gemäß BEISPIEL 8, bei dem der polykristalline Al-Film teilweise auf der Einzelkristall-Al-Leitung angeordnet war, Fehlstellen in dem polykristallinen Al-Teil auf, aber überhaupt keine Fehlstelle in dem Einzelkristall-Al-Leitungsteil, wodurch die vorgegebene Leitfähigkeit perfekt aufrechterhalten wurde. Der Grund hierfür ist, dass die Spannungen in der Einzelkristall-Elektrodenleitung selektiv in Fehlstellen an den Korngrenzen des teilweise angeordneten polykristallinen Al Metalls entwickelt wurden, wodurch ermöglicht wurde, dass die Einzelkristall-Al-Elektrodenleitung, die keine Korngrenzen enthält, die mechanischen Spannungen ohne irgendeine Beschädigung entlasten.For comparison purposes Also, a single crystal Al electrode line was made by the same Method and similar in dimensions formed to the above (however, the orientation was no Attention paid) and was a similar high-temperature test subjected. Thereafter, three 1 cm long pieces were randomly sampled (sample Numbers 1 to 3), along the 1 m long pipe, and the number of flaws in every piece were counted. The results are shown in Table 2. Many defects were observed in the single crystal Al line of Comparative Example. However, the electrode line according to EXAMPLE 8 showed that the polycrystalline Al film was partially arranged on the single crystal Al wire, Defects in the polycrystalline Al part, but at all no defect in the single-crystal Al lead part, thereby the given conductivity was perfectly maintained. The reason is that the tensions in the single-crystal electrode line selectively in defects at the grain boundaries of the partially arranged polycrystalline Al metal were developed, which made it possible that the single crystal Al electrode line, which does not have grain boundaries contains relieve the mechanical stresses without any damage.

TABELLE 2

Figure 00140001
TABLE 2
Figure 00140001

Der polykristalline Metallteil, der in Kontakt mit der Einzelkristall-Al-Elektrodenleitung angeordnet werden soll, kann aus einem Material entweder der gleichen Art wie die Einzelkristall-Elektrodenleitung bestehen, wie für den Fall des OBIGEN BEISPIELS, oder aus einer anderen Art.Of the polycrystalline metal part in contact with the single crystal Al electrode line can be arranged from a material of either the same Kind like the single crystal electrode line exist as for the case of the above example, or of a different kind.

BEISPIEL 9 NÜTZLICH ZUM VERSTÄNDNIS DER ERFINDUNGEXAMPLE 9 USEFUL TO UNDERSTANDING THE INVENTION

Ein (111) orientierter Einzelkristall-Cu-Film wurde 2000 Å dick auf der Oberfläche eines (111) Siliziumsubstrats mit aktiven Bereichen durch ein thermisches CVD Verfahren unter Verwendung von bis-Hexafluoroacetylacetonat-Kupfer (Cu(HFA)2) gebildet. Nach Identifizieren der Kristallorientierung davon durch ein Röntgenstrahl-gestütztes Laue Verfahren wurde ein (100) orientierter Einzelkristall-Al-Film 2000 Å dick auf der Oberfläche des Einzelkristall-Cu-Films durch ein TIBA-gestütztes CVD Verfahren gebildet. Danach wurde eine Elektrodenleitung 0,5 μm breit und 1 m lang in eine derartige Form strukturiert, wie in 1 gezeigt, und so angeordnet, dass die Cu (111) Ebene parallel zu der longitudinalen Richtung der Leitung sein konnte. Dann wurden ein PSG Film und ferner ein Plasma-SiN-Film 5000 Å dick bzw. 7500 Å dick aufgebracht, um das mit der Elektrodenleitung ausgebildete Siliziumsubstrat zu beschichten, um dadurch eine Probe für einen Hochtemperaturtest zu erstellen.A (111) oriented single crystal Cu film was formed 2000 Å thick on the surface of a (111) silicon substrate having active regions by a thermal CVD method using bis-hexafluoroacetylacetonate-copper (Cu (HFA) 2 ). After identifying the crystal orientation thereof by an X-ray assisted Laue method, a (100) oriented single crystal Al film was formed 2000 Å thick on the surface of the single crystal Cu film by a TIBA-assisted CVD method. Thereafter, an electrode lead was patterned 0.5 μm wide and 1 m long into such a shape as in 1 and arranged so that the Cu (111) plane could be parallel to the longitudinal direction of the conduit. Then, a PSG film and further a plasma SiN film were deposited 5000 Å thick and 7500 Å thick, respectively, to coat the silicon substrate formed with the electrode line to thereby prepare a sample for a high-temperature test.

Die Probe wurde einem Hochtemperaturtest bei 150°C in der Luft ausgesetzt. Als ein Vergleichsbeispiel wurde eine polykristalline Al Leitung durch ein herkömmliches Verfahren in Dimensionen ähnlich zu denjenigen des BEISPIELS 9 gebildet und einem ähnlichen Hochtemperaturtest unterzogen.The Sample was subjected to a high temperature test at 150 ° C in the air. When a comparative example was a polycrystalline Al lead through a conventional one Similar in terms of dimensions formed to those of EXAMPLE 9 and a similar one Subjected to high temperature test.

In Folge dessen zeigte die mit dem Einzelkristall laminierte Leitung gemäß BEISPIEL 9 keinen Leitungsausfall bei 150°C sogar nach dem Ablauf von 1000 Stunden auf. Andererseits begann das polykristalline Al des Vergleichsbeispiels einen Leitungsausfall und Fehlstellen nach dem Ablauf von 30 Stunden aufzuzeigen und als 2000 Stunden abgelaufen waren, waren sämtliche ihrer Leitungen ausgefallen. Die Ergebnisse sind in 10 gezeigt, bei der die Kurve E die Charakteristik des BEISPIELS 9 anzeigt, wohingegen die Kurve e diejenige des Vergleichsbeispiels anzeigt.As a result, the single crystal laminated lead of EXAMPLE 9 did not show any lei failure at 150 ° C even after the expiry of 1000 hours. On the other hand, the polycrystalline Al of the comparative example began to show a line failure and defects after the lapse of 30 hours, and when 2000 hours had elapsed, all its lines had failed. The results are in 10 in which the curve E indicates the characteristic of EXAMPLE 9, whereas the curve e indicates that of the comparative example.

BEISPIEL 10 NÜTZLICH ZUM VERSTÄNDNIS DER VORLIEGENDEN ERFINDUNGEXAMPLE 10 USEFUL TO UNDERSTANDING THE PRESENT INVENTION

Ein (111) orientierter erster Einzelkristall-Al-Dünnfilm wurde 2000 Å dick auf der Oberfläche eines (111) Siliziumsubstrats mit aktiven Bereichen durch ein TIBA-gestütztes thermisches CVD Verfahren gebildet. Nach Identifizieren der Kristallorientierung davon durch ein Röntgenstrahl-gestütztes Laue Verfahren, wurde ein (100) orientierter zweiter Einzelkristall-Al-Dünnfilm 2000 Å dick auf der Oberfläche des ersten Einzelkristall-Al-Dünnfilms durch das TIBA-gestützte thermische CVD Verfahren gebildet.One (111) oriented first single crystal Al thin film became 2000 Å thick the surface of a (111) silicon substrate with active regions by a TIBA-based thermal CVD method formed. After identifying the crystal orientation of which by an X-ray-assisted Laue Method, a (100) oriented second single-crystal Al thin film became 2000 Å thick the surface of the first single crystal Al thin film through the TIBA-based formed thermal CVD method.

Die Differenz in der Orientierung zwischen der ersten und der zweiten Kristallschicht wurde durch Ändern der Wachstumsgeschwindigkeit von jedem der Einzelkristall-Al-Dünnfilme gesteuert. Danach wurde eine Elektrodenleitung 0,5 μm breit und 1 m lang in eine derartige Form als Muster aufgebracht, wie in 1 gezeigt, und so angeordnet, dass die Al (111) Ebene des Einzelkristall-Dünnfilms der oberen Schicht parallel zu der longitudinalen Richtung der Leitung war. Danach wurden ein PSG Film und ferner ein Plasma-SiN-Film 5000 Å bzw. 7500 Å dick aufgebracht, um das mit der Elektrodenleitung ausgebildete Siliziumsubstrat zu beschichten, um eine Probe für einen Hochtemperaturtest vorzubereiten.The difference in orientation between the first and second crystal layers was controlled by changing the growth rate of each of the single crystal Al thin films. Thereafter, an electrode lead of 0.5 μm wide and 1 m long was patterned as shown in FIG 1 and arranged so that the Al (111) plane of the single crystal thin film of the upper layer was parallel to the longitudinal direction of the line. Thereafter, a PSG film and further a plasma SiN film were deposited 5000 Å and 7500 Å thick, respectively, to coat the silicon substrate formed with the electrode line to prepare a sample for a high temperature test.

Die Probe wurde einem Hochtemperaturtest bei 150°C in der Luft ausgesetzt. Als ein Vergleichsbeispiel wurde eine über ein thermisches CVD Verfahren hergestellte Einzelkristall-Al-Elektrode mit einer einzelnen Schicht in Dimensionen ähnlich zu denjenigen der vorliegenden Ausführungsform gebildet (jedoch wurde der Orientierung und dergleichen keine Aufmerksamkeit geschenkt) und wurde einem ähnlichen Hochtemperaturtest ausgesetzt.The Sample was subjected to a high temperature test at 150 ° C in the air. When a comparative example was one about a thermal CVD process manufactured single crystal Al electrode with a single layer similar in dimensions formed to those of the present embodiment (however was the orientation and the like paid no attention) and became a similar one Exposed to high temperature test.

In Folge dessen begann die einzelschichtige Einzelkristall-Leitung des Vergleichsbeispiels einen Leitungsausfall aufzuzeigen, nachdem 10000 Stunden abgelaufen waren, wo hingegen die Einzelkristall-Vielfachschichtleitung gemäß der vorliegenden Erfindung überhaupt keinen Ausfall aufzeigte.In As a result, the single-layered single crystal lead began of the comparative example to show a line failure after 10000 hours had elapsed, whereas where the single-crystal multilayer line according to the present Invention at all showed no failure.

In der Anordnung, wie in den BEISPIELEN 9 und 10 gezeigt, wurde eine Einzelkristall-Vielfachschicht-Leitung, die keine Korngrenzen enthält, verwendet und jeder Leitung wurde eine andere Kristallorientierung gegeben, wodurch sogar dann, wenn eine einen Leitungsausfall hervorrufende Kerbe in einer Leitung wächst, die gewünschte elektrische Leitfähigkeit durch die andere Leitung mit einer anderen Kristallorientierung aufrechterhalten werden konnte, sodass es möglich ist, den ungünstigen Effekt der sich innerhalb der Leitung entwickelten Kerbe zu unterdrücken. Wenn die Leitung mit einer derartigen Anordnung verwendet wurde, konnte deshalb eine Widerstandsfähigkeit gegenüber Ausfällen, die durch mechanische Spannungen hervorgerufen werden, bemerkenswert gesteuert werden.In The arrangement as shown in EXAMPLES 9 and 10 became a Single crystal multilayer line, that does not contain grain boundaries, used and every line became a different crystal orientation given, which even if one causes a line failure Notch in a lead grows, the desired electric conductivity through the other wire with a different crystal orientation could be maintained, so that it is possible the unfavorable To suppress the effect of the notch developed within the lead. If the line was used with such an arrangement could therefore a resistance across from failures, which are caused by mechanical stresses, noteworthy to be controlled.

Obwohl die Einzelkristall-Elektrodenleitung als mehrere Schichten so oft wie gewünscht sein kann, sind zwei oder drei Schichten bevorzugt. Ferner ist es wünschenswert, dass die Leitung der ersten Schicht ihre eng gepackte Ebene parallel zu der longitudinalen Richtung der Leitung angeordnet hat. Die wünschenswerte Orientierungsbeziehung zwischen der ersten und der zweiten Leitung ist derart, dass: die <111> Ebene 30° in einer fcc/fcc Struktur orientiert ist; die <110> Ebene 45° in einer bcc/bcc Struktur gedreht ist; die <111> fcc Ebene 45° in Bezug auf die <111> bcc Ebene in der fcc/bcc Struktur gedreht ist; die <111> fcc Ebene 30° in Bezug auf die <0001> hcp Ebene in einer fcc/hcp Struktur gedreht ist. Jedoch ist es in einer bcc/hcp Struktur wünschenswert, dass die <100> bcc Ebene 30° in Bezug auf die <1121> Ebene gedreht ist. Hierbei kann ein zufriedenstellender Effekt erhalten werden, so lange wie der Winkel innerhalb von ±10°, oder vorzugsweise ±5°, ist. Es ist wünschenswert, dass eine ähnliche Beziehung für die weitere dritte Schicht erfüllt ist. Jedoch versteht es sich von selbst, dass die orientierungsmäßige Beziehung unter diesen Kristallstrukturen nicht auf die Beispiele, wie voranstehend angegeben, beschränkt ist.Even though the single crystal electrode line as several layers as often as required can be two or three layers are preferred. It is further desirable, that the line of the first layer parallel their closely packed plane has been arranged to the longitudinal direction of the conduit. The desirable orientation relationship between the first and second lines is such that: the <111> plane is 30 ° in a fcc / fcc structure oriented; the <110> level 45 ° in one bcc / bcc structure is rotated; the <111> fcc plane is 45 ° in relation to the <111> bcc level in the fcc / bcc Structure is rotated; the <111> fcc plane is 30 ° in relation to the <0001> hcp level in one fcc / hcp structure is rotated. However, it is in a bcc / hcp structure desirable, that the <100> bcc level is 30 ° in terms of turned to the <1121> level. Here, a satisfactory effect can be obtained, so long as the angle is within ± 10 °, or preferably ± 5 °. It is desirable that a similar one Relationship for the other third layer met is. However, it goes without saying that the orientational relationship among these crystal structures, not the examples as above specified, limited is.

BEISPIEL 11 NÜTZLICH ZUM VERSTÄNDNIS DER VORLIEGENDEN ERFINDUNGEXAMPLE 11 USEFUL TO UNDERSTANDING THE PRESENT INVENTION

Ein (111) orientierter Einzelkristall-Al-Dünnfilm wurde 2000 Å dick als eine erste Schicht auf der Oberfläche eines (111) Siliziumsubstrats mit aktiven Bereichen durch ein TIBA-gestütztes thermisches CVD Verfahren gebildet. Die Unterschicht-Temperatur zu der Zeit, zu der der erste Dünnfilm erstellt wurde, betrug 430°C und die Wachstumsgeschwindigkeit betrug 8000 Å/min. Nach Identifizieren der Kristallorientierung des Einzelkristall-Al-Films mit dem Substrat durch ein Brechungsverfahren, wurde ein Einzelkristall-Cu-Dünnfilm ((111) orientiert) 2000 Å dick (Substrattemperatur: 400°C) auf der Oberfläche des ersten Einzelkristall-Al-Dünnfilms durch ein Vakuum-Verdampfungsverfahren gebildet und ein Einzelkristall-Al-Film ((111) orientiert) wurde darauf 2000 Å dick als eine zweite Schicht aufgebracht, und zwar in einer Weise ähnlich zu derjenigen in der ersten Schicht. Dann wurde eine Elektrodenleitung 0,5 μm breit und 1 m lang in eine derartige Form, wie in 1 gezeigt, als Muster aufgebracht und so angeordnet, dass die (111) Ebene parallel zu der longitudinalen Richtung der Leitung sein konnte. Danach wurden ein PSG Film und weiter ein Plasma-SiN Film 5000 Å bzw. 7500 Å dick aufgebracht, um das mit der Elektrodenleitung ausgebildete Substrat zu beschichten, das dann einem Hochtemperaturtest bei 150°C in der Luft ausgesetzt wurde.A (111) oriented single crystal Al thin film was formed 2000 Å thick as a first layer on the surface of a (111) silicon substrate having active regions by a TIBA-based thermal CVD method. The lower layer temperature at the time the first thin film was formed was 430 ° C and the growth rate was 8000 Å / min. After identifying the crystal orientation of the individual Crystal Al film with the substrate by a refraction method, a single crystal Cu thin film ((111) oriented) was 2000 Å thick (substrate temperature: 400 ° C) on the surface of the first single crystal Al thin film by a vacuum evaporation method and a single crystal Al film ((111) oriented) was applied thereon 2000 Å thick as a second layer in a manner similar to that in the first layer. Then, an electrode lead was 0.5 μm wide and 1 m long in such a shape as in 1 shown patterned and arranged so that the (111) plane could be parallel to the longitudinal direction of the conduit. Thereafter, a PSG film and further a plasma SiN film of 5,000 Å and 7,500 Å thick, respectively, were coated to coat the substrate formed with the electrode line, which was then subjected to a high temperature test at 150 ° C in the air.

Als ein Vergleichsbeispiel wurde eine polykristalline Al-Leitung, die durch das herkömmliche DC Magnetron-Aufstäubungsverfahren erstellt wurde, in Dimensionen ähnlich zu denjenigen des BEISPIELS 11 durch ein herkömmliches Verfahren gebildet und wurde dann einem ähnlichen Hochtemperaturtest unterzogen. Wie mit der Kurve F in 11 gezeigt, zeigte die Einzelkristall-Al-Vielfachschicht-Leitung gemäß des BEISPIELS 11 nicht einen einzelnen Leitungsausfall bei 150°C nach dem Ablauf von 5000 Stunden auf, wo hingegen die polykristalline Al Leitung des Vergleichsbeispiels begann Leitungsausfälle und Fehlstellen nur nachdem 30 min. abgelaufen waren, wie durch die Kurve f gezeigt, aufzuzeigen und sämtliche Leitungen davon fielen aus, als 2000 Stunden abgelaufen waren.As a comparative example, a polycrystalline Al line prepared by the conventional DC magnetron sputtering method was formed in dimensions similar to those of EXAMPLE 11 by a conventional method and then subjected to a similar high-temperature test. As with the curve F in 11 As shown in Example 11, the single-crystal Al multilayer wire did not show a single line failure at 150 ° C after the lapse of 5000 hours, whereas the polycrystalline Al wire of the comparative example started line failures and defects only after 30 minutes. had expired, as shown by the curve f, and all lines thereof failed when 2000 hours had elapsed.

BEISPIEL 12 NÜTZLICH ZUM VERSTÄNDNIS DER ERFINDUNGEXAMPLE 12 USEFUL TO UNDERSTANDING THE INVENTION

Ein (100) orientierter Einzelkristall-Al-Si-Dünnfilm wurde 2000 Å dick als eine erste Schicht auf der Oberfläche eines (100) Siliziumsubstrats mit aktiven Bereichen durch ein TIBA- und Silan-gestütztes thermisches CVD Verfahren gebildet. Die Unterschicht-Temperatur zu der Zeit, zu der der erste Dünnfilm gebildet wurde, betrug 370°C, und die Wachstumsgeschwindigkeit betrug 8000 Å/min. Nach Identifizieren der Kristallorientierung des Einzelkristall-Al-Si-Dünnfilms mit dem Substrat durch ein Beugungsverfahren, wurde Au 2000 Å dick (100) orientiert (Substrattemperatur: 400°C) auf der Oberfläche des ersten Einzelkristall-Al-Si-Dünnfilms durch ein Vakuum-Verdampfungsverfahren aufgebracht, und ein Einzelkristall-Al-Si-Film ((100) orientiert) wurde darauf 2000 Å dick als eine zweite Schicht aufgebracht, und zwar in einer Weise ähnlich zu derjenigen in der ersten Schicht. Dann wurde eine Elektrodenleitung 0,5 μm breit und 1 m lang in eine derartige Form als Muster aufgebracht, wie in 1 gezeigt, und so angeordnet, dass die (100) Ebene parallel zu der longitudinalen Richtung der Leitung sein konnte. Danach wurden ein PSG Film und weiter ein Si-angereicherter Plasma-SiN Film, der empfänglicher für mechanische Spannungen ist, 5000 Å bzw. 15000 Å dick aufgebracht, um das mit der Elektrodenleitung ausgebildete Siliziumsubstrat zu beschichten, das dann einem Hochtemperaturtest bei 150°C in der Luft ausgesetzt wurde. Als ein Vergleichsbeispiel wurde eine Einzelkristall-Al-Leitung mit einer einzelnen Schicht, hergestellt durch ein thermisches CVD Verfahren, in Dimensionen ähnlich zu denjenigen des BEISPIELS 12 durch ein herkömmliches Verfahren gebildet, und wurde einem ähnlichen Hochtemperaturtest ausgesetzt.A (100) oriented single crystal Al-Si thin film was formed 2000 Å thick as a first layer on the surface of a (100) silicon active region substrate by a TIBA and silane-based thermal CVD method. The undercoat temperature at the time the first thin film was formed was 370 ° C, and the growth rate was 8000 Å / min. After identifying the crystal orientation of the single-crystal Al-Si thin film with the substrate by a diffraction method, Au was oriented 2000 Å thick (100) (substrate temperature: 400 ° C) on the surface of the first single-crystal Al-Si thin film by a vacuum Evaporation method was applied, and a single-crystal Al-Si film ((100) oriented) was applied thereon 2000 Å thick as a second layer in a manner similar to that in the first layer. Then, an electrode lead 0.5 μm wide and 1 m long was patterned as such as in FIG 1 and arranged so that the (100) plane could be parallel to the longitudinal direction of the conduit. Thereafter, a PSG film and further a Si-enriched plasma SiN film, which is more susceptible to mechanical stress, were deposited 5000 Å and 15000 Å thick, respectively, to coat the silicon substrate formed with the electrode line, which was then subjected to a high-temperature test at 150 ° C was exposed in the air. As a comparative example, a single-layered single-crystal Al line manufactured by a thermal CVD method was formed in dimensions similar to those of EXAMPLE 12 by a conventional method, and was subjected to a similar high-temperature test.

In Folge dessen begann die Einzelkristall-Al-Leitung mit einer einzelnen Schicht des Vergleichsbeispiels einen Leitungsausfall aufzuzeigen, nachdem der 10000 Stunden Test beendet worden war, wo hingegen die Einzelkristall-Al-Vielfachschicht-Leitung gemäß BEISPIEL 12 überhaupt keinen Leitungsausfall aufzeigte.In As a result, the single crystal Al lead began with a single Layer of the comparative example to show a line failure, after the 10000 hours test had ended, whereas the 10000 hours test Single-crystal Al multilayer wire according to EXAMPLE 12 at all showed no line failure.

Wie aus den BEISPIELEN 5 und 12 ersichtlich, wenn ein Einzelkristall-Dünnfilm, der aus einem anderen Material als der Vielfachschicht-Einzelkristall-Dünnfilm gebildet ist, zwischen die Schichten des mehrschichtigen Einzelkristall-Dünnfilms beim Laminieren der Einzelkristall-Leitungen angeordnet wurde, kann eine Kerbe, wenn sie wächst, durch die Anwesenheit dieses dazwischenliegenden Films unterdrückt werden. Wenn die Elektrodenleitung eine derartige Anordnung aufweist, besteht überhaupt keine Notwendigkeit die Kristallorientierungs-Beziehung zwischen den Einzelkristal-Leitungen zu beschränken, wodurch erlaubt wird, dass eine derartige Anordnung auf verschiedene Materialien angewendet wird. Ein geeignetes dazwischengelegtes Dünnfilm-Material ist eines, dessen elektrischer Widerstand kleiner als derjenige der Einzelkristall-Leitung ist. Illustrative Kombinationen der die Elektrodenleitung bildenden Materialien umfassen: (reines Al oder eine Al Legierung/reines Cu/reines Al oder eine Al Legierung), (reines Cu oder eine Cu Legierung/reines Ag/reines Cu oder eine Cu Legierung), (reines W oder eine W Legierung/reines Ag, reines W oder eine W Legierung), und (reines Al oder eine Al Legierung/reines Au/reines W oder eine W Legierung).As from EXAMPLES 5 and 12, when a single crystal thin film, formed of a material other than the multilayer single crystal thin film is between the layers of the multilayered single crystal thin film when laminating the single crystal lines has been arranged, can a notch when it grows be suppressed by the presence of this intermediate film. If the electrode line has such an arrangement, it exists at all no need the crystal orientation relationship between restrict the single-crystal lines, thereby allowing that such an arrangement is applied to different materials becomes. A suitable interposed thin film material is one, whose electrical resistance is smaller than that of the single-crystal line is. Illustrative combinations of the electrode line forming Materials include: (pure Al or Al alloy / pure Cu / pure Al or an Al alloy), (pure Cu or a Cu alloy / pure Ag / pure Cu or a Cu alloy), (pure W or a W alloy / pure Ag, pure W or a W alloy), and (pure Al or an Al Alloy / pure Au / pure W or W alloy).

Die Elektrodenleitungs-Materialien und die Kombinationen der Materialien für die erste und zweite Leitung und der Dünnfilm, der dazwischen angeordnet ist, kann nicht auf diejenigen beschränkt sein, die voranstehend beschrieben wurden.The Electrode lead materials and the combinations of materials for the first and second line and the thin film arranged between them can not be limited to those above have been described.

BEISPIEL 13 NÜTZLICH ZUM VERSTÄNDNIS DER ERFINDUNGEXAMPLE 13 USEFUL TO UNDERSTANDING THE INVENTION

Ein Si Substrat mit aktiven Bereichen und ein dünner SiO2 Film, der darauf angeordnet war, wurden hergestellt. Dann wurde ein abgestuftes Muster und eine Dünnfilmbildungs-Vorrichtung, deren Hauptkonstruktion im Querschnitt in 12 gezeigt ist, hergestellt.A Si substrate with active regions and a thin SiO 2 film disposed thereon were prepared. Then, a stepped pattern and a thin film forming apparatus whose main structure was formed in cross section in FIG 12 shown is produced.

Das Si Substrat 1 wurde auf einem elektrostatisch adsorbierenden Substrathalter 12 gehalten, der innerhalb des abgestuften Musters und der Dünnfilm-Bildungsvorrichtung 11 angeordnet war. Während das abgestufte Muster und die Dünnfilm-Bildungsvorrichtung 11 auf 10–10 Torr evakuiert war, wurde TIBA durch die Oberfläche des Si Substrats 1 adsorbiert, das auf dem elektrostatisch adsorbierenden Substrathalter 12 gehalten wurde. Danach wurde TIBA durch Strahlen eines Elektronenstrahls 14 von einer Elektronenkanone 13, dessen Strahldurchmesser auf mehrere Angström zusammengefasst wurde, auf die Oberfläche des Si Substrats 1 aufgelöst, um nebeneinander liegende Al Streifen von 3 Å Breite und 8 Å in einem jeweiligen Zyklus zu bilden, während die Scanrichtung durch eine Ablenkungsspule 15 gesteuert wurde. Danach wurde ein ähnlicher Betrieb durch eine 90° Drehung der Scanrichtung ausgeführt, um dadurch eine Gitterstruktur mit einer quaternären Symmetrie zu erhalten, deren Draufsicht in 13 gezeigt ist.The Si substrate 1 was on an electrostatic adsorbent substrate holder 12 held within the graded pattern and the thin film forming apparatus 11 was arranged. While the graded pattern and the thin film forming device 11 was evacuated to 10 -10 Torr, TIBA was passed through the surface of the Si substrate 1 adsorbed on the electrostatic adsorbent substrate holder 12 was held. Thereafter, TIBA was irradiated by an electron beam 14 from an electron gun 13 , whose beam diameter has been summarized to several angstroms, on the surface of the Si substrate 1 dissolved to form adjacent Al strips of 3 Å width and 8 Å in each cycle while the scan direction is through a deflection coil 15 was controlled. Thereafter, similar operation was carried out by a 90 ° rotation of the scanning direction to thereby obtain a lattice structure having a quaternary symmetry whose plan view in FIG 13 is shown.

Dann wurde von einer K-Zelle 16, die innerhalb des abgestuften Musters und der Dünnfilm-Bildungsvorrichtung angeordnet war, Al auf die Oberfläche des Si Substrats 1 in zehn Atomschichten aufgebracht. Nach Überprüfung, dass jede von diesen Schichten ein Einzelkristall war, und zwar durch ein elektronisches Reflektions-Beugungsmessgerät 17, wurde ein (100) orientierter Einzelkristall-Al-Film 4000 Å dick durch ein TIBA-gestütztes thermisches CVD Verfahren gebildet. Die Unterschicht-Temperatur in diesem Fall betrug 430°C und die Wachstumsgeschwindigkeit betrug 8000 Å/min.Then it was from a K-cell 16 Al disposed within the graded pattern and the thin film forming apparatus, Al on the surface of the Si substrate 1 applied in ten atomic layers. After checking that each of these layers was a single crystal through a reflection type electronic diffractometer 17 , a (100) oriented single crystal Al film was formed 4000Å thick by a TIBA-based thermal CVD method. The underlayer temperature in this case was 430 ° C and the growth rate was 8000 Å / min.

Der so durch das thermische CVD Verfahren gebildete Einzelkristall-Al-Film wurde in eine Elektrodenleitung von 0,5 μm Breite und 1 m Länge verarbeitet, wie in 1 gezeigt, und wurde so angeordnet, dass die (111) Ebene parallel zu der longitudinalen Richtung der Leitung sein konnte. Danach wurden eine 5000 Å dicke PSG Schicht 4 und eine 7000 Å dicke Plasma-SiN Schichten 5 sequentiell auf der Elektrodenleitung 18 gebildet, um dadurch eine Halbleitereinrichtung mit einem Querschnitt, wie in 14 gezeigt, zu bilden.The single-crystal Al film thus formed by the thermal CVD method was processed into an electrode lead of 0.5 μm width and 1 m length as in 1 and was arranged so that the (111) plane could be parallel to the longitudinal direction of the conduit. Thereafter, a 5000Å thick PSG layer was formed 4 and a 7000 Å thick plasma SiN layers 5 sequentially on the electrode line 18 to thereby form a semiconductor device having a cross section as in FIG 14 shown to form.

Für die Zwecke eines Vergleichs wurde eine andere Halbleitereinrichtung unter den gleichen Bedingungen hergestellt, außer dass die Elektrodenleitung 18 aus einem polykristallinen Al Film hergestellt war, der durch ein DC Magnetron-Aufstäubungsverfahren erhalten wurde.For the purposes of comparison, another semiconductor device was fabricated under the same conditions except that the electrode line 18 was made of a polycrystalline Al film obtained by a DC magnetron sputtering method.

Diese Halbleitereinrichtungen wurden einem Hochtemperaturtest bei 150°C ausgesetzt, wobei die Ergebnisse davon in 15 gezeigt sind. In der Figur zeigt die Kurve G die Charakteristik des Beispiels 13 an, bei dem kein einzelner Leitungsausfall sogar nach dem Ablauf von 10000 Stunden aufgezeigt wurde, wo hingegen in der Kurve g, die die Charakteristik des Vergleichsbeispiels anzeigt, Leitungsausfall-Fehlstellen erfasst wurden, nur nachdem 30 Stunden abgelaufen waren, und sämtliche Leitungen nach 2000 Stunden ausgefallen waren.These semiconductor devices were subjected to a high-temperature test at 150 ° C., the results of which are described in US Pat 15 are shown. In the figure, the curve G shows the characteristic of the example 13 in which no single line failure was indicated even after the lapse of 10,000 hours, whereas in the curve g indicating the characteristic of the comparative example, line failure defects were detected only after 30 hours had elapsed and all lines after 2000 hours had failed.

BEISPIEL 14 NÜTZLICH ZUM VERSTÄNDNIS DIESER ERFINDUNGEXAMPLE 14 USEFUL FOR UNDERSTANDING THIS INVENTION

Ein Si Substrat mit aktiven Bereichen und ein dünner SiO2 Film, der darauf angeordnet war, wurden hergestellt. Dann wurde ein abgestuftes Muster und eine Dünnfilm-Bildungsvorrichtung, deren Hauptanordnung im Querschnitt in 12 gezeigt ist, hergestellt (jedoch wurde die Elektrodenkanone durch eine Ionenquelle ersetzt).A Si substrate with active regions and a thin SiO 2 film disposed thereon were prepared. Then, a stepped pattern and a thin film forming apparatus whose main arrangement was formed in cross section in FIG 12 shown (but the electrode gun was replaced by an ion source).

Das Si Substrat 1 wurde auf einem elektrostatisch verbindenden Substrathalter 12, angeordnet innerhalb des abgestuften Musters und der Dünnfilm-Bildungsvorrichtung 11, gehalten. Während das abgestufte Muster und die Dünnfilm-Bildungsvorrichtung 11 auf 10–10 Torr evakuiert wurde, wurde TIBA durch die Oberfläche des Si Substrats 1, das auf dem elektrostatisch adsorbierenden Substrathalter 12 gehalten wurde, adsorbiert. Danach wurde TIBA aufgelöst, indem ein Ionenstrahl 14a von einer Ionenquelle 13a, deren Strahldurchmesser auf 1000 Å zusammengefasst war, auf die Oberfläche des Si Substrats 1 gestrahlt wurde, um nebeneinander liegende Al Streifen mit 1000 Å Breite und 2 μm in einem wiederholten Zyklus zu bilden, während die Scanrichtung durch eine Ablenkungsspule 15 gesteuert wurde.The Si substrate 1 was on an electrostatically bonded substrate holder 12 disposed within the graded pattern and the thin film forming apparatus 11 , held. While the graded pattern and the thin film forming device 11 was evacuated to 10 -10 Torr, TIBA was passed through the surface of the Si substrate 1 resting on the electrostatic adsorbent substrate holder 12 was held, adsorbed. Thereafter, TIBA was dissolved by an ion beam 14a from an ion source 13a , whose beam diameter was summarized at 1000 Å, on the surface of the Si substrate 1 was blasted to form adjacent Al strips of 1000 Å width and 2 μm in a repeated cycle while the scan direction was through a deflection coil 15 was controlled.

Dann wurde von einer K-Zelle 16, die innerhalb des abgestuften Musters und der Dünnfilm-Bildungsvorrichtung angeordnet war, Al auf die Oberfläche des Si Substrats 10 in zehn Atomschichten aufgebracht. Nach Überprüfung, dass jede von diesen Schichten eine einziges Teil war, und zwar durch ein elektronisches Reflektions-Brechungsmessgerät 17, wurde ein (111) orientierter Einzelkristall-Al-Film 4000 Å dick durch ein TIBA-gestütztes thermisches CVD Verfahren gebildet. Die zugrunde liegende Temperatur in diesem Fall betrug 430°C und die Wachstumsgeschwindigkeit betrug 8000 Å/min.Then it was from a K-cell 16 Al disposed within the graded pattern and the thin film forming apparatus, Al on the surface of the Si substrate 10 applied in ten atomic layers. After checking that each of these layers was a single part, by an electronic one Reflection refraction measuring device 17 , a (111) oriented single crystal Al film was formed 4000Å thick by a TIBA-based thermal CVD method. The underlying temperature in this case was 430 ° C and the growth rate was 8000 Å / min.

Der so durch das thermische CVD Verfahren gebildete Einzelkristall-Al-Film wurde in eine Elektrodenleitung von 0,5 μm Breite und 1 m Länge, wie in 1 gezeigt, verarbeitet und so angeordnet, dass die (111) Ebene parallel zu der longitudinalen Richtung der Leitung sein konnte. Danach wurde eine 5000 Å dicke PSG Schicht 4 und eine 7500 Å dicke Plasma-SiN Schicht 5 sequentiell auf der Elektrodenleitung 18 gebildet, um dadurch eine Halbleitereinrichtung vorzubereiten, die einen Querschnitt wie in 14 gezeigt aufweist.The single-crystal Al film thus formed by the thermal CVD method was placed in an electrode lead of 0.5 μm width and 1 m length as in FIG 1 is shown, processed and arranged so that the (111) plane could be parallel to the longitudinal direction of the conduit. Thereafter, a 5000 Å thick PSG layer was formed 4 and a 7500 Å thick plasma SiN layer 5 sequentially on the electrode line 18 thereby to prepare a semiconductor device having a cross section as in FIG 14 has shown.

Für Vergleichszwecke wurde eine andere Halbleitereinrichtung unter den gleichen Bedingungen hergestellt, mit Ausnahme davon, dass die Elektrodenleitung 18 aus einem polykristallinen Al Film, erhalten durch ein DC Magnetron-Aufstäubungsverfahren, hergestellt wurde.For comparison purposes, another semiconductor device was fabricated under the same conditions, except that the electrode line 18 from a polycrystalline Al film obtained by a DC magnetron sputtering method.

Diese Halbleitereinrichtungen wurden einem Hochtemperaturtest bei 150°C ausgesetzt, wobei die Ergebnisse davon in 16 gezeigt sind. In der Figur zeigte die Kurve H die Charakteristik des vorliegenden BEISPIELS, bei dem kein einzelner Leitungsausfall sogar nach dem Ablauf von 10000 Stunden aufgezeigt wurde, wo hingegen in der Kurve h, die die Charakteristik des Vergleichsbeispiels zeigt, Leitungsausfall-Fehlstellen erfasst wurden, nachdem nur 30 Stunden abgelaufen waren, und sämtliche Leitungen davon ausfielen, nachdem 2000 Stunden abgelaufen waren.These semiconductor devices were subjected to a high-temperature test at 150 ° C., the results of which are described in US Pat 16 are shown. In the figure, the curve H showed the characteristic of the present EXAMPLE in which no single line failure was exhibited even after the lapse of 10000 hours, whereas in the curve h showing the characteristic of the comparative example, line drop defects were detected after only 30 hours had elapsed, and all lines failed after 2000 hours had elapsed.

AUSFÜHRUNGSFORM 1EMBODIMENT 1

In der vorliegenden Ausführungsform weist eine Elektrodenleitung, die aus einer Unterschicht gebildet war, deren Kristallstruktur hexagonal ist, und die in einer Mehrschicht-Struktur ausgebildet war, das Verhältnis der c-Achse zur a-Achse des hexagonalen Systems eingestellt auf 1,60 oder mehr auf.In the present embodiment has an electrode lead formed of a lower layer, whose crystal structure is hexagonal, and those in a multi-layered structure was trained, the ratio of c-axis to the a-axis of the hexagonal system set to 1.60 or more.

Zunächst wurde Ti, Zr, Mg, Zn, AlN oder NbN 500 Å dick auf ein Siliziumsubstrat mit aktiven Bereichen aufgebracht und ein 8000 Å dicker SiO2 Film wurde darauf durch eine thermische Oxidation gebildet. Dann wurde ein Al-1Gewichts-%Si-0,5Gewichts-%Cu Film 4000 Å dick darauf durch ein DC Magnetron-Aufstäubungsverfahren aufgebracht, um einen derartigen laminierten Film, wie nachstehend angegeben, zu bilden. Die AlN und NbN Filme wurden durch ein reaktives Aufstäubungsverfahren gebildet.
Al-Si-Cu/Ti/SiO2
Al-Si-Cu/Zr/SiO2
Al-Si-Cu/Mg/SiO2
Al-Si-Cu/AlN/SiO2
Al-Si-Cu/Zn/SiO2
Al-Si-Cu/NbN/SiO2
First, Ti, Zr, Mg, Zn, AlN or NbN was deposited 500 Å thick on a silicon substrate having active regions, and an 8000 Å thick SiO 2 film was formed thereon by thermal oxidation. Then, an Al-1 wt% Si-0.5 wt% Cu film was deposited 4000 Å thick thereon by a DC magnetron sputtering method to form such a laminated film as shown below. The AlN and NbN films were formed by a reactive sputtering process.
Al-Si-Cu / Ti / SiO 2
Al-Si-Cu / Zr / SiO 2
Al-Si-Cu / Mg / SiO 2
Al-Si-Cu / AlN / SiO 2
Al-Si-Cu / Zn / SiO 2
Al-Si-Cu / NbN / SiO 2

Die ausgebildeten laminierten Filme wiesen 2θ (Al (111)) fixiert durch eine Röntgenstrahl-Brechungsmessung auf und die Orientierungsverteilung des Al (111) wurde durch Steuern von θ gemessen. Die Orientierungsverteilung des Al (111) wies die folgende volle Breite bei dem halben Maximum, wie in Tabelle 3 gezeigt, auf. In der Tabelle ist auch das Verhältnis der c-Achse zu der a-Achse der hexagonalen Schicht, die auf der thermisch oxidierten Schicht angeordnet ist, d. h. die Oberfläche (Unterschicht), mit der Al-Si-Cu in Kontakt war, ebenfalls angezeigt. Hierbei kann die chemische Zusammensetzung von Nitriden außerhalb von stöchiometrischen Anforderungen sein.The formed laminated films had 2θ (Al (111)) fixed by one X-ray diffraction measurement and the orientation distribution of Al (111) was determined by controlling measured by θ. The orientation distribution of the Al (111) showed the following full Width at half maximum, as shown in Table 3, on. In the table is also the ratio the c axis to the a axis of the hexagonal layer on the thermally oxidized layer is arranged, d. H. the surface (lower layer), with which Al-Si-Cu was in contact, also indicated. Here can the chemical composition of nitrides outside of stoichiometric Be requirements.

TABELLE 3

Figure 00190001
TABLE 3
Figure 00190001

Figure 00200001
Figure 00200001

Wie aus der Tabelle 3 ersichtlich ist die volle Breite beim halben Maximum von jedem Al-Si-Cu Film, dessen c/a Verhältnis des hexagonalen Systems 1,600 oder mehr ist, 1 bis 2°, wodurch sie kleiner als die volle Breite beim halben Maximum von Al-Si-Cu Filmen ist, deren c/a Verhältnis kleiner als 1,600 ist, was 6 bis 8° ist. Somit ist der Al-Si-Cu Film höchst (111) orientiert.As Table 3 shows the full width at half maximum of each Al-Si-Cu film whose c / a ratio of the hexagonal system Is 1,600 or more, 1 to 2 °, making them smaller than the full width at half maximum of Al-Si-Cu films whose c / a ratio is less than 1.600, which is 6 to 8 °. Thus, the Al-Si-Cu film is the highest (111) oriented.

Der Al-Si-Cu/Ti/SiO2 Film und der Al-Si-Cu/Mg/SiO2 Film unter den obigen Proben wurde in Zwischenverbindungen jeweils 0,5 μm Breite und 1 m Länge, wie in 1 gezeigt, als Muster ausgebildet. Danach wurden sequentiell eine 5000 Å dicke PSG Schicht und eine 7500 Å dicke Plasma-SiN-Schicht sequentiell auf den mit der Elektrodenleitung ausgebildeten Oberflächen gebildet, um dadurch Halbleitereinrichtungen zu erstellen.The Al-Si-Cu / Ti / SiO 2 film and the Al-Si-Cu / Mg / SiO 2 film among the above samples were formed in interconnections each 0.5 μm wide and 1 m long as in 1 shown, designed as a pattern. Thereafter, a 5000Å thick PSG layer and a 7500Å thick plasma SiN layer were formed sequentially on the surfaces formed with the electrode line, thereby forming semiconductor devices.

Diese Halbleitereinrichtungen, die so hergestellt wurden, wurden einem Hochtemperaturtest bei 150°C über 4000 Stunden ausgesetzt, wobei die Ergebnisse davon in 17 gezeigt sind. In der Figur zeigt die Kurve I die Charakteristik der vorliegenden Ausführungsform an, bei der kein Leitungsausfall überhaupt erfasst wurde, sogar nach dem Ablauf von 4000 Stunden, wo hingegen der Kurve i, die die Charakteristik des Vergleichsbeispiels anzeigt, ein Leitungsausfall-Verhältnis von 50% beobachtet wurde, nachdem 4000 Stunden abgelaufen waren.These semiconductor devices thus produced were subjected to a high-temperature test at 150 ° C. for 4000 hours, the results of which are described in US Pat 17 are shown. In the figure, the curve I indicates the characteristic of the present embodiment in which no line failure was detected at all, even after the lapse of 4000 hours, whereas the curve i indicating the characteristic of the comparative example shows a line drop ratio of 50%. was observed after 4000 hours had elapsed.

Für den Fall, bei dem jeder der voranstehend beschriebenen laminierten Filme weiter mehrschichtig war, wie nachstehend angegeben, wurde ein Effekt oder eine Funktion ähnlich zu den obigen beobachtet.
Al-Si-Cu/Zr/Ti/SiO2
Al-Si-Cu/Mg/Ti/SiO2
Al-Si-Cu/AiN/Ti/SiO2
Al-Si-Cu/Zn/Ti/SiO2
Al-Si-Cu/NbN/Ti/SiO2
In the case where each of the above-described laminated films was further multilayered as stated below, an effect or function similar to the above was observed.
Al-Si-Cu / Zr / Ti / SiO 2
Al-Si-Cu / Mg / Ti / SiO 2
Al-Si-Cu / AlN / Ti / SiO 2
Al-Si-Cu / Zn / Ti / SiO 2
Al-Si-Cu / NbN / Ti / SiO 2

Wenn die Elektrodenleitung der oben laminierten Struktur aus Al, Ag, Au, Cu oder einer Legierung von zwei oder mehr der obigen Elemente gebildet war, konnte ebenfalls ein Effekt oder eine Funktion ähnlich zu den obigen beobachtet werden.If the electrode lead of the above laminated structure of Al, Ag, Au, Cu or an alloy of two or more of the above elements was formed, could also be an effect or a function similar to the be observed above.

BEISPIEL 15 NÜTZLICH ZUM VERSTÄNDNIS DER ERFINDUNGEXAMPLE 15 USEFUL TO UNDERSTANDING THE INVENTION

Ein Al Film wurde 4000 Å dick durch ein Vakuumaufdampfunsverfahren auf der Oberfläche eines (100) Siliziumsubstrats mit aktiven Bereichen gebildet und eine thermisch oxidierte Schicht wurde darauf gebildet. Der so gebildete Film war ein epitaktisch aufgewachsener polykristalliner Film, bei dem die Al <100> in der gleichen Orientierung wie das Siliziumsubstrat <100> war. Sämtliche normalen Leitungen der eng gepackten {111} Ebene des Al polykristallinen Films bildeten 80° oder weniger mit der Bodenfläche der Leitung, d. h. der normalen Leitung des Siliziumsubstrats.One Al film was 4000 Å thick by a Vakuumaufdampfunsverfahren on the surface of a (100) Silicon substrate formed with active areas and a thermally oxidized layer was formed thereon. The thus formed Film was an epitaxially grown polycrystalline film at the Al <100> in the same orientation as the silicon substrate was <100>. All normal lines of the closely packed {111} plane of the Al polycrystalline Films made 80 ° or less with the floor area the line, d. H. the normal conduction of the silicon substrate.

Der Al polykristalline Film wurde in eine Elektrodenleitung von 0,5 μm Breite und 1 m Länge verarbeitet, wie in 1 gezeigt. Danach wurden sequentiell eine 5000 Å dicke PSG-Schicht und eine 7500 Å dicke Plasma-SiN-Schicht auf der mit der Elektrodenleitung ausgebildeten Oberfläche aufgebracht, um Halbleitereinrichtung herzustellen.The Al polycrystalline film was processed into an electrode lead of 0.5 μm width and 1 m length as in 1 shown. Thereafter, a 5000Å thick PSG layer and a 7500Å thick plasma SiN layer were sequentially deposited on the surface formed with the electrode line to fabricate a semiconductor device.

Für Vergleichszwecke wurde ebenfalls ein Al polykristalliner Film durch ein Aufstäubungsverfahren hergestellt. Die Körner dieses Films waren <111> orientiert und 7% der Körner hatten einen Winkel > 80°, der zwischen der normalen Leitungsrichtung der eng gepackten Ebene und der Bodenfläche der Leitung, d. h. der normalen Leitungsrichtung der Siliziumsubstratoberfläche gebildet ist. Dieser Al polykristalline Film wurde in eine Elektrodenleitung von 0,5 μm Breite und 1 m Länge verarbeitet, wie in 1 gezeigt. Danach wurden sequentiell eine 5000 Å dicke PSG Schicht und eine 7500 Å dicke Plasma-SiN-Schicht auf der mit der Elektrodenleitung ausgebildeten Oberfläche aufgebracht, um dadurch Halbleitereinrichtungen herzustellen.For comparative purposes, an Al polycrystalline film was also prepared by a sputtering method. The grains of this film were oriented <111> and 7% of the grains had an angle> 80 ° formed between the normal conduction direction of the closely packed plane and the bottom surface of the line, ie the normal conduction direction of the silicon substrate surface. This Al polycrystalline film was processed into an electrode lead of 0.5 μm width and 1 m length, as in 1 shown. Thereafter, a 5000 Å thick PSG layer and a 7500 Å thick plasma SiN layer were sequentially deposited on the surface formed with the electrode line to thereby manufacture semiconductor devices.

Die so erstellten Halbleitereinrichtungen wurden einem Hochtemperaturtest bei 150°C über 3000 Stunden ausgesetzt, wobei die Ergebnisse davon in 18 gezeigt sind. In 18 zeigt die Kurve J die Charakteristik der vorliegenden Ausführungsform an, bei der kein Leitungsausfall aufgezeigt wurde, sogar nach dem Ablauf von 3000 Stunden, wohingegen in der Kurve j die Charakteristik des Vergleichsbeispiels gezeigt ist, wobei der prozentuale Fehleranteil 70% betrug.The semiconductor devices thus produced were subjected to a high-temperature test at 150 ° C over 3000 Hours exposed, the results of which in 18 are shown. In 18 the curve J indicates the characteristic of the present embodiment in which no line failure was exhibited even after the elapse of 3000 hours, whereas in the curve j, the characteristic of the comparative example is shown, the percentage error percentage being 70%.

Das Wachstum von Fehlstellen wurde beobachtet, nachdem die Halbleitereinrichtungen nach dem obigen Test überholt wurden, wobei die Ergebnisse davon schematisch in den 19(a) und (b) gezeigt sind. Wie in 19(a) gezeigt, wurde für den Fall der vorliegenden Ausführungsform, bei der die polykristalline Leitung epitaktisch in der <100> Orientierung aufwachsen gelassen wurde, das Wachstum von Fehlstellen erfasst, aber kein Leitungsausfall wurde beobachtet. Andererseits wies das Vergleichsbeispiel Fehlstellen auf, die entlang der eng gepackten Ebene im wesentlichen vertikal zu der Leitungsbodenfläche wachsen, und die Leitung fiel durch die schlitzartigen Fehlstellen aus.The growth of voids was observed after the semiconductor devices were overhauled after the above test, the results of which are schematically shown in FIGS 19 (a) and (B) are shown. As in 19 (a) For example, in the case of the present embodiment in which the polycrystalline line was epitaxially grown in the <100> orientation, the growth of voids was detected, but no line failure was observed. On the other hand, the comparative example had voids growing along the closely packed plane substantially vertical to the conduction bottom surface, and the conduction failed through the slit-like defects.

BEISPIEL 16 NÜTZLICH ZUM VERSTÄNDNIS DER ERFINDUNGEXAMPLE 16 USEFUL TO UNDERSTANDING THE INVENTION

Eine 200 Å dicke Zn-Schicht, eine 500 Å Zn-Schicht und ein 4000 Å Al-Film wurden sequentiell durch ein Magnetron-Aufstäubungsverfahren auf der Oberfläche eines Siliziumsubstrats mit aktiven Bereichen gebildet und eine 8000 Å dicke thermisch oxidierte Schicht wurde darauf gebildet und dann bei 450°C für 15 Minuten gesintert. Während die Siliziumsubstrattemperatur zu der Zeit, zu der der Zr-Film aufwachsen gelassen wurde, auf Raumtemperatur eingestellt war, 100°C, 200°C, 300°C und 500°C, wurden andere Prozesse bei Raumtemperatur ausgeführt.A 200 Å thick Zn layer, a 500 Å Zn layer and a 4000 Å Al film were sequentially applied to the surface of a magnetron sputtering process Silicon substrate formed with active areas and a 8000 Å thick thermally oxidized layer was formed thereon and then at 450 ° C for 15 minutes sintered. While the silicon substrate temperature at the time the Zr film grows was left to stand at room temperature, 100 ° C, 200 ° C, 300 ° C and 500 ° C were other processes performed at room temperature.

Die obigen laminierten Filme wurden in eine Elektronleitung von 0,5 μm Breite und 1 m Länge verarbeitet, wie in 1 gezeigt. Als die Elektrodenleitung einer Röntgenstrahl-Beugungsmessung unter dieser Bedingung ausgesetzt wurde, war Al (111) orientiert, was die eng gepackte Ebene der fcc Struktur s; und Zr war (002) orientiert, was die eng gepackte Ebene der hcp Struktur ist. Die Orientierungsverteilung von Al und Zr wurde durch Fixieren von 2θ und Ansteuern von nur θ (θ-Scanvorgang) durch die Röntgenstrahl-Brechung gemessen, um dadurch den Winkel zu messen, der zwischen der normalen Leitungsrichtung der eng gepackten Ebene von Al und Zr und derjenigen der Leitungsbodenfläche gebildet wird. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 4 gezeigt.The above laminated films were processed into an electron line of 0.5 μm width and 1 m length as in 1 shown. When the electrode line was subjected to X-ray diffraction measurement under this condition, Al (111) was oriented, reflecting the closely packed plane of the fcc structure s; and Zr was (002) oriented, which is the close packed plane of the hcp structure. The orientation distribution of Al and Zr was measured by fixing 2θ and driving only θ (θ scanning) by the X-ray diffraction to thereby measure the angle between the normal line direction of the closely packed plane of Al and Zr and that the line bottom surface is formed. The results are shown in Table 4.

TABELLE 4

Figure 00220001
TABLE 4
Figure 00220001

Wie sich der Tabelle 4 entnehmen lässt, wenn sich die Substrattemperatur zu der Zeit, zu der der Zr-Film gebildet wurde, verändert, dann tut dies auch die Kristallorientierungsverteilung von Zr und Al.As Table 4 shows, when the substrate temperature at the time to which the Zr film was formed, changed, then this also does the crystal orientation distribution of Zr and Al.

Danach wurden sequentiell eine 5000 Å dicke PSG-Schicht und eine 7500 Å dicke Plasma SiN-Schicht sequentiell auf der mit der Elektrodenleitung ausgebildeten Oberfläche aufgebracht, um Halbleitereinrichtungen dadurch zu bilden.After that became 5000Å thick sequentially PSG layer and a 7500 Å thick Plasma SiN layer sequential applied on the surface formed with the electrode line, to thereby form semiconductor devices.

Diese Halbleitereinrichtungen wurden einem Hochtemperaturtest bei 150°C über 4000 Stunden ausgesetzt, wobei die Ergebnisse davon so sind, wie in 20 gezeigt. In 20 werden die Kurven K1, K2, K3, K4 und K5 in Übereinstimmung mit der Raumtemperatur, 100°C, 200°C, 300°C und 500°C angezeigt. In dieser laminierten Leitungsstruktur wurde überhaupt kein Leitungsausfall für den Fall erfasst, dass der Winkel, der zwischen der normalen Leitungsrichtung Zr eng gepackten Ebene und derjenigen der Leitungsbodenrichtung gebildet wird, 10° oder weniger ist.These semiconductor devices were subjected to a high-temperature test at 150 ° C. for 4000 hours, the results of which are as in 20 shown. In 20 Curves K 1 , K 2 , K 3 , K 4 and K 5 are displayed in accordance with the room temperature, 100 ° C, 200 ° C, 300 ° C and 500 ° C. In this laminated wiring structure, no line failure was detected at all in the case where the angle formed between the normal line direction Zr closely packed plane and that of the line bottom direction is 10 ° or less.

BEISPIEL 17 NÜTZLICH ZUM VERSTÄNDNIS DER ERFINDUNGEXAMPLE 17 USEFUL TO UNDERSTANDING THE INVENTION

Eine 200 Å dicke B-Schicht, eine 500 Å Zr- oder Ti-Schicht, ein 4000 Å dicker Al-Film wurden sequentiell durch ein Aufstäubungsverfahren auf der Oberfläche eines Siliziumsubstrats mit aktiven Bereichen gebildet und eine 8000 Å dicke thermisch oxidierte Schicht wurde darauf gebildet und dann bei 450°C über 15 Minuten gesintert. Während die Siliziumsubstrattemperatur zu der Zeit, zu der das W und Zr oder die Ti-Filme aufwachsen gelassen wurden, auf Raumtemperatur, 100°C, 200°C und 300°C eingestellt war, wurden andere Prozesse bei Raumtemperatur ausgeführt.A 200 Å thick B-layer, a 500 Å Zr or Ti layer, a 4000 Å thicker Al film were sequentially processed by a sputtering method on the surface of a Silicon substrate formed with active areas and a 8000 Å thick thermally oxidized layer was formed thereon and then at 450 ° C for 15 minutes sintered. While the silicon substrate temperature at the time the W and Zr or the Ti films were grown to room temperature, 100 ° C, 200 ° C and 300 ° C set was, other processes were carried out at room temperature.

Die oben laminieren Filme wurden in eine Elektrodenleitung von 0,5 μm Breite und 1 m Länge verarbeitet, wie in 1 gezeigt. Wenn die Elektrodenleitung einer Röntgenstrahl-Brechungsmessung unter dieser Bedingung ausgesetzt wurde, war Al (111) orientiert, was die eng gepackte Ebene der fcc-Struktur ist; und Zr oder Ti war (001) orientiert, was die eng gepackte Ebene der hcp Struktur ist. Die Orientierungsverteilung von Al, Zr und Ti wurde durch Fixieren von 2θ und Ansteuern nur von θ (θ-Scanvorgang) durch eine Röntgenstrahl-Beugungsmessung gemessen, um dadurch den Winkel zu messen, der zwischen der normalen Leitungsrichtung der eng gepackten Ebene von Al, Zr und Ti und derjenigen der Leitungsbodenfläche gebildet wird. Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 gezeigt. Die Werte, die links in der Tabelle angezeigt sind, sind für die Al/Zr/W/SiO2/Si-Struktur, während diejenigen auf der rechten Seite für die Al/Ti/W/SiO2/Si-Struktur sind.The above laminating films were processed into an electrode lead of 0.5 μm width and 1 m length, as in 1 shown. When the electrode line was subjected to X-ray diffraction measurement under this condition, Al (111) was oriented, which is the close-packed plane of the fcc structure; and Zr or Ti was oriented (001), which is the closely packed plane of the hcp structure. The orientation distribution of Al, Zr and Ti was measured by fixing 2θ and driving only θ (θ scanning) by an X-ray diffraction measurement to thereby measure the angle that exists between the normal line direction of the closely packed plane of Al, Zr and Ti and that of the line bottom surface is formed. The results are shown in Table 5. The values shown on the left in the table are for the Al / Zr / W / SiO 2 / Si structure, while those on the right are for the Al / Ti / W / SiO 2 / Si structure.

TABELLE 5

Figure 00230001
TABLE 5
Figure 00230001

Danach wurden sequentiell eine 5000 Å dicke PSG-Schicht und eine 7500 Å dicke Plasma-SiN-Schicht sequentiell auf der mit der Elektrodenleitung ausgebildeten Oberfläche ausgebracht, um dadurch Halbleitereinrichtungen herzustellen.After that became 5000Å thick sequentially PSG layer and a 7500 Å thick Plasma SiN layer applied sequentially on the surface formed with the electrode line, thereby to manufacture semiconductor devices.

Diese Halbleitereinrichtungen wurden einem Hochtemperaturtest bei 150°C über 4000 Stunden ausgesetzt, wobei die Ergebnisse davon ebenfalls in Tabelle 5 gezeigt sind. Bei dieser laminierten Leitungsstruktur wurde kein Leitungsausfall überhaupt für den Fall erfasst, dass der Winkel, der zwischen der normalen Leitungsrichtung der eng gepackten Ebene von Zr oder Ti, die die untere Schicht bilden, und derjenigen der Leitungsbodenrichtung gebildet wird, 10° oder weniger ist.These Semiconductor devices were subjected to a high temperature test at 150 ° C over 4000 Hours exposed, the results of which are also in Table 5 are shown. In this laminated line structure, no Line failure at all for the Case detects that the angle between the normal line direction the closely packed plane of Zr or Ti, which form the lower layer, and that of the line bottom direction is formed, 10 ° or less is.

BEISPIEL 18 NÜTZLICH ZUM VERSTÄNDNIS DER ERFINDUNGEXAMPLE 18 USEFUL TO UNDERSTANDING THE INVENTION

Eine 200 Å dicke D-Schicht, eine 500 Å AlN-Schicht und ein 4000 Å Al-Film wurden sequentiell durch ein Aufstäubungsverfahren auf der Oberfläche eines Siliziumsubstrats mit aktiven Bereichen gebildet und eine 8000 Å dicke thermisch oxidierte Schicht wurde darauf gebildet.A 200 Å thick D layer, a 500 Å AlN layer and a 4000 Å Al film were sequentially passed through a sputtering process on the surface of a Silicon substrate formed with active areas and a 8000 Å thick thermally oxidized layer was formed thereon.

Die obigen laminierten Filme wurden in eine Elektrodenleitung von 0,5 μm Breite 1,5 μm Länge verarbeitet, wie in 1 gezeigt. Als die Elektrodenleitung einer Röntgenstrahl-Brechungsmessung unter dieser Bedingung unterzogen wurde, war Al (111) orientiert, was die eng gepackte Ebene der fcc-Stuktur; und Al-N war (0001) orientiert, was die eng gepackte Ebene der hcp Stuktur ist. Die Orientierungsverteilung von Al und AlN wurde durch Fixieren von zwei θ und Ansteuern von nur θ (θ-Scanvorgang) durch eine Röntgenstrahl-Brechung gemessen, um dadurch den Winkel zu messen, der zwischen der normalen Leitungsrichtung der eng gepackten Ebene Al und AlN und derjenigen der Leitungsbodenfläche gebildet wird.The above laminated films were processed into an electrode lead of 0.5 μm width 1.5 μm in length as in 1 shown. When the electrode line was subjected to X-ray diffraction measurement under this condition, Al (111) was oriented, which is the close-packed plane of the fcc structure; and Al-N was (0001) oriented, which is the close packed level of the hcp structure. The orientation distribution of Al and AlN was measured by fixing two θ and driving only θ (θ scanning) by X-ray diffraction to thereby measure the angle between the normal line direction of the closely packed plane Al and AlN and that the line bottom surface is formed.

Die Ergebnisse sind, dass AlN 4° war und dass Al ebenfalls 4° war.The Results are that AlN was 4 ° and that Al was also 4 °.

Danach wurde eine 5000 Angström dicke PSG Schicht und eine 7500 Angström dicke Plasma-SiN Schicht sequentiell auf der mit der Elektrodenleitung ausgebildeten Oberfläche aufgebracht, um Halbleitereinrichtungen zu bilden.Thereafter, a 5000 angstrom thick PSG layer and a 7500 Angstrom thick plasma SiN Layer applied sequentially on the surface formed with the electrode line to form semiconductor devices.

Als diese Halbleitereinrichtungen einem Hochtemperaturtest bei 150°C über 4000 Stunden ausgesetzt wurde, zeigte die Al Leitung auf der AlN Schicht einige Fehlstellen, aber nicht ein einziger Leitungsausfall wurde beobachtet.When These semiconductor devices undergo a high temperature test at 150 ° C over 4000 Hours exposed, showed the Al line on the AlN layer some flaws, but not a single line failure was observed.

Für Vergleichszwecke wurden eine 2000 Å dicke MoSi2 und eine 4000 Å Al-Schicht auf der thermisch oxidierten Schicht durch ein Aufstäubungsverfahren gebildet. Als Folge einer Röntgenstrahlbrechung war MoSi2 nicht orientier und Al war (111) orientiert. Die Winkel, die zwischen der normalen Leitungsrichtung der Al-Schicht (111) (die eng gepackte Ebene) und derjenigen der Leitungsbodenfläche gebildet werden, waren in dem Bereich von 20° oder mehr verteilt. Diese Al-Schicht wurde in eine Elektrodenleitung von 0,5 μm Breite und 1 m Länge verarbeitet, wie in 1 gezeigt.For comparison purposes, a 2000 Å thick MoSi 2 and a 4000 Å Al layer were formed on the thermally oxidized layer by a sputtering method. As a result of X-ray diffraction MoSi 2 was not oriented and Al was oriented (111). The angles formed between the normal conduction direction of the Al layer (111) (the closely packed plane) and that of the line bottom surface were distributed in the range of 20 ° or more. This Al layer was processed into an electrode lead of 0.5 μm width and 1 m length, as in 1 shown.

Danach wurden sequentiell eine 5000 Å dicke PSG-Schicht und eine 7500 Å dicke Plasma SiN-Schicht sequentiell auf der mit der Elektrodenleitung ausgebildeten Oberfläche gebildet, wodurch Halbleitereinrichtungen hergestellt wurden.After that became 5000Å thick sequentially PSG layer and a 7500 Å thick Plasma SiN layer sequential formed on the surface formed with the electrode line, whereby semiconductor devices were produced.

Als diese Halbleitereinrichtungen einem Hochtemperatur-Test bei 150°C über 4000 Stunden ausgesetzt wurden, zeigte die Al-Leitung auf der MoSi2-Schicht eine Anzahl von Fehlstellen und einen Leitungsausfall auf und der prozentuale Anteile von Fehlstellen nach dem Ablauf von 4000 Stunden betrug 85%.When these semiconductor devices were subjected to a high temperature test at 150 ° C for 4000 hours, the Al line on the MoSi 2 layer exhibited a number of voids and line failure, and the percentage of voids after the lapse of 4000 hours was 85 %.

BEISPIEL 19 NÜTZLICH ZUM VERSTÄNDNIS DER ERFINDUNGEXAMPLE 19 USEFUL TO UNDERSTANDING THE INVENTION

Eine 200 Å dicke Ti-Schicht, eine 500 Å dicke TiN-Schicht, ein 4000 Å dicker Al-Film wurden sequentiell durch ein Magnetron-Aufstäubungsverfahren auf der Oberfläche eines Siliziumsubstrats mit aktiven Bereichen gebildet und eine 8000 Å dicke thermisch oxidierte Schicht wurde darauf gebildet.A 200 Å thick Ti layer, a 500 Å thick TiN layer, a 4000 Å thicker Al film were sequentially processed by a magnetron sputtering method on the surface a silicon substrate formed with active areas and a 8000 Å thick thermally oxidized layer was formed thereon.

Die oben laminierten Filme wurden in eine Elektrodenleitung in 0,5 μm Breite und 1 m Länge verarbeitet, wie in 1 gezeigt. Als die Elektrodenleitung einer Röntgenstrahl-Brechungsmessung unter dieser Bedingung ausgesetzt wurde, war Al (111) orientiert, was die eng gepackte Ebene der fcc-Struktur ist; und Ti war (002) orientiert, was die eng gepackte Ebene der hcp Struktur ist. Die Orientierungsverteilung Al und Ti wurde durch Fixieren von 2θ und durch nur Ansteuern von θ (θ-Scanvorgang) durch eine Röntgenstrahl-Brechungsmessung gemessen, um dadurch den Winkel zu messen, der zwischen der normalen Leitungsrichtung der eng gepackten Ebene und Al und Ti und derjenigen der Leitungsbodenfläche gebildet wird.The above laminated films were processed into an electrode lead of 0.5 μm width and 1 m length, as in 1 shown. When the electrode line was subjected to X-ray diffraction measurement under this condition, Al (111) was oriented, which is the close-packed plane of the fcc structure; and Ti was oriented (002), which is the close packed plane of the hcp structure. The orientation distribution Al and Ti were measured by fixing 2θ and only driving θ (θ scanning) by an X-ray diffraction measurement to thereby measure the angle between the normal line direction of the closely packed plane and Al and Ti and that the line bottom surface is formed.

Die Ergebnisse sind, dass Ti 5° war und dass Al ebenfalls 6° war.The Results are that Ti was 5 ° and that Al was also 6 °.

Danach wurden sequentiell eine 5000 Å dicke PSG-Schicht und eine 7500 Å dicke Plasma-SiN-Schicht auf der mit der Elektrodenleitung ausgebildeten Oberfläche aufgebracht, die dann einem Hochtemperaturtest bei 150°C über 4000 Stunden ausgesetzt wurde. Als Folge davon zeigte die Al-Leitung auf der Ti-Schicht überhaupt keine Fehlstellen auf.After that became 5000Å thick sequentially PSG layer and a 7500 Å thick Plasma SiN layer applied on the surface formed with the electrode line, then subjected to a high temperature test at 150 ° C for over 4000 hours has been. As a result, the Al line on the Ti layer actually showed no defects on.

Für Vergleichszwecke wurde eine 2000 Å dicke MoSi2-Schicht und eine 4000 Å dicke Al-Schicht auf der thermisch oxidierten Schicht durch ein Aufstäubungsverfahren gebildet. Als Folge der Röntgenstrahl-Beugung war MoSi2 nicht orientiert und Al war (111) orientiert. Die Winkel, die zwischen der normalen Leitungsrichtung der Al-Schicht (111) (der eng gepackten Ebene) und derjenigen der Leitungsbodenfläche gebildet werden, waren in dem Bereich von 20° oder mehr verteilt. Diese Al-Schicht wurde in eine Elektrodenleitung von 0,5 μm Breite und 1 m Länge verarbeitet, wie in 1 gezeigt. Danach wurden eine 5000 Å dicke PSG-Schicht und eine 7500 Å dicke Plasma-SiN-Schicht sequentiell auf der mit der Elektrodenleitung ausgebildeten Oberfläche aufgebracht, die dann einem Hochtemperaturtest bei 150°C über 4000 Stunden ausgesetzt wurde. Als Folge davon zeigte die Al-Leitung auf der MoSi2-Schicht eine Anzahl von Fehlstellen und einen Leitungsausfall auf und der prozentuale Anteil von Fehlstellen nach dem Ablauf von 4000 Stunden betrug 85%.For comparison purposes, a 2000 Å thick MoSi 2 layer and a 4000 Å thick Al layer were formed on the thermally oxidized layer by a sputtering method. As a result of X-ray diffraction, MoSi 2 was not oriented and Al was oriented (111). The angles formed between the normal line direction of the Al layer (111) (the closely packed plane) and that of the line bottom surface were distributed in the range of 20 ° or more. This Al layer was processed into an electrode lead of 0.5 μm width and 1 m length, as in 1 shown. Thereafter, a 5000Å thick PSG layer and a 7500Å thick plasma SiN layer were sequentially deposited on the surface formed with the electrode line, which was then subjected to a high temperature test at 150 ° C for 4000 hours. As a result, the Al line on the MoSi 2 layer showed a number of voids and line failure, and the percentage of voids after the lapse of 4,000 hours was 85%.

Wie aus den BEISPIELEN 16 und 19 ersichtlich, wenn eine Schicht mit Uhrorientierung auf der Bodenseite der Elektrodenleitung zwischen liegend angeordnet ist, so dass der Winkel, der zwischen der normalen Leitungsrichtung der Leitungsbodenfläche und derjenigen der eng gepackten Ebene eines Materials, das die Elektrodenleitung bildet, gebildet ist, innerhalb eines vorgegebenen Bereichs sein kann, dann kann die Kristallorientierung der Al-Phase, die die Elektrodenleitung bildet, verbessert werden, wodurch insgesamt der Leitungsausfall verhindert wird.As from EXAMPLES 16 and 19, when a layer having Clock orientation on the bottom side of the electrode line between is arranged horizontally, so that the angle between the normal Direction of the line bottom surface and those of the narrow packed plane of a material that forms the electrode line, is formed, can be within a predetermined range, then can be the crystal orientation of the Al phase, which is the electrode line forms, be improved, reducing the total line failure is prevented.

BEISPIEL 20 NÜTZLICH ZUM VERSTÄNDNIS DER ERFINDUNGEXAMPLE 20 USEFUL TO UNDERSTANDING THE INVENTION

Eine 2000 Å dicke Cu-Schicht 19 wurde als eine erste Metallschicht durch ein Magnetron-Aufstäubungsverfahren auf der Oberfläche eines (100) Siliziumsubstrats 1 mit aktiven Bereichen gebildet und eine 8000 Å dicke thermisch oxidierte Schicht 1a wurde darauf gebildet (21(a)). Die Magnetron-Aufstäubungsbedingungen waren: ein Leistungsausgang von 500 W, ein Druck von 4 × 10–3 Torr und eine Ablagerungszeit von 15 Sekunden.A 2000 Å thick Cu layer 19 was prepared as a first metal layer by a magnetron sputtering method on the surface of a (100) silicon substrate 1 formed with active areas and a 8000 Å thick thermally oxidized layer 1a was formed on it ( 21 (a) ). The magnetron sputtering conditions were: a power output of 500 W, a pressure of 4 × 10 -3 Torr and a deposition time of 15 seconds.

Der so aufgebrachte Cu-Film 19 wurde einer Röntgenstrahl-Beugungsmessung unterzogen, um dessen Kristallorientierung zu identifizieren. Infolgedessen war der Cu-Film 19 so orientiert, dass die <111> Ebene vertikal zu dem Siliziumsubstrat 1 war und dessen volle Breite beim Maximum der (111) gebeugten Welle, gemessen durch ein θ-Scanverfahren, betrug 8–10°.The thus applied Cu film 19 was subjected to X-ray diffraction measurement to identify its crystal orientation. As a result, the Cu film was 19 oriented so that the <111> plane is vertical to the silicon substrate 1 and its full width at the maximum of the (111) diffracted wave measured by a θ scan method was 8-10 °.

Dann wurde eine 0,5 μm breite und 0,1 μm tiefe Ausnehmung (Nut) 20 in einem Abstand von 0,1 μm auf der ersten Metallschicht (Cu-Film) 19 durch einen reaktiven Ätzprozess gebildet, um dadurch die Oberfläche unregelmäßig zu machen (21(b)).Then a 0.5 μm wide and 0.1 μm deep recess (groove) 20 at a distance of 0.1 μm on the first metal layer (Cu film) 19 formed by a reactive etching process to thereby make the surface irregular ( 21 (b) ).

Ein 3000 Å Al-Film 10 wurde als eine zweite Metallschicht auf der unregelmäßigen Oberfläche des Cu-Films durch ein DC-Magnetron-Sputterverfahren (21(c)) aufgebracht. Die Ablagerungsbedingungen in diesem Fall waren ähnlich zu denjenigen beim Bilden der ersten Metallschicht, mit Ausnahme davon, dass die Ablagerungszeit 22,5 Sekunden betrug. In 21 bezeichnet ein Bezugszeichen 21 ein Kontaktloch-Füllmaterial.A 3000 Å Al film 10 was as a second metal layer on the irregular surface of the Cu film by a DC magnetron sputtering method ( 21 (c) ) applied. The deposition conditions in this case were similar to those in forming the first metal layer, except that the deposition time was 22.5 seconds. In 21 denotes a reference numeral 21 a contact hole filling material.

Dann wurde der gebildete Al-Film einer thermischen Behandlung durch ein schnelles thermisches Temperungsverfahren bei 500°C für 30 Sekunden ausgesetzt. Wenn die Kristallorientierung des Al-Films durch eine Röntgenstrahl-Beugungsmessung (θ-Scanvorgang) gemessen wurde, dann war die volle Breite beim Maximum der (111) Brechungslinie ungefähr 1,6°, was eine zufrieden stellende Orientierung war.Then The formed Al film was subjected to a thermal treatment by rapid thermal annealing process at 500 ° C for 30 seconds exposed. If the crystal orientation of the Al film by a X-ray diffraction measurement (Θ-scanning) measured, then the full width was at the maximum of the (111) Refraction line approximately 1,6 °, what was a satisfactory orientation.

Der laminierte Film wurde in eine Elektrodenleitung von 0,5 μm Breite und 1 m Länge verarbeitet und eine 5000 Å dicke PSG-Schicht und eine 7500 Å dicke Plasma-SiN-Schicht wurden sequentiell auf der Leitungsoberfläche aufgebracht, die dann einem Spannungs-induzierten Ausfalltest ausgesetzt wurde. Die Ergebnisse davon sind mit der Kurve L in 22 gezeigt. In der Kurve bezeichnet die Kurve 1 die Ergebnisse eines ähnlichen Ausfalltests mit hervorgerufenen Spannungen, ausgeführt auf einer Elektrodenleitung zum Vergleich, die identisch war, mit Ausnahme davon, dass die Oberfläche der ersten Metallschicht nicht unregelmäßig gemacht wurde.The laminated film was processed into an electrode lead of 0.5 μm width and 1 m length, and a 5000 Å thick PSG layer and a 7500 Å thick plasma SiN layer were sequentially deposited on the lead surface, which were then subjected to a voltage-induced breakdown test was suspended. The results of this are shown with the curve L in 22 shown. In the curve, the curve indicates 1 the results of a similar stress-induced failure test carried out on an electrode line for comparison which was identical, except that the surface of the first metal layer was not made irregular.

Als die 0,5 μm breite Elektrodenleitung einem Elektromigrationstest mit einer Stromdichte von 5 × 106 Å/cm2 bei 200°C ausgesetzt wurde, wurde deren Widerstand erhöht. Diese Erhöhung im Widerstand trug zu einer Verbesserung der Lebensdauer von ungefähr einem Faktor 10 mal so lang wie die herkömmliche Al-Si-Cu-Elektrodenleitung bei.When the 0.5 μm-wide electrode line was subjected to an electromigration test with a current density of 5 × 10 6 Å / cm 2 at 200 ° C, its resistance was increased. This increase in resistance contributed to an improvement in life of about a factor of 10 times as long as the conventional Al-Si-Cu electrode line.

Bei der obigen Anordnung kann die Ausnehmung oder die Unregelmäßigkeiten, die auf der Oberfläche der ersten Metallschicht gebildet werden, derartige Formen wie rechteckförmig, dreieckförmig oder trapezförmig im Querschnitt annehmen. Ihre Breite kann ungefähr 0,5–1,0 μm sein, ihre Tiefe ungefähr 500–1000 Å und ihr Abstand ungefähr 1,0–1,5 μm.at the above arrangement, the recess or the irregularities, the on the surface of the first metal layer are formed, such shapes as rectangular, triangular or trapezoidal assume in cross section. Its width may be about 0.5-1.0 μm, its depth about 500-1000 Å and you Distance about 1.0-1.5 μm.

Ferner umfassen in den obigen Darstellungen bevorzugte Metalle zum Bilden der zweiten Metallschicht Al, Ag, Au und Cu und im allgemeinen eines, welches von dem gleichen Kristallsystem wie das Metall der ersten Metallschicht ist und einen niedrigeren Schmelzpunkt als dieses aufweist.Further include in the above representations preferred metals for forming the second metal layer Al, Ag, Au and Cu and generally one, which of the same crystal system as the metal of the first Metal layer is and has a lower melting point than this having.

BEISPIEL 21 NÜTZLICH ZUM VERSTÄNDNIS DER ERFINDUNGEXAMPLE 21 USEFUL TO UNDERSTANDING THE INVENTION

Eine 1000 Å dicke TiN-Schicht (spezifischer Widerstand: 200 μΩ·cm) wurde als eine erste Metallschicht durch ein DC-Magnetron-Aufstäubungsverfahren auf der Oberfläche eines (100) Siliziumsubstrats mit aktiven Bereichen gebildet und eine 8000 Å dicke thermisch oxidierte Schicht wurde darauf gebildet. Die DC-Magnetron-Aufstäubungsbedingungen waren: ein Leistungsausgang von 500 W, ein Druck von 10 × 10–3 Torr und eine Ablagerungszeit von 20 Sekunden.A 1000 Å thick TiN (resistivity: 200 μΩ · cm) layer was formed as a first metal layer by a DC magnetron sputtering method on the surface of a (100) silicon active region substrate, and an 8000 Å thick thermally oxidized layer was deposited thereon educated. The DC magnetron sputtering conditions were: a power output of 500 W, a pressure of 10 × 10 -3 Torr and a deposition time of 20 seconds.

Der so aufgebrachte TiN-Film wurde einer Röntgenstrahl-Beugungsmessung, um seine Kristallorientierung zu identifizieren. Infolgedessen war der TiN-Film so orientiert, dass die <111> Ebene vertikal zu dem Siliziumsubstrat 1 war und dessen volle Breite beim Maximum der (111) gebeugten Welle, gemessen durch ein Scanverfahren, 8–10° war.The thus deposited TiN film was subjected to X-ray diffraction measurement to identify its crystal orientation. As a result, the TiN film was oriented such that the <111> plane was vertical to the silicon substrate 1 and whose full width at the maximum of the (111) diffracted wave measured by a scanning method was 8-10 °.

Dann wurde eine 0,5 μm breite und 0,1 μm tiefe Nut (Ausnehmung) 20 in einem Abstand von 1 μm auf der ersten Metallschicht (TiN-Film) durch einen reaktiven Ätzprozess gebildet, um dadurch die Oberfläche unregelmäßig zu machen.Then a 0.5 μm wide and 0.1 μm deep groove (recess) 20 formed at a pitch of 1 μm on the first metal layer (TiN film) by a reactive etching process, thereby making the surface irregular.

Ein 3000 Å dicker Al-Film wurde als eine zweite Metallschicht auf der unregelmäßigen Oberfläche des TiN-Films durch ein DC-Magnetron-Sputterverfahren aufgebracht. Die Aufbringungsbedingungen in diesem Fall waren ähnlich zu denjenigen beim Bilden er ersten Metallschicht, mit Ausnahme davon, dass die Aufbringungszeit 30 Sekunden betrug.One 3000 Å thicker Al film was used as a second metal layer on the irregular surface of the TiN film applied by a DC magnetron sputtering method. The application conditions in this case were similar to those when forming the first metal layer, except that the application time was 30 seconds.

Dann wurde der gebildete Al-Film einer thermischen Behandlung durch ein schnelles thermisches Temperungsverfahren bei 500°C für 60 Sekunden ausgesetzt. Wenn die Kristallorientierung des Al-Films durch eine Röntgenstrahl-Beugungsmessung (θ-Scanvorgang) gemessen wurde, war dann die volle Breite am Maximum der (111) Beugungslinie ungefähr 1,8°, was eine zufrieden stellende Orientierung war.Then The formed Al film was subjected to a thermal treatment by fast thermal annealing process at 500 ° C for 60 seconds exposed. If the crystal orientation of the Al film by a X-ray diffraction measurement (Θ-scanning) was measured, then the full width was at the maximum of the (111) diffraction line approximately 1,8 °, what was a satisfactory orientation.

Der laminierte Film wurde in eine Elektrodenleitung von 0,5 μm Breite und 1 m Länge verarbeitet und eine 5000 Å dicke PSG-Schicht und eine 7500 Å dicke Plasma-SiN-Schicht wurden sequentiell auf der Leitungsoberfläche aufgebracht, die dann einem Ausfalltest mit hervorgerufenen Spannungen ausgesetzt wurde. In der Figur bezeichnet die Kurve n die Ergebnisse eines ähnlichen mit Spannungen hervorgerufenen Ausfalltests, der für eine Elektrodenleitung zum Vergleich ausgeführt wurde, die identisch war, mit Ausnahme davon, dass die Oberfläche der ersten Metallschicht nicht unregelmäßig gemacht wurde.Of the laminated film was in an electrode lead of 0.5 μm width and 1 m in length processed and a 5000 Å thick PSG layer and a 7500 Å thick Plasma SiN layer were sequentially applied on the line surface, then exposed to a failure test with induced voltages has been. In the figure, the curve n denotes the results of a similar one with voltage induced failure tests, for an electrode lead executed for comparison was identical, except that the surface of the first metal layer was not made irregular.

Als die 0,5 μm breite Elektrodenleitung einem Elektromigrationstest mit einer Stromdichte von 0,5 × 106 A/cm2 bei 150°C ausgesetzt wurde, wurde dessen Widerstand erhöht. Diese Erhöhung im Widerstand trug zu der Verbesserung der Lebensdauer von ungefähr einem Faktor 10 Mal so lang wie die herkömmliche Al-Si-Cu-Elektrodenleitung bei.When the 0.5 μm-wide electrode line was subjected to an electromigration test with a current density of 0.5 × 10 6 A / cm 2 at 150 ° C, its resistance was increased. This increase in resistance contributed to the improvement in life of about a factor of 10 times as long as the conventional Al-Si-Cu electrode line.

In der obigen Anordnung kann die Nut (Ausnehmung) oder die Unregelmäßigkeiten, die auf der Oberfläche der ersten Metallschicht gebildet werden, derartige Formen wie rechteckförmig, dreieckförmig oder trapezförmig im Querschnitt annehmen. Ihre Breite kann ungefähr 0,5–1,0 μm sein, ihre Tiefe ungefähr 500–1000 Å und ihr Abstand ungefähr 1,0–1,5 μm.In the above arrangement, the groove (recess) or the irregularities, the on the surface the first metal layer are formed, such shapes as rectangular, triangular or trapezoidal assume in cross section. Its width may be about 0.5-1.0 μm, its depth about 500-1000 Å and you Distance about 1.0-1.5 μm.

Ferner umfassen in den obigen Darstellungen bevorzugte Metalle zum Bilden der zweiten Metallschicht (der leitenden Schicht) Al, Ag, Au und Cu und allgemein ein Metall, welches von dem gleichen Kristallsystem wie das Metall der ersten Metallschicht ist, deren spezifischer Widerstand 200 μΩ·em oder weniger ist, und das einen Schmelzpunkt niedriger als dieses Metall der ersten Metallschicht aufweist. Es ist wünschenswert, dass die zweite Metallschicht einer thermischen Behandlung bei einer Temperatur von 100–200°C niedriger als ihr Schmelzpunkt ausgesetzt wird, um sie mit einer zufrieden stellenden Orientierung zu versehen. Die zweite Metallschicht sollte thermisch behandelt werden für ungefähr 30 Sekunden bis 5 Minuten für den Fall einer Lampentemperung, und ungefähr 20 bis 40 Minuten für den Fall einer Temperung in einem Elektrobogenofen.Further include in the above representations preferred metals for forming the second metal layer (the conductive layer) Al, Ag, Au and Cu and generally a metal, which of the same crystal system like the metal of the first metal layer, its more specific Resistance 200 μΩ · em or less, and one melting point lower than this metal comprising the first metal layer. It is desirable that the second Metal layer of a thermal treatment at a temperature from 100-200 ° C lower as its melting point is exposed to it with a satisfied providing orientation. The second metal layer should be thermally treated for approximately 30 seconds to 5 minutes for the case of lamp annealing, and about 20 to 40 minutes in case an annealing in an electric arc furnace.

BEISPIEL 22 NÜTZLICH ZUM VERSTÄNDNIS DER ERFINDUNGEXAMPLE 22 USEFUL TO UNDERSTANDING THE INVENTION

Ein Siliziumsubstrat mit aktiven Bereichen und einer 5000 Å dicken amorphen Oxidschicht, die darauf gebildet war, wurde hergestellt, und dieses Siliziumsubstrat wurde auf einem Substrathalter 12a innerhalb eines Vakuumgefäßes 22 einer Dünnfilm-Bildungsvorrichtung platziert, deren Hauptabschnitt im Querschnitt in 24 gezeigt ist. Nachdem das Vakuumgefäß 22 auf 1 × 10–10 Torr evakuiert war, wurde die Oberfläche des Siliziumsubstrats auf 1000°C erwärmt und gereinigt.A silicon substrate having active regions and a 5,000 Å thick amorphous oxide layer formed thereon was prepared, and this silicon substrate was supported on a substrate holder 12a inside a vacuum vessel 22 placed in a thin film forming apparatus whose main portion is in cross section in FIG 24 is shown. After the vacuum vessel 22 was evacuated to 1 × 10 -10 Torr, the surface of the silicon substrate was heated to 1000 ° C and cleaned.

Danach wurde die Temperatur des Siliziumsubstrats auf 250°C eingestellt, einer Temperatur zum Bilden eines Dünnfilms. Während Al von einer Molekularstrahlepetaxie-(MBE)-Verdampfungsquelle 23 mit einem Erwärmer 23a verdampft wurde, wurde eine elektrische Entladungskammer 24 auf ungefähr 1 × 10–5 Torr evakuiert und eine Spannung wurde an eine elektrische Entladungselektrode 25 angelegt, um dadurch eine elektrische Entladung zu starten, um das verdampfte Al in einer monoatomischen (einatomigen) Form aufzulösen. Dann wurde das Al, das in einer monoatomischen Form aufgelöst war, auf das Siliziumsubstrat abgelagert, indem ein Verschluss 26 geöffnet wurde. Die elektrischen Entladungsbedingungen waren: eine Entladungsspaltspannung von 1 kV und ein Entladungsstrom von 400 mA.Thereafter, the temperature of the silicon substrate was set at 250 ° C, a temperature for forming a thin film. While Al is from a molecular beam petroleum (MBE) evaporation source 23 with a heater 23a was evaporated, became an electric discharge chamber 24 was evacuated to about 1 × 10 -5 Torr and a voltage was applied to an electric discharge electrode 25 to thereby start an electric discharge to dissolve the vaporized Al in a monoatomic (monatomic) form. Then, the Al dissolved in a monoatomic form was deposited on the silicon substrate by sealing 26 was opened. The electric discharge conditions were: a discharge gap voltage of 1 kV and a discharge current of 400 mA.

Der Al-Film, der so gebildet werden soll, wurde bei einer Wachstumsgeschwindigkeit von 10 μm/h mit einem Hochenergie-Reflexionselektronen-Beugungsmessgerät 17 aufgebracht, während dessen Kristallinität sofort beobachtet wurde. Der so gebildete Al-Film wurde einem Transmissionselektronenmikroskop ausgesetzt, wobei das Ergebnis davon ein zufrieden stellender Einzelkristall-Film mit keinen Fehlstellen war. Die Oberfläche des Al-Einzelkristall-Films war im Kontakt mit der amorphen Oxydschicht, die die eng gepackte Ebene bildet.The Al film to be formed was grown at a growth rate of 10 μm / h with a high-energy reflection type electron diffractometer 17 during which its crystallinity was immediately observed. The thus formed Al film was exposed to a transmission electron microscope, the result of which was a satisfactory single crystal film with no defects. The surface of the Al single-crystal film was in contact with the amorphous oxide layer forming the close-packed plane.

Der so gebildete Einzelkristall-Al-Film wurde in eine Elektrodenleitung von 0,5 μm Breite und 1 m Länge ausgebildet, wie in 1 gezeigt, und wurde so angeordnet, dass die eng gepackte Ebene parallel zu der longitudinalen Richtung der Leitung sein konnte. Danach wurden sequentiell eine 5000 Å dicke PSG-Schicht und eine 7500 Å Plasma-SiN-Schicht sequentiell auf der mit der Elektrodenleitung ausgebildeten Oberfläche gebildet, die dann einem Hochtemperaturtest bei 150°C ausgesetzt wurde. Die so gebildete Elektrodenleitung zeigte keinen Leitungsausfall, sogar nach dem Ablauf von 10000 Stunden.The thus-formed single-crystal Al film was formed into an electrode lead of 0.5 μm width and 1 m length as in 1 and was arranged so that the closely packed plane could be parallel to the longitudinal direction of the conduit. Thereafter, a 5000Å thick PSG layer and a 7500Å plasma SiN layer were formed sequentially on the surface formed with the electrode line, which was then subjected to a high temperature test at 150 ° C. The electrode line thus formed showed no line failure even after the lapse of 10,000 hours.

Für Vergleichszwecke, wenn ein herkömmliches MBE-Verfahren beim Aufwachsenlassen des Einzelkristall-Al und beim Bilden des Al-Films verwendet wurde, betrug die Wachstumsgeschwindigkeit 1 μm/h mit der Substrattemperatur eingestellt auf 400°C, was dadurch eine längere Zeit beim Herstellen von Halbleitereinrichtungen mit sich bringt.For comparison purposes, when a conventional MBE method was used in growing the single crystal Al and forming the Al film, the growth rate was 1 μm / h at the substrate temperature set at 400 ° C, thereby resulting in a longer time in the manufacture of semiconductor devices.

BEISPIEL 23 NÜTZLICH ZUM VERSTÄNDNIS DER ERFINDUNGEXAMPLE 23 USEFUL TO UNDERSTANDING THE INVENTION

Ein Siliziumsubstrat mit aktiven Bereichen und einer 5000 Å dicken amorphen Oxidschicht, die darauf gebildet war, wurde hergestellt, und dieses Siliziumsubstrat wurde auf einem Substrathalter 12a innerhalb eines Vakuumgefäßes 22 einer Dünnfilm-Bildungsvorrichtung platziert, deren Hauptabschnitt im Querschnitt in 24 gezeigt ist. Nachdem das Vakuumgefäß 22 auf 1 × 10–10 Torr evakuiert war, wurde die Oberfläche des Siliziumsubstrats auf 1000°C erwärmt und gereinigt. Dann wurden Ozone eingeleitet, so dass der Druck innerhalb des Vakuumgefäßes 22 auf ungefähr 1 × 10–8 Torr erhöht wurde, und Wasserstoff, der auf der Oberfläche des Siliziumsubstrats adsorbiert war, wurde durch Sauerstoff ersetzt.A silicon substrate having active regions and a 5,000 Å thick amorphous oxide layer formed thereon was prepared, and this silicon substrate was supported on a substrate holder 12a inside a vacuum vessel 22 placed in a thin film forming apparatus whose main portion is in cross section in FIG 24 is shown. After the vacuum vessel 22 was evacuated to 1 × 10 -10 Torr, the surface of the silicon substrate was heated to 1000 ° C and cleaned. Then, ozone were introduced, allowing the pressure inside the vacuum vessel 22 was increased to about 1 × 10 -8 Torr, and hydrogen adsorbed on the surface of the silicon substrate was replaced by oxygen.

Danach wurde die Temperatur des Siliziumsubstrats auf 250°C eingestellt, eine Temperatur zum Bilden eines Dünnfilms. Während Al von einer MBE-Verdampfungsquelle 23 mit einem Erwärmer 23a verdampft wurde, wurde eine elektrische Entladungskammer 24 auf ungefähr 1 × 10–5 Torr evakuiert, und eine Spannung wurde an eine elektrische Entladungselektrode 25 angelegt, um dadurch eine elektrische Entladung zum Auflösen des verdampften Al in eine monoatomische Form zu beginnen. Dann wurde das Al, welches in eine monoatomische Form aufgelöst war, auf das Siliziumsubstrat durch Öffnen eines Verschlusses 26 aufgebracht. Die elektrische Entladungsbedingungen waren: eine Entladungsspaltspannung von 1 kV und ein Entladungsstrom von 400 mA.Thereafter, the temperature of the silicon substrate was set at 250 ° C, a temperature for forming a thin film. While Al from an MBE evaporation source 23 with a heater 23a was evaporated, became an electric discharge chamber 24 was evacuated to about 1 × 10 -5 Torr, and a voltage was applied to an electric discharge electrode 25 thereby to initiate an electric discharge for dissolving the vaporized Al into a monoatomic form. Then, the Al dissolved in a monoatomic form was applied to the silicon substrate by opening a shutter 26 applied. The electric discharge conditions were: a discharge gap voltage of 1 kV and a discharge current of 400 mA.

Der Al-Film, der so gebildet werden soll, wurde mit einem Hochenergie-Reflexionselektronen-Beugungsmessgerät 17 gebildet, während die Kristallinität für die ersten 10 Atomschichten sofort beobachtet wurde, und danach bei einer Wachstumsgeschwindigkeit von 1–10 μm/h. Der so gebildete Al-Film wurde einem Transmissionselektronenmikroskop ausgesetzt, wobei das Ergebnis davon anzeigt, dass es sich um einen zufrieden stellenden Einzelkristallfilm mit keinen Filmstellen handelt. Die Oberfläche des Al-Einzelkristallfilms war in Kontakt mit er amorphen Oxidschicht, die die eng gepackte Ebene bildet.The Al film to be formed was measured with a high energy reflection electron diffractometer 17 while the crystallinity was observed immediately for the first 10 atomic layers, and thereafter at a growth rate of 1-10 μm / h. The thus formed Al film was exposed to a transmission electron microscope, the result of which indicates that it is a satisfactory single crystal film having no film sites. The surface of the Al single crystal film was in contact with the amorphous oxide layer forming the close-packed plane.

Der so gebildete Einzelkristall-Al-Film wurde in eine Elektrodenleitung von 0,5 μm Breite und 1 m Länge, wie in 1 gezeigt, und wurde so angeordnet, dass die eng gepackte Ebene parallel zu der longitudinalen Richtung der Leitung sein konnte. Danach wurden sequentiell eine 5000 Å dicke PSG-Schicht und eine 7500 Å dicke Plasma-SiN-Schicht auf der mit der Elektrodenleitung ausgebildeten Oberfläche gebildet, die dann einem Hochtemperaturtest bei 150°C ausgesetzt wurde. Die so gebildete Elektrodenleitung zeigte keinen Leitungsausfall auf, sogar nach dem Ablauf von 10000 Stunden.The thus-formed single crystal Al film was inserted into an electrode lead of 0.5 μm width and 1 m length as in 1 and was arranged so that the closely packed plane could be parallel to the longitudinal direction of the conduit. Thereafter, a 5000Å thick PSG layer and a 7500Å thick plasma SiN layer were formed sequentially on the surface formed with the electrode line, which was then subjected to a high temperature test at 150 ° C. The electrode line thus formed showed no line failure even after the lapse of 10,000 hours.

Für Vergleichszwecke wurde ein herkömmliches MBE-Verfahren beim Aufwachsenlassen des Einzelkristall-Al und beim Bilden des Al-Films verwendet. Kein Einzelkristall-Al wurde aufwachsen gelassen.For comparison purposes became a conventional one MBE process for growing the single crystal Al and the Forming the Al film used. No single crystal Al grew up calmly.

BEISPIEL 24 NÜTZLICH ZUM VERSTÄNDNIS DER ERFINDUNGEXAMPLE 24 USEFUL TO UNDERSTANDING THE INVENTION

Ein Siliziumsubstrat mit aktiven Bereichen und einer 5000 Å dicken amorphen Oxidschicht, die darauf gebildet ist, wurde hergestellt, und dieses Siliziumsubstrat wurde auf einen Substrathalter 12a innerhalb eines Vakuumgefäßes 22 einer Dünnfilm-Bildungsvorrichtung gelegt, deren Hauptabschnitt im Querschnitt in 25 gezeigt ist. Nachdem das Vakuumgefäß 22 auf 1 × 10–10 Torr evakuiert war, wurde die Oberfläche des Siliziumsubstrats auf 1000°C erwärmt und gereinigt.A silicon substrate having active areas and a 5,000 Å thick amorphous oxide layer formed thereon was prepared, and this silicon substrate was placed on a substrate holder 12a inside a vacuum vessel 22 a thin film forming device laid, the main portion in cross section in 25 is shown. After the vacuum vessel 22 was evacuated to 1 × 10 -10 Torr, the surface of the silicon substrate was heated to 1000 ° C and cleaned.

Danach wurde die Temperatur des Siliziumsubstrats auf 250°C eingestellt, eine Temperatur zum Bilden eines Dünnfilms. Während Al von einer MBE-Verdampfungsquelle 23 mit einem Erwärmer 23a verdampft wurde, wurde eine elektrische Entladungskammer 24 auf ungefähr 1 × 10–5 Torr evakuiert und eine Spannung wurde an eine elektrische Entladungselektrode 25 angelegt, um dadurch eine elektrische Entladung zum Auflösen des verdampften Al in einer monoatomischen Form zu beginnen. Dann wurde durch Öffnen eines Verschlusses 26 bewirkt, dass der Al-Dampf, der in einer monoatomischen Form aufgelöst ist, durch einen Massenspektrographen 25 geht. Nur ein einzelnes Atom mit einer einzelnen Energie wurde getrennt; und das getrennte einzelne Atom wurde auf das Siliziumsubstrat aufgebracht. Die elektrischen Entladungsbedingungen waren: eine Entladungsspaltspannung von 1 kV und ein Entladungsstrom von 400 mA. In 25 bezeichnet ein Bezugszeichen 28 eine Energieversorgung für die Beschleunigungselektrode und 29 eine Energieversorgung für die Abbremsungselektrode.Thereafter, the temperature of the silicon substrate was set at 250 ° C, a temperature for forming a thin film. While Al from an MBE evaporation source 23 with a heater 23a was evaporated, became an electric discharge chamber 24 was evacuated to about 1 × 10 -5 Torr and a voltage was applied to an electric discharge electrode 25 thereby to initiate an electric discharge for dissolving the vaporized Al in a monoatomic form. Then it was opened by opening a lock 26 causes the Al vapor, which is dissolved in a monoatomic form, to pass through a mass spectrograph 25 goes. Only a single atom with a single energy was separated; and the separated single atom was deposited on the silicon substrate. The electric discharge conditions were: a discharge gap voltage of 1 kV and a discharge current of 400 mA. In 25 denotes a reference numeral 28 a power supply for the accelerator electrode and 29 a power supply for the deceleration electrode.

Der Al-Film, der so gebildet werden soll, wurde bei einer Wachstumsgeschwindigkeit von 10 m/h mit einem Hochenergie-Reflexionselektronen-Brechungsmessgerät 17 aufgebracht, während seine Kristallinität sofort beobachtet wurde. Der so gebildete Al-Film wurde einem Transmissionselektronenmikroskop ausgesetzt, wobei das Ergebnis davon ein zufrieden stellender Einzelkristallfilm mit keiner Fehlstelle war. Die Oberfläche des Al-Einzelkristallfilms war in Kontakt mit der amorphen Oxidschicht, die die eng gepackte Ebene bildete.The Al film to be formed was grown at a growth rate of 10 m / h with a high energy reflection type electron refractometer 17 while its crystallinity was immediately observed. The thus-formed Al film was exposed to a transmission electron microscope, the result of which was a satisfactory single crystal film with no defect. The surface of the Al single crystal film was in contact with the amorphous oxide layer forming the close-packed plane.

Der so gebildete Einzelkristall-Al-Film wurde in eine Elektrodenleitung von 0,5 μm Breite und 1 m Länge verarbeitet, wie in 1 gezeigt und wurde so angeordnet, dass die eng gepackte Ebene parallel zu der longitudinalen Richtung der Leitung sein konnte. Danach wurden sequentiell eine 5000 Å dicke PSG-Schicht und eine 7500 Å dicke Plasma-SiN-Schicht auf der mit der Elektrodenleitung ausgebildeten Oberfläche gebildet, die dann einem Hochtemperaturtest bei 150°C unterzogen wurde. Die so gebildete Elektrodenleitung zeigte keinen Leitungsausfall, sogar nach dem Ablauf von 10000 Stunden.The thus-formed single crystal Al film was processed into an electrode lead of 0.5 μm width and 1 m length, as in 1 and was arranged so that the closely packed plane could be parallel to the longitudinal direction of the conduit. Thereafter, a 5000Å thick PSG layer and a 7500Å thick plasma SiN layer were formed sequentially on the surface formed with the electrode line, which was then subjected to a high temperature test at 150 ° C. The electrode line thus formed showed no line failure even after the lapse of 10,000 hours.

Für Vergleichszwecke wurde ein herkömmliches MBE-Verfahren beim Aufwachsenlassen des Einzelkristall-Al und beim Bilden des Al-Films verwendet. Kein Einzelkristall-Al wurde aufwachsen gelassen.For comparison purposes became a conventional one MBE process for growing the single crystal Al and the Forming the Al film used. No single crystal Al grew up calmly.

Für den Fall einer Halbleitereinrichtung, die unter den gleichen Bedingungen wie denjenigen des BEISPIELS 16 unter Verwendung der Vorrichtung, wie in 25 gezeigt, hergestellt wird, wurde ein ähnlicher Effekt wie derjenige, der BEISPIELHAFTEN Ausführungsform erhalten.In the case of a semiconductor device operating under the same conditions as those of EXAMPLE 16 using the device as shown in FIG 25 was produced, an effect similar to that of the EXAMPLE embodiment was obtained.

BEISPIEL 25 NÜTZLICH ZUM VERSTÄNDNIS DER ERFINDUNGEXAMPLE 25 USEFUL TO UNDERSTANDING THE INVENTION

Wie in 26(a) gezeigt, wird ein anderer Teil als derjenige zum Bilden eines vorgegebenen aktiven Bereichs 1b auf einem P-Typ Siliziumsubstrat 1 maskiert und wurde dann mit As in Mengen von ungefähr 1017/cm2 dotiert, um einen aktiven Bereich 1b für eine Drain zu bilden. Dann, wie in 26(b) gezeigt, wurde ein ungefähr 200 Å dicker Gateoxidfilm 1a auf dem Siliziumsubstrat 1 durch eine thermische Oxidation gebildet, auf den ein polykristalliner Siliziumfilm ungefähr 4000 Å dick wie eine Gateelektrode 1c durch ein CVD-Verfahren aufgebracht wurde, die dann in eine Gateelektrode 1c durch eine Photolithographie verarbeitet wurde.As in 26 (a) is shown, other than that for forming a predetermined active area 1b on a P-type silicon substrate 1 was masked and then doped with As in amounts of about 10 17 / cm 2 to form an active area 1b for a drain to form. Then, as in 26 (b) showed an approximately 200 Å thick gate oxide film 1a on the silicon substrate 1 formed by a thermal oxidation on which a polycrystalline silicon film about 4000 Å thick as a gate electrode 1c was applied by a CVD method, which then into a gate electrode 1c was processed by photolithography.

Ein SiO2-Film wurde bei 8000 Å dicke auf der so gebildeten Gateelektrode 1c und dem Siliziumsubstrat 1 durch ein CVD-Verfahren bei atmosphärischem Druck aufgebracht, wie in 26(c) gezeigt, um dadurch einen Passivierungsfilm 30 zu bilden und dann wurde dieser Passivierungsfilm 30, der auf dem anderen Bereich als der Gateelektrode 1c gebildet war, durch eine Photolithographie entfernt.An SiO 2 film became 8000 Å thick on the gate electrode thus formed 1c and the silicon substrate 1 applied by a CVD method at atmospheric pressure, as in 26 (c) to thereby form a passivation film 30 and then this passivation film became 30 which is on the other area than the gate electrode 1c was formed, removed by photolithography.

Dann, wie in 26(d) gezeigt, wurde ein 4000 Å dicker Al-Film 2 auf dem Siliziumsubstrat 1 durch ein TIBA-gestütztes thermisches CVD-Verfahren beim Einstellen der Substrattemperatur auf 430°C und der Gastemperatur auf 250°C gebildet. Wenn der so gebildete Al-Film 2 durch ein Röntgenstrahlgestützes Laueverfahren identifiziert wurde, wurde ein Einzelkristall auf dem Siliziumsubstrat 1 gebildet.Then, as in 26 (d) showed a 4000 Å thick Al film 2 on the silicon substrate 1 formed by a TIBA-based thermal CVD method in setting the substrate temperature at 430 ° C and the gas temperature at 250 ° C. If the Al film so formed 2 was identified by an X-ray supported Laue method, a single crystal on the silicon substrate 1 educated.

Danach wurden Sauerstoffionen, die durch den Einzelkristall-Al-Film 2 beschleunigt wurden, in den anderen Bereich als jeden aktiven Bereich 1b auf dem Siliziumsubstrat 1 in Mengen von ungefähr 1021/cm2 implantiert. Das Siliziumsubstrat wurde dann einer thermischen Behandlung unterzogen, um den Ionen-implantierten Teil zu oxidieren und die Kristallinität des Al-Films 2, dessen Orientierung durch eine Ionenimplantation verschlechtert wurde, zu oxidieren. Somit wurde, wie in 26(e) gezeigt, eine Isolationsschicht 31 gebildet, die aus einem Gemisch von Al2O3 und SiO2 angrenzend zu der Schnittfläche zwischen dem Einzelkristall-Al-Film 2 und dem Siliziumsubstrat 1 gebildet ist.Thereafter, oxygen ions were passed through the single crystal Al film 2 accelerated to the other area than any active area 1b on the silicon substrate 1 implanted in amounts of about 10 21 / cm 2 . The silicon substrate was then subjected to a thermal treatment to oxidize the ion-implanted part and the crystallinity of the Al film 2 , whose orientation ver by an ion implantation was being oxidized. Thus, as in 26 (e) shown an insulation layer 31 formed from a mixture of Al 2 O 3 and SiO 2 adjacent to the interface between the single crystal Al film 2 and the silicon substrate 1 is formed.

Nach Trennen jedes aktiven Bereichs 1b durch die gemischte Isolationsschicht 31 wurde der Einzelkristall-Al-Film 2, der auf der Gateelektrode 1c gebildet war, durch eine Photolithographie entfernt und der Einzelkristall-Al-Film 2 auf dem Siliziumsubstrat 1 wurde in eine Elektrodenleitung verarbeitet. Dann wurden Bor und Bor-dotiertes Silikatglas durch das CVD-Verfahren mit atmosphärischem Druck aufgebracht, um einen Zwischenschicht-Isolationsfilm und einen Passivierungsfilm 32 zu bilden, um dadurch eine Halbleitereinrichtung herzustellen.After separating each active area 1b through the mixed insulation layer 31 became the single crystal Al film 2 on the gate electrode 1c formed by photolithography and the single crystal Al film 2 on the silicon substrate 1 was processed into an electrode lead. Then, boron and boron-doped silicate glass were deposited by the atmospheric pressure CVD method to form an interlayer insulating film and a passivation film 32 to thereby form a semiconductor device.

Als die so gebildete Halbleitereinrichtung einem Hochtemperaturtest bei 150°C ausgesetzt wurde, zeigte die Elektrodenleitungen keinen Leitungsausfall überhaupt, sogar nach dem Ablauf von 3000 Stunden. Somit ist nachgewiesen worden, dass der Einzelkristall-Al-Leitungsfilm eine hervorragende Widerstandsfähigkeit gegenüber einem Ausfall, der durch mechanische Spannungen hervorgerufen wird, aufweist.When the semiconductor device thus formed is subjected to a high-temperature test at 150 ° C was exposed, the electrode leads showed no line failure at all, even after the lapse of 3000 hours. Thus, it has been proven that the single crystal Al lead film has excellent resistance across from a failure caused by mechanical stress, having.

Für Vergleichszwecke wurde ein Al-Film zunächst durch Bilden der SiO2-Isolationsschicht 31 zum Trennen jedes aktiven Bereichs 1b durch das CVD-Verfahren und dann durch Aufwachsenlassen des Al-Films durch das thermische CVD-Verfahren darauf gebildet. In diesem Fall war es unmöglich, ein Einzelkristall-Al zu erhalten; und nur das polykristalline Al wuchs auf. Eine andere Halbleitereinrichtung, bei der der gebildete Al-Film in eine Elektrodenleitung in einer Anordnung ähnlich zu der obigen verarbeitet wurde, zeigte eine Anzahl von Fehlstellen auf, einschließlich eines Al-Filmelektroden-Leitungsausfalls in einem 150°C Hochtemperaturtest.For comparison purposes, an Al film was first formed by forming the SiO 2 insulation layer 31 to separate each active area 1b formed by the CVD method and then by growing the Al film by the thermal CVD method thereon. In this case, it was impossible to obtain a single crystal Al; and only the polycrystalline Al grew up. Another semiconductor device in which the formed Al film was processed into an electrode line in an arrangement similar to the above showed a number of voids, including Al film electrode line failure in a 150 ° C high temperature test.

Nachdem die vorgegebene Gateelektrode angeordnet war und der Isolationsfilm auf der Gateelektrode und dergleichen gebildet war, wurden in diesem BEISPIEL der Al-Film und dergleichen durch thermische CVD-Verfahren auf dem Siliziumsubstrat mit dem Isolationsfilm und den aktiven Bereichen um den Isolationsfilm herum aufwachsen gelassen, bevor die Si-O2-Isolationsschicht zum Trennen der aktiven Bereiche gebildet wurde. Da das Halbleitersubstrat, beispielsweise ein Siliziumsubstrat, eine kubische Struktur aufweist, kann der Einzelkristall-Al-Film, der von einem ähnlichen Kristallsystem ist, leicht und genau gebildet werden und dient somit als eine Al-Leitung mit einer hervorragenden Widerstandsfähigkeit gegenüber Ausfällen, die durch mechanische Spannungen hervorgerufen werden.In this EXAMPLE, after the predetermined gate electrode was arranged and the insulating film was formed on the gate electrode and the like, the Al film and the like were grown by thermal CVD methods on the silicon substrate with the insulating film and the active regions around the insulating film before the Si-O 2 insulation layer was formed to separate the active regions. Since the semiconductor substrate, for example, a silicon substrate, has a cubic structure, the single-crystal Al-film, which is of a similar crystal system, can be easily and accurately formed and thus serves as an Al line with excellent resistance to dropouts caused by mechanical stresses are caused.

BEISPIEL 26 NÜTZLICH ZUM VERSTÄNDNIS DER ERFINDUNGEXAMPLE 26 USEFUL TO UNDERSTANDING THE INVENTION

Dieses BEISPIEL bezieht sich auch auf ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitereinrichtung und insbesondere zum Bilden einer Einzelkristall-Elektrodenleitung. Um eine Einzelkristall-Elektrodenleitung auf einer eine Leitung bildenden Oberfläche eines Halbleitersubstrats zu bilden, beinhaltet der Prozess zum Aufwachsenlassen eines Metalleinzelkristallfilms den Prozess, dass ein als Einzelkristall ausgebildetes Element in Kontakt mit der die Leitung bildenden Oberfläche des Halbleitersubstrats kommt, und zum Verursachen, dass ein Einzelkristallmaterial darauf so abgelagert wird, dass es in Kontakt mit einem derartigen Element ist, und den nachfolgenden Prozess zum Aufwachsenlassen des aufgebrachten Einzelkristallmaterials von der Seite, wo das Material in Kontakt mit dem Element ist.This EXAMPLE also relates to a method of making a Semiconductor device and in particular for forming a single-crystal electrode line. To a single crystal electrode line on a conductive surface of a semiconductor substrate To form the process involves growing a metal single crystal film the process that a single crystal formed element in Contact with the conductive surface of the semiconductor substrate comes and causing a single crystal material on it is deposited so that it is in contact with such an element is, and the subsequent process to grow up the enraged Single crystal material from the side where the material in contact with the element is.

Beim Bilden dieses BEISPIEL ist es notwendig, wie voranstehend beschrieben, dass das aus einem Einzelkristall hergestellte Element veranlasst wird, in Kontakt mit der die Leitung bildenden Oberfläche des Halbleitersubstrats zu kommen, und ein geeignetes, aus einem Einzelkristall gebildetes Element umfasst einen Halterungskörper zum Haltern des Halbleitersubstrats oder eine Abdeckung mit einem Durchloch oder einem Fenster, angeordnet auf dem Halbleitersubstrat.At the Forming this EXAMPLE, it is necessary, as described above, that causes the element made of a single crystal is in contact with the surface forming the conductor of the semiconductor substrate to come, and a suitable, made of a single crystal Element includes a holder body for supporting the semiconductor substrate or a cover with a through hole or a window arranged on the semiconductor substrate.

Die 27(a) bis (e) zeigen Beispiele der Struktur des Halterungskörpers zum Haltern des Halbleitersubstrats. Ein Metalleinzelkristall-Halterungskörper 33 in 27(a) weist einen Ausnehmungsteil 33 auf seiner oberen Oberfläche zum Einfügen des Halbleitersubstrats 1 dort hinein auf und das Halbleitersubstrats 1, das eine amorphe Isolationsschicht 1a darauf angeordnet aufweist, wird in diesem Ausnehmungsteil 33a eingefügt. Der Metalleinzelkristall-Halterungskörper 33 in den 27(b) bis (e) weist einen Halter 33b auf, der so angeordnet ist, dass er von seinem Umfang vorsteht und an das Halbleitersubstrat 1 mit der auf der Oberfläche gebildeten amorphen Isolationsschicht eingefügt werden soll.The 27 (a) to (E) show examples of the structure of the holder body for supporting the semiconductor substrate. A metal single crystal holder body 33 in 27 (a) has a recess part 33 on its upper surface for insertion of the semiconductor substrate 1 in there and on the semiconductor substrate 1 , which is an amorphous insulation layer 1a has arranged thereon, is in this recess part 33a inserted. The metal single crystal holder body 33 in the 27 (b) to (E) has a holder 33b arranged so as to project from its periphery and to the semiconductor substrate 1 is to be inserted with the formed on the surface amorphous insulation layer.

Unter Verwendung eines derartigen Halterungskörpers wird ein Einzelkristallmaterial auf die Oberfläche des Halbleitersubstrats durch z. B. ein thermisches CVD-Verfahren, eine Aufstäubung oder eine Vakuumverdampfung aufgebracht. Infolgedessen wird ein Teil des aufgewachsenen Films auch auf dem Halterungskörper gebildet, von dem sich das Kristall entwickelt und sich zu einem aufgewachsenen Film auf der Isolationsschicht des Halbleitersubstrats erstreckt, um dadurch einen Einzelkristall über der gesamten Oberfläche zu bilden. Wenn der aufgewachsene Film an der Schnittfläche zwischen dem Halterungskörper und dem Halbleitersubstrat ausgeschnitten wird, z. B. durch einen Laserstrahl, nachdem ein vorgegebener Film gebildet worden ist, kann ein Halbleitersubstrat mit einem Einzelkristall-Leitungsmetall-Dünnfilm, der darauf gebildet ist, erhalten werden. Die 28 und 29 zeigen Beispiele einer Einzelkristallabdeckung 34 mit einer Vielzahl von Durchlöchern oder Fenstern 34a, die auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet sind. Die Durchlöcher oder Fenster 34a sind in einem umgedrehten Konus gebildet, so dass die Abdeckung von dem Halbleitersubstrat getrennt werden kann, nachdem das Einzelkristallmaterial aufgebracht worden ist.Using such a holder body, a single crystal material is applied to the surface of the semiconductor substrate by e.g. As a thermal CVD method, a dusting or a vacuum evaporation applied. As a result, a part of the grown film is also formed on the support body from which the crystal develops and extends to a grown film on the insulating layer of the semiconductor substrate to thereby form a single crystal over the entire surface. When the grown film is cut out at the interface between the holder body and the semiconductor substrate, e.g. By a laser beam after a predetermined film has been formed, a semiconductor substrate having a single-crystal conductive metal thin film formed thereon can be obtained. The 28 and 29 show examples of a single crystal cover 34 with a variety of perforations or windows 34a which are arranged on the surface of the semiconductor substrate. The through holes or windows 34a are formed in an inverted cone so that the cover can be separated from the semiconductor substrate after the single crystal material has been deposited.

Wenn eine derartige Abdeckung verwendet wird, ist der Einzelkristallfilm inselförmig auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats gebildet. Durch Entfernen der Abdeckung danach und durch Aufbringen danach des Einzelkristallmaterials durch z. B. ein thermisches CVD-Verfahren, eine Aufstäubung oder eine Vakuumverdampfung, und durch Aussetzen des so verarbeiteten Substrats zu einer thermischen Behandlung, kann ein vorgegebener Einzelkristallfilm auf die Isolationsschicht des Halbleitersubstats aufwachsen gelassen werden.If Such a cover is used is the single crystal film islanded on the surface of the semiconductor substrate. By removing the cover thereafter and by applying thereafter the single crystal material z. B. a thermal CVD method, a dusting or a vacuum evaporation, and by exposing the thus-processed substrate to a thermal Treatment, a given single crystal film can be applied to the insulation layer of the semiconductor substrate.

Mehr spezifische Beispiele werden nun unter Bezugnahme auf die 30(a) bis (d) beschrieben.More specific examples will now be made with reference to the 30 (a) to (D) described.

Ein Siliziumsubstrat mit aktiven Bereichen und einem ungefähr 5000 Å dicken SiO2-Film, der darauf gebildet war, wurde hergestellt und eine Al-Einzelkristall-Abdeckung (Dicke: 1 mm; Durchloch-Durchmesser: 1 mm; Durchloch-Intervall: 3 mm), deren Struktur wie in den 28 und 29 gezeigt ist, wurden darauf abgedeckt. Dann wurde ein 1000 Å dicker Al-Film 2 inselförmig auf dem Siliziumsubstrat 1 durch ein TIBA-gestütztes thermisches CVD-Verfahren mit einer Substrattemperatur von 430°C und einer Gastemperatur von 250°C aufgebracht und dann einer thermischen Behandlung bei 500°C über 30 Minuten ausgesetzt. Durch diese thermische Behandlung wuchs ein Einzelkristall innerhalb des Al-Films auf, der auf dem Teil aufgebracht war, der in Kontakt mit der Abdeckung war.A silicon substrate having active regions and an approximately 5000 Å-thick SiO 2 film formed thereon was prepared, and an Al single-crystal cover (thickness: 1 mm, through-hole diameter: 1 mm, through-hole interval: 3 mm). whose structure is as in the 28 and 29 shown was covered on it. Then, a 1000 Å thick Al film was formed 2 island-shaped on the silicon substrate 1 by a TIBA-based thermal CVD method with a substrate temperature of 430 ° C and a gas temperature of 250 ° C and then subjected to a thermal treatment at 500 ° C for 30 minutes. By this thermal treatment, a single crystal grew within the Al film deposited on the part in contact with the cover.

Dann wurde eine Fotolackschicht 35 durch einen Fotoätzprozess angeordnet, wie in 30(a) gezeigt; einem Ätzprozess ausgesetzt, um dadurch einen inselförmigen Al Einzelkristallfilm zu bilden, wie in 30(b) gezeigt. Danach wurde ein Oxyd auf der Oberfläche des inselförmigen Al Einzelkristallfilms durch einen Aufstäubungs-Ätzprozess entfernt. Dann wurde ein 7000 Å dicker Nicht-Einzelkristall Al Film 10 (30(c)) auf dem Siliziumsubstrat 1 erwärmt auf 430°C wiederum durch das TIBA-gestützte thermische CVD Verfahren mit einer Gastemperatur von 250°C gebildet und dann einer thermischen Behandlung bei 500°C über 30 Minuten ausgesetzt. Durch diese thermische Behandlung wurde ein Einzelkristall aus dem Einzelkristall-Al-Film gezogen und ein Einzelkristall-Al-Film erstreckte sich über die gesamte Oberfläche der Oxydschicht 1a des Siliziumsubstrats 1, wie in 30(d) gezeigt. der Einzelkristall-Al-Film 2 wies eine hervorragende Orientierung auf und hatte keine Korngrenze. Nachdem der Einzelkristall-Al-Film 2 auf dem Siliziumsubstrat 1 in eine Elektrodenleitung verarbeitet wurde, wurde bor- und phosphor-dotiertes Silikatglas auf der Elektrodenleitung und dergleichen durch ein CVD Verfahren bei atmosphärischem Druck abgelagert, und ein Zwischenschicht-Isolationsfilm und ein Passivierungsfilm wurden gebildet, um eine Halbleitereinrichtung herzustellen.Then a photoresist layer was made 35 arranged by a photo-etching process, as in 30 (a) shown; an etching process to thereby form an island-shaped Al single crystal film, as in 30 (b) shown. Thereafter, an oxide on the surface of the islet Al single crystal film was removed by a sputtering etching process. Then, a 7000 Å thick non-single crystal Al film was formed 10 ( 30 (c) ) on the silicon substrate 1 heated to 430 ° C again formed by the TIBA-assisted thermal CVD method with a gas temperature of 250 ° C and then subjected to a thermal treatment at 500 ° C for 30 minutes. By this thermal treatment, a single crystal was grown from the single crystal Al film and a single crystal Al film extended over the entire surface of the oxide layer 1a of the silicon substrate 1 , as in 30 (d) shown. the single crystal Al film 2 showed excellent orientation and had no grain boundary. After the single crystal Al film 2 on the silicon substrate 1 was processed into an electrode line, boron and phosphorus doped silicate glass was deposited on the electrode line and the like by a CVD method at atmospheric pressure, and an interlayer insulating film and a passivation film were formed to fabricate a semiconductor device.

Die so gebildete Halbleitereinrichtung wurde einem Hochtemperaturtest von 50°C ausgesetzt und zeige überhaupt keinen Leitungsausfall, sogar nach dem Ablauf von 3000 Stunden. Somit wurde überprüft, dass der Einzelkristall-Al-Leitungsfilm eine hervorragende Wiederstandsfähigkeit gegenüber Ausfällen, die durch mechanische Spannungen und dergleichen hervorgerufen werden, aufweist.The thus formed semiconductor device was subjected to a high-temperature test from 50 ° C exposed and show at all no line failure, even after the lapse of 3000 hours. Thus it was verified that the Single crystal Al lead film excellent resistance across from failures, which are caused by mechanical stresses and the like, having.

In der voranstehenden Beschreibung wurde ein ähnlicher Effekt erhalten, als eine amorphe Schicht, die P-dotiertes SiO2, Bor und Phosphor-dotiertes SiO2 oder Plasma SiN anstelle von SiO2 als eine Isolationsschicht auf dem Siliziumsubstrat verwendet wurde.In the above description, a similar effect was obtained when using an amorphous layer containing P-doped SiO 2 , boron and phosphorus-doped SiO 2 or plasma SiN in place of SiO 2 as an insulating layer on the silicon substrate.

BEISPIEL 27 NÜTZLICH ZUM VERSTÄNDNIS DER ERFINDUNGEXAMPLE 27 USEFUL TO UNDERSTANDING THE INVENTION

Wie in 31(a) gezeigt, wurden ein 4000 Å dicker Einzelkristall-Al-Film 2 und ferner ein 5000 Å dicker PSG-Film 4 sequentiell auf einem (111) Siliziumsubstrat 1' aufgebracht, welches auf 430°C durch ein TIBA-gestützes thermisches CVD-Verfahren mit einer Gastemperatur von 250°C erwärmt war. Andererseits, wie in 31(b) gezeigt, wurde ein Siliziumsubstrat 1 hergestellt, welches den 5000 Å dicken PSG-Film 4 aufweist, der auf der Oberfläche gebildet ist, auf der ein vorgegebener aktiver Bereich 1b angeordnet war. Diese Siliziumsubstrate 1 und 1' wurden durch ein Epoxidharz-Klebemittel gebunden, so dass die PSG-Filme 4 und 5 einander kontaktierten, und wurden dann durch eine Verschmelzung bei einer Temperatur niedriger als der Schmelzpunkt von Al verbunden.As in 31 (a) were a 4000Å thick single crystal Al film 2 and also a 5000Å thick PSG film 4 sequentially on a (111) silicon substrate 1' which was heated to 430 ° C by a TIBA-supported thermal CVD method with a gas temperature of 250 ° C. On the other hand, as in 31 (b) showed a silicon substrate 1 made the 5000 Å thick PSG film 4 formed on the surface on which a predetermined active area 1b was arranged. These silicon substrates 1 and 1' were bonded by an epoxy adhesive so that the PSG films 4 and 5 contacted each other and then joined by fusion at a temperature lower than the melting point of Al.

Sodann wurde das Siliziumsubstrat 1', das den Einzelkristall-Al-Film 2 aufweist, der darauf abgelagert ist, einem Läpp-Prozess ausgesetzt, um das Siliziumsubstrat 1' zu schneiden, und dann einer chemischen Ätzung, um das Siliziumsubstrat 1' vollständig zu entfernen (31(c)). Danach, wie in 31(d) gezeigt, wurde eine Photolackschicht 35 auf der freigelegten Oberfläche des Al-Einzelkristallfilms 2 gebildet, und ein Kontaktloch 21 entsprechend zu dem aktiven Bereich 1b auf dem Siliziumsubstrat 1 wurde durch einen Prozess einer reaktiven Ionenätzung angeordnet (31(d)).Then, the silicon substrate became 1' That's the single crystal Al movie 2 deposited thereon, subjected to a lapping process to the silicon substrate 1' to cut, and then a chemical etching to the silicon substrate 1' completely remove ( 31 (c) ). After that, as in 31 (d) was shown a photoresist layer 35 on the exposed surface of the Al single crystal film 2 formed, and a contact hole 21 corresponding to the active area 1b on the silicon substrate 1 was arranged by a process of reactive ion etching ( 31 (d) ).

Mit dem Kontaktloch 21 geöffnet wurde Al 2' angeordnet, um das Kontaktloch 21 durch ein thermisches CVD-Verfahren (31(e)) zu füllen, wobei der Unterschied in der Wachstumsgeschwindigkeit zwischen der Photolackschicht 35 und dem aktiven Bereich 1b des Siliziumsubstrats 1 vorteilhaft ausgenutzt wurde. Dann wurde die Photolockschicht 35 durch einen reaktiven Ionenätzprozess entfernt und der Al-Einzelkristallfilm 2, der durch das reaktive Ionenätzen freigelegt war, wurde in eine 1 μm breite Elektrodenleitung verarbeitet (31(f).With the contact hole 21 was opened Al 2 ' arranged to the contact hole 21 by a thermal CVD method ( 31 (e) ), the difference in growth rate between the photoresist layer 35 and the active area 1b of the silicon substrate 1 was advantageously exploited. Then the photolock layer became 35 removed by a reactive ion etching process and the Al single crystal film 2 which was exposed by the reactive ion etching was processed into a 1 μm wide electrode line ( 31 (f) ,

Nachdem der Einzelkristall Al-Film 2 in die Elektrodenleitung verarbeitet war, wurden sequentiell ein PSG-Glasfilm und ferner ein SiN-Film auf eine Dicke von 5000 Å bzw. 7500 Å auf der mit der Elektrodenleitung ausgebildeten Oberfläche durch ein CVD-Verfahren bei atmosphärischem Druck aufgebracht, um dadurch eine Halbleitereinrichtung herzustellen.After the single crystal Al-film 2 was processed into the electrode line, a PSG glass film and further an SiN film were sequentially deposited to a thickness of 5,000 Å and 7,500 Å, respectively, on the surface formed with the electrode line by a CVD method at atmospheric pressure, to thereby produce a semiconductor device ,

Die so gebildete Halbleitereinrichtung wurde einem Hochtemperaturtest bei 150°C ausgesetzt und zeigte überhaupt keinen Leitungsausfall auf, sogar nach dem Ablauf von 3000 Stunden. Somit ist bestätigt worden, dass der Einzelkristall-Al-Leitungsfilm eine hervorragende Widerstandsfähigkeit gegenüber einem Ausfall, der durch mechanische Spannungen hervorgerufen wird und dergleichen aufweist.The thus formed semiconductor device was subjected to a high-temperature test at 150 ° C exposed and showed at all no line failure, even after the lapse of 3000 hours. Thus it is confirmed have been that the single crystal Al lead film excellent resistance across from a failure caused by mechanical stress and the like.

Das vorliegende BEISPIEL wurde durch Anordnen eines Metall-Einzelkristallfilms, der die Elektrodenleitung bildet, auf der Oberfläche eines Halterungssubstrats erreicht, um so zu transferieren, wobei in vorteilhafter Weise die Verschmelzungscharakteristik einer Isolationsschicht mit einem relativ niedrigen Schmelzpunkt ausgenutzt wurde, die auf der Metall-Einzelkristall-Filmoberfläche gebildet war.The present EXAMPLE was made by placing a metal single crystal film, which forms the electrode line, on the surface of a support substrate achieved so as to transfer, which advantageously the Fusion characteristic of an insulating layer with a relative low melting point formed on the metal single crystal film surface was.

BEISPIEL 28 NÜTZLICH ZUM VERSTÄNDNIS DER ERFINDUNGEXAMPLE 28 USEFUL TO UNDERSTANDING THE INVENTION

Das vorliegende BEISPIEL betrifft auch die Ausbildung einer Elektrodenleitung und ihr Hauptmerkmal ist, dass: die Oberfläche eines Halbleitersubstrats durch ein Ozon- oder Sauerstoffplasma behandelt wird; eine monoatomische Schicht, gebildet aus einem Filmbildungsmaterial, auf der behandelten Oberfläche als eine Unterschicht gebildet wird; und das Filmbildungsmaterial auf der monoatomischen Schicht durch ein CVD-Verfahren aufgebracht wird.The The present EXAMPLE also relates to the formation of an electrode lead and its main feature is that: the surface of a semiconductor substrate is treated by an ozone or oxygen plasma; a monoatomic Layer formed from a film-forming material on the treated surface is formed as an underlayer; and the film-forming material applied to the monoatomic layer by a CVD method becomes.

Zunächst wurde eine Einzelkristall-Dünnfilm-Bildungsvorrichtung, deren schematischer Aufbau im Querschnitt in 32 gezeigt ist, hergestellt. Diese Vorrichtung umfasste eine Oberflächenbehandlungskammer 36, eine Atomstrahlepetaxie-(ABE)-Kammer 37 und eine CVD-Kammer 38, wobei die Kammern 36, 37, 38 durch Absperrventile 39 unterteilt sind, und die einem Halbleitersubstrat 1 für eine Behandlung erlaubt, zwischen den Kammern 36, 37, 38 und zwischen der Kammer und der Umgebung transportiert zu werden.First, a single-crystal thin-film forming device whose schematic structure was shown in cross-section in FIG 32 shown is produced. This device included a surface treatment chamber 36 , an Atomic Beam Petroleum (ABE) chamber 37 and a CVD chamber 38 , where the chambers 36 . 37 . 38 through shut-off valves 39 are divided, and a semiconductor substrate 1 allowed for a treatment, between the chambers 36 . 37 . 38 and to be transported between the chamber and the environment.

Die Oberflächenbehandlungskammer 36 umfasst einen Gaszuführungseinlass 36a zum Zuführen eines Ozongases und dergleichen und einen Gasauslass 36b. Die ABE-Kammer 37 weist eine Verdampfungsquelle 37a und eine Einzelatom-Entladungselektrode 37b auf. Die CVD-Kammer 38 ist von einer herkömmlichen Konstruktion.The surface treatment chamber 36 includes a gas supply inlet 36a for supplying an ozone gas and the like and a gas outlet 36b , The ABE chamber 37 has a source of evaporation 37a and a single-atom discharge electrode 37b on. The CVD chamber 38 is of a conventional construction.

Ein Siliziumsubstrat 1 mit aktiven Bereichen und einer 3000 Å dicken amorphen Oxidschicht (SiO2) auf der Oberfläche davon wurde hergestellt und wurde einer Ozonumgebung innerhalb der Oberflächenbehandlungskammer 36 für 10 Minuten ausgesetzt. Durch diese Behandlung wurde die freie Verbindung, die durch das Wasserstoffatom des SiO2-Films abgeschlossen war, abgeschnitten, um durch ein Sauerstoffatom ersetzt zu werden und um das Wasserstoffatom in der Form von H2O zu entfernen.A silicon substrate 1 with active regions and a 3000 Å thick amorphous oxide layer (SiO 2 ) on the surface thereof was prepared and became an ozone environment within the surface treatment chamber 36 exposed for 10 minutes. By this treatment, the free compound terminated by the hydrogen atom of the SiO 2 film was cut off to be replaced by an oxygen atom and to remove the hydrogen atom in the form of H 2 O.

Dann wurde das so oberflächenbehandelte Siliziumsubstrat 1 in die ABE-Kammer 37 durch das Absperrventil 39 hinein transportiert. Nachdem die ABE-Kammer 37 auf 5 × 10–10 Torr evakuiert war, wurde das Siliziumsubstrat 1 auf 400°C erwärmt und Al wurde verdampft und auf dem Siliziumsubstrat 1 in Mengen äquivalent zu einer monoatomischen Schicht von der ABE-Zelle aufgebracht.Then, the thus-surface-treated silicon substrate became 1 in the ABE chamber 37 through the shut-off valve 39 transported into it. After the ABE chamber 37 was evacuated to 5 × 10 -10 Torr, the silicon substrate 1 heated to 400 ° C and Al was evaporated and on the silicon substrate 1 in amounts equivalent to a monatomic layer applied by the ABE cell.

Nach der Aufbringung der monoatomischen Schicht wurde das so verarbeitete Siliziumsubstrat 1 in die Al-CVD-Kammer 38 durch das Absperrventil 39 transportiert, und ein Al-Film wurde fast 4000 Å auf dem Siliziumsubstrat 1 aufgebracht, welches auf 450°C durch ein TIBA-gestütztes thermisches CVD-Verfahren mit einer Gastemperatur von 250°C erwärmt war. Die TIBA bei der Bildung des Al-Films wurde von einem Tank 30a, durch eine Blasenbildung gasförmig gemacht, zugeführt und auf die Oberfläche des Siliziumsubstrat in der Form eines molekularen Flusses eingeleitet, während dessen Temperatur durch eine Wärmungszelle 38b gesteuert wurde.After the application of the monoatomic layer, the thus processed silicon substrate became 1 in the Al-CVD chamber 38 through the shut-off valve 39 transported, and an Al film was almost 4000 Å on the silicon substrate 1 which was heated to 450 ° C by a TIBA-based thermal CVD method with a gas temperature of 250 ° C. The TIBA in the formation of the Al film was from a tank 30a , made gaseous by bubble formation, and introduced onto the surface of the silicon substrate in the form of a molecular flow, during which its temperature passes through a heating cell 38b was controlled.

Der Al-Film (die Schicht), der (die) auf dem Siliziumsubstrat 1 abgelagert war, wurde einer Reflexionselektronen-Beugungsmessung und einer Transmissionselektronenmikroskopie von seiner Kristallorientierung ausgesetzt. Infolgedessen wies ein Einzelkristallfilm eine hervorragende (111) auf und keine Korngrenze wurde beobachtet.Al film (film), on a silicon substrate 1 Was deposited from a reflection electron diffraction measurement and a transmission electron microscopy of its crystal orientation. As a result, a single crystal film showed excellent (111) and no grain boundary was observed.

Der Einzelkristall-Al-Film wurde, nachdem in eine Elektrodenleitung verarbeitet wurde und ein PSG-Glasfilm und dann ein SiN-Film jeweils 5000 Å und 7500 Å dick auf der mit der Elektrodenleitung gebildeten Oberfläche durch das CVD-Verfahren mit atmosphärischem Druck aufgebracht waren, einem Hochtemperaturtest bei 150°C ausgesetzt. Infolgedessen war kein Leitungsausfall auf der Elektrodenleitung, sogar nach dem Ablauf von 3000 Stunden, und es wurde bestätigt, dass der Einzelkristall-Al-Leitungsfilm eine hervorragende Widerstandsfähigkeit gegenüber einem Ausfall, der durch mechanische Spannungen verursacht wird, und dergleichen aufweist.Of the Single-crystal Al film was deposited in an electrode lead was processed and a PSG glass film and then a SiN film respectively 5000 Å and 7500 Å thick on the surface formed with the electrode line the CVD method with atmospheric Pressure were applied, subjected to a high temperature test at 150 ° C. As a result, there was no line failure on the electrode line, even after the lapse of 3000 hours, and it was confirmed that the single crystal Al lead film has excellent resistance across from a failure caused by mechanical stress and the like.

In dem vorliegenden BEISPIEL war der Metall-Einzelkristallfilm, der die Elektrodenleitung bildet, aus Al gebildet. Als jedoch Al durch Cu ersetzt wurde, wurden die ähnlichen Ergebnisse erhalten. Die ähnlichen Ergebnisse wurden auch erhalten, als der Einzelkristallfilm durch ein Clusterionenstrahl-(ICB)-Verdampfungsverfahren gebildet wurde, bei der ein Cluster von 102 bis 104 Atomen erzeugt, ionisiert und dann in eine monoatomische Schicht auf der Oberfläche des Siliziumsubstrats durch eine beschleunigte Verdampfung gebildet wird.In the present EXAMPLE, the metal single crystal film constituting the electrode line was formed of Al. However, when Al was replaced by Cu, the similar results were obtained. The similar results were also obtained when the single crystal film was formed by a cluster ion beam (ICB) evaporation method in which a cluster of 10 2 to 10 4 atoms is generated, ionized, and then accelerated into a monatomic layer on the surface of the silicon substrate Evaporation is formed.

BEISPIEL 29 NÜTZLICH ZUM VERSTÄNDNIS DER ERFINDUNGEXAMPLE 29 USEFUL TO UNDERSTANDING THE INVENTION

Zunächst wurde eine Dünnfilm-Bildungsvorrichtung, deren schematischer Aufbau in 33 gezeigt ist, hergestellt. Der Hauptabschnitt dieser Vorrichtung umfasst ein Vakuumgefäß 22, einen Substrathalter 12a, der in einem oberen Abschnitt des Vakuumgefäßes 22 angeordnet ist, eine MBE-Verdampfungsquelle 23, die in einem unteren Abschnitt des Substrathalters 12a angeordnet ist, einen Cracker 39, der zwischen der MBE-Verdampfungsquelle 23 und dem Substrathalter 12a angeordnet ist und einen Verschluss 26.First, a thin film forming apparatus whose schematic construction was described in 33 shown is produced. The main section of this device comprises a vacuum vessel 22 , a substrate holder 12a placed in an upper section of the vacuum vessel 22 is arranged, an MBE evaporation source 23 placed in a lower section of the substrate holder 12a is arranged, a cracker 39 that is between the MBE evaporation source 23 and the substrate holder 12a is arranged and a closure 26 ,

Der Cracker 39 umfasst, wie in 34 in einem vergrößerten Maßstab gezeigt, eine zylindrische Turbinenkammer 39b mit einem Erwärmer 39a, feste mehrstufige Flügelräder 39e, die innerhalb der Turbinenkammer 39b so angeordnet sind, dass sie orthogonal zu der axialen Linie der Turbinenkammer 39b sind, ein Drehflügelrad 39e, das bei hohen Geschwindigkeiten durch einen Motor gedreht wird, der radial auf einer Drehwelle 39d und zwischen den festen Flügelrädern 39e und dergleichen angeordnet ist. Somit, wie in 35 gezeigt, sind die Querschnittsprofile des festen Flügelrads 39e und des Drehflügelrads 39e geneigt, um so entgegengesetzt zueinander zu sein. Da die Wahrscheinlichkeit, dass ein verdampftes Gas in Atome aufgelöst werden wird, erhöht wird, und wenn z. B. das Drehflügelrad 39e in eine Umfangsrichtung gedreht wird, wie mit dem Pfeil A gezeigt, wird deshalb eine Ansaugkraft in einer Richtung des Pfeils B durch eine Pumpenwirkung erzeugt, wodurch ein Fluss der Atome einer Filmbildungssubstanz von der Verdampfungsquelle 23 an den Substrathalter 12a verursacht wird.The cracker 39 includes, as in 34 shown on an enlarged scale, a cylindrical turbine chamber 39b with a heater 39a , solid multi-stage impellers 39e that are inside the turbine chamber 39b are arranged so that they are orthogonal to the axial line of the turbine chamber 39b are, a rotary impeller 39e which is rotated at high speeds by a motor which is radially on a rotary shaft 39d and between the fixed impellers 39e and the like is arranged. Thus, as in 35 shown are the cross-sectional profiles of the fixed impeller 39e and the rotary impeller 39e inclined to be so opposite to each other. Since the probability that a vaporized gas will be dissolved into atoms, is increased, and if z. B. the rotary impeller 39e is rotated in a circumferential direction, as shown by the arrow A, therefore, a suction force is generated in a direction of the arrow B by a pumping action, whereby a flow of the atoms of a film-forming substance from the evaporation source 23 to the substrate holder 12a is caused.

In dem vorliegenden BEISPIEL wurde ein amorpher Oxidfilm, der 5000 Å dick auf einem Siliziumsubstrat (Einzelkristall) mit einem vorgegebenen aktiven Bereich auf der Oberfläche davon gebildet war, auf den Substrathalter 12a innerhalb des Vakuumgefäßes 22 der voranstehend beschriebenen Vorrichtung gelegt, und dann wurde das Vakuumgefäß 22 auf 1 × 10–10 Torr evakuiert. Dann wurde das Siliziumsubstrat auf 1000°C erwärmt und gereinigt, und danach wurden Ozone in das Vakuumgefäß eingeleitet, so dass der Druck darin ungefähr 1 × 10–8 Torr sein würde und Wasserstoff, das auf der Oberfläche des Siliziumsubstrats adsorbierte, wurde durch Sauerstoff ersetzt. Danach wurde das Siliziumsubstrat auf 250°C erwärmt; Al wurde durch die MBE-Verdampfungsquelle 23 verdampft; und die Turbinenkammer 39b wurde auf ungefähr 1 × 10–7 Torr evakuiert, während die Oberflächentemperatur des festen Flügelrads 39c und der Drehwelle 39d auf 700°C gehalten wurde, was höher als der Schmelzpunkt von Al ist. Da das Drehflügelrad 39e aktiviert wird wurde, um sich zu drehen, so dass dessen Umfangsgeschwindigkeit 10000 Upm war, was eine thermische Geschwindigkeit ist, wurde dann der Verschluss 26 unmittelbar unterhalb des Siliziumsubstrats geöffnet, und eine Filmbildung wurde begonnen, während eine mechanische Energie auf das verdampfte Al von der Verdampfungsquelle 23 durch den Cracker 39 gegeben wurde.In the present EXAMPLE, an amorphous oxide film formed 5000 Å thick on a silicon substrate (single crystal) having a predetermined active area on the surface thereof was coated on the substrate holder 12a inside the vacuum vessel 22 placed the device described above, and then the vacuum vessel 22 evacuated to 1 × 10 -10 Torr. Then, the silicon substrate was heated to 1000 ° C and cleaned, and then ozone was introduced into the vacuum vessel so that the pressure therein would be about 1 × 10 -8 Torr, and hydrogen adsorbed on the surface of the silicon substrate was replaced with oxygen , Thereafter, the silicon substrate was heated to 250 ° C; Al was through the MBE evaporation source 23 evaporated; and the turbine chamber 39b was evacuated to approximately 1 × 10 -7 Torr while the surface temperature of the solid impeller 39c and the rotary shaft 39d to 700 ° C ge which is higher than the melting point of Al. As the rotary impeller 39e was activated to rotate so that its peripheral speed was 10000 rpm, which is a thermal speed, then became the shutter 26 opened just below the silicon substrate, and film formation was started while applying a mechanical energy to the vaporized Al from the evaporation source 23 through the cracker 39 was given.

Der Bildungsprozess wurde ausgeführt, während die Kristallinität von Al, welches sich ausbildete, mit dem Hochenergie-Reflexionselektroden-Beugungsmessgerät 17 sofort beobachtet. Die ersten 10 Atomschichten wurden gebildet, während das Wachstum Schicht für Schicht überprüft wurde; danach wurden Vorkehrungen getroffen, so dass der Bildungsprozess bei einer Filmbildungsgeschwindigkeit von 1–10 μn/h, wie für den Fall einer Bildung des Einzelkristallsubstrats, weitergehen konnte. Als der Al-Film, der so hergestellt wurde, einer Transmissionselektronenmikroskopie ausgesetzt wurde, wurde angezeigt, dass der Einzelkristall Al-Film überhaupt keine Fehlstellen aufwies.The formation process was carried out while the crystallinity of Al that formed was with the high energy reflection electrode diffractometer 17 observed immediately. The first 10 atomic layers were formed while the growth was examined layer by layer; after that, provisions were made so that the formation process could proceed at a film-forming speed of 1-10 μn / hr, as in the case of formation of the single-crystal substrate. When the Al film thus prepared was subjected to transmission electron microscopy, it was indicated that the single crystal Al film had no defects at all.

Der Einzelkristall-Al-Film wurde in eine Elektrodenleitung von 0,5 μm Breite und 1 m Länge, wie in 1 gezeigt, verarbeitet und so angeordnet, dass die (111) Ebene parallel zu der longitudinalen Richtung der Leitung sein konnte. Danach wurden sequentiell eine 5000 Å dicke PSG-Glasschicht und dann eine 7500 Å dicke Plasma-SiN-Schicht auf der mit der Elektrodenleitung ausgebildeten Oberfläche aufgebracht, die dann einem Hochtemperaturtest bei 150°C ausgesetzt wurde. Das Ergebnis war, dass es überhaupt keinen Leitungsausfall gab, sogar nach dem Ablauf von 1000 Stunden.The single-crystal Al film was inserted into an electrode lead of 0.5 μm width and 1 m length as in 1 is shown, processed and arranged so that the (111) plane could be parallel to the longitudinal direction of the conduit. Thereafter, a 5000Å thick PSG glass layer and then a 7500Å thick plasma SiN layer were sequentially deposited on the surface formed with the electrode line, which was then subjected to a high temperature test at 150 ° C. The result was that there was no line failure at all, even after the lapse of 1000 hours.

BEISPIEL 30 NÜTZLICH ZUM VERSTÄNDNIS DER ERFINDUNGEXAMPLE 30 USEFUL TO UNDERSTANDING THE INVENTION

Ein Si-Substrat mit aktiven Bereichen und einem dünnen SiO2-Film, der darauf angeordnet war, wurde hergestellt. Dann wurden eine Bildungsvorrichtung für ein abgestuftes Muster und Dünnfilme hergestellt, deren Hauptkonstruktion im Querschnitt in 12 gezeigt ist.An Si substrate having active regions and a thin SiO 2 film disposed thereon was prepared. Then, a graded pattern forming apparatus and thin films were produced whose main construction is in cross section in FIG 12 is shown.

Das Si-Substrat 1 wurde auf einem elektrostatisch bindenden Substrathalter 12 gehalten, der innerhalb der Bildungsvorrichtung 11 für abgestufte Muster und Dünnfilme angeordnet war. Während die Bildungsvorrichtung 11 für abgestufte Muster und Dünnfilme auf 1010 Torr evakuiert war, wurde TIBA in einer monomolekularen Form durch die Oberfläche des Si-Substrats 1 adsorbiert, das auf dem elektrostatisch adsorbierenden Substrathalter 12 gehalten wurde. Danach wurde TIBA durch Aufstrahlen eines Elektronenstrahls 14, dessen Strahldurchmesser auf mehrere Angström zusammengefasst war, auf die Oberfläche des Si-Substrats 1 aufgelöst und eine Terrasse von nebeneinander liegenden Al-Streifen von 3 Å Breite und 8 Å in einem sich wiederholenden Zyklus wurde gebildet, während die Scanrichtung durch eine Ablenkungsspule 15 gesteuert wurde.The Si substrate 1 was on an electrostatically binding substrate holder 12 held within the educational device 11 was arranged for graded patterns and thin films. While the education device 11 for graded patterns and thin films was evacuated to 10 10 Torr, TIBA became monomolecular in shape through the surface of the Si substrate 1 adsorbed on the electrostatic adsorbent substrate holder 12 was held. Thereafter, TIBA became by irradiating an electron beam 14 , whose beam diameter was summarized to several angstroms, on the surface of the Si substrate 1 and a terrace of adjacent Al strips of 3 Å width and 8 Å in a repeating cycle was formed, while the scanning direction through a deflection coil 15 was controlled.

Dann wurde von einer K-Zelle 16, die innerhalb der Bildungsvorrichtung für abgestufte Muster und Dünnfilme angeordnet war, Al auf die Oberfläche des Si-Substrats 1 in 10 Atomschichten aufgebracht. Nach Bestätigung, dass jede von diesen Schichten ein Einzelkristall war, und zwar durch ein elektronisches Reflexions-Beugungsmesssystem 17, wurde das so verarbeitete Siliziumsubstrat in eine CVD-Vorrichtung (nicht gezeigt) transportiert. Die Bildungsvorrichtung für abgestufte Muster und Dünnfilme und die CVD-Vorrichtung wurden miteinander durch ein Absperrventil verbunden.Then it was from a K-cell 16 Al arranged on the surface of the Si substrate within the graded pattern thin film forming apparatus 1 applied in 10 atomic layers. After confirming that each of these layers was a single crystal through an electronic reflection diffraction measuring system 17 , the thus-processed silicon substrate was transported in a CVD apparatus (not shown). The graded pattern thin film forming apparatus and the CVD apparatus were connected to each other through a shut-off valve.

Ein (100) orientierter Einzelkristall-Al-Film wurde 4000 Å dick auf dem Si-Substrat 1, das innerhalb der CVD-Vorrichtung untergebracht war, durch ein TIBA-gestütztes thermisches CVD-Verfahren gebildet. Die Unterschichttemperatur in diesem Fall betrug 430°C und die Filmwachstumsgeschwindigkeit betrug 8000 Å/min. Als die Orientierungsbeziehung des so mit dem Substrat gebildeten Einzelkristall-Al-Films durch eine Beugungsmessung identifiziert wurde, wurde ein Einzelkristall beobachtet. Ferner wurde keine Korngrenze und auch keinerlei kristalline Fehlstellen, wie Laminierungsfehlstellen, durch eine Transmissionselektronenmikroskopie gefunden.A (100) oriented single crystal Al film became 4000 Å thick on the Si substrate 1 formed inside the CVD apparatus formed by a TIBA-based thermal CVD method. The undercoat temperature in this case was 430 ° C and the film growth rate was 8000 Å / min. When the orientation relationship of the single-crystal Al film thus formed with the substrate was identified by diffraction measurement, a single crystal was observed. Further, no grain boundary and no crystalline defects such as lamination defects were found by a transmission electron microscopy.

Der so durch das thermische CVD-Verfahren gebildete Einzelkristall-Al-Film wurde in eine Elektrodenleitung von 0,5 μm Breite und 1 m Länge, wie in 1 gezeigt, verarbeitet und so angeordnet, dass die (111) Ebene parallel zu der longitudinalen Richtung der Leitung sein konnte. Danach wurden eine 5000 Å dicke PSG-Schicht und eine 7500 Å dicke Plasma-SiN-Schicht sequentiell auf der mit der Elektrodenleitung ausgebildeten Oberfläche gebildet, die dann einem Hochtemperaturtest bei 150°C ausgesetzt wurde. Es ergab sich, dass kein Leitungsausfall auftrat, sogar nach dem Ablauf von 10000 Stunden.The single-crystal Al film thus formed by the thermal CVD method was placed in an electrode lead of 0.5 μm width and 1 m length as shown in FIG 1 is shown, processed and arranged so that the (111) plane could be parallel to the longitudinal direction of the conduit. Thereafter, a 5000Å thick PSG layer and a 7500Å thick plasma SiN layer were formed sequentially on the surface formed with the electrode line, which was then subjected to a high temperature test at 150 ° C. As a result, no line failure occurred even after the lapse of 10,000 hours.

BEISPIEL 31 NÜTZLICH ZUM VERSTÄNDNIS DER ERFINDUNGEXAMPLE 31 USEFUL TO UNDERSTANDING THE INVENTION

Ein Si-Substrat mit aktiven Bereichen und einem dünnen SiO2-Film, der darauf angeordnet war, wurde hergestellt. Dann wurde eine Bildungsvorrichtung für abgestufte Muster und Dünnfilme, deren Hauptkonstruktion im Querschnitt in 12 gezeigt ist, vorbereitet.An Si substrate having active regions and a thin SiO 2 film disposed thereon was prepared. Then, an education device for graded patterns and thin films, whose main construction is in cross section in FIG 12 shown, prepared.

Das Si-Substrat 1 wurde auf einem elektrostatisch bindenden Substrathalter 12 gehalten, der innerhalb der Bildungsvorrichtung 11 für abgestufte Muster und Dünnfilme angeordnet war. Während die Bildungsvorrichtung 11 für abgestufte Muster und Dünnfilme auf 10–10 Torr evakuiert war, wurde Monosilan (SiH4) in einer monomolekularen Form durch die Oberfläche des Si-Substrats 1, das auf dem elektrostatisch adsorbierenden Substrathalter 12 gehalten wurde, adsorbiert. Danach wurde Monosilan durch Aufstrahlen eines Ionenstrahls 14a, dessen Durchmesser auf 5000 Å zusammengefasst war, auf die Oberfläche des Si-Substrats 1 aufgelöst und eine Terrasse von nebeneinander liegenden Al-Streifen von 5000 Å Breite und 2 μm in einem wiederholenden Zyklus wurde gebildet, während die Scanrichtung durch eine Ablenkungsspule 15 gesteuert wurde.The Si substrate 1 was on an electrostatically binding substrate holder 12 held within the educational device 11 was arranged for graded patterns and thin films. While the education device 11 for graded patterns and thin films was evacuated to 10 -10 Torr, monosilane (SiH 4 ) became monomolecular in shape through the surface of the Si substrate 1 resting on the electrostatic adsorbent substrate holder 12 was held, adsorbed. Thereafter, monosilane became by irradiating an ion beam 14a , whose diameter was summed up to 5000 Å, on the surface of the Si substrate 1 and a terrace of juxtaposed Al strips of 5000 Å width and 2 μm in a repeating cycle was formed while the scan direction was through a deflection coil 15 was controlled.

Dann wurde von einer K-Zelle 16, die innerhalb der Bildungsvorrichtung für abgestufte Muster und Dünnfilme angeordnet war, Al auf die Oberfläche des Si-Substrats 1 in 10 Atomschichten aufgebracht. Nach Bestätigung, dass jede von diesen Schichten ein Einzelkristall war, und zwar durch ein elektronisches Reflexions-Beugungsmessgerät 17, wurde das so verarbeitete Siliziumsubstrat in eine CVD-Vorrichtung (nicht gezeigt) hinein transportiert. Die Bildungsvorrichtung für abgestufte Muster und Dünnfilme und die CVD-Vorrichtung wurden miteinander durch ein Absperrventil verbunden.Then it was from a K-cell 16 Al arranged on the surface of the Si substrate within the graded pattern thin film forming apparatus 1 applied in 10 atomic layers. After confirming that each of these layers was a single crystal through an electronic reflection diffractometer 17 , the thus-processed silicon substrate was transported into a CVD apparatus (not shown). The graded pattern thin film forming apparatus and the CVD apparatus were connected to each other through a shut-off valve.

Ein (100) orientierter Einzelkristall-Al-Film wurde 4000 Å dick auf dem Si-Substrat 1 gebildet, das innerhalb der CVD-Vorrichtung aufgenommen war, und zwar durch ein Monosilan-gestütztes thermisches CVD-Verfahren. Die Unterschichttemperatur in diesem Fall betrug 360°C und die Wachstumsgeschwindigkeit betrug 500 Å/min. Da Fehlstellen in dem Einzelkristall-Si-Film unmittelbar nach einer Laminierung vorhanden waren, wurde der Einzelkristall-Si-Film einer thermischen Behandlung bei 900°C für 30 min innerhalb der CVD-Vorrichtung ausgesetzt. Dann wurde die Orientierungsbeziehung des Einzelkristall-Al-Films, der so mit dem Substrat gebildet war, durch eine Beugungsmessung identifiziert. Das Ergebnis war, dass ein Einzelkristall beobachtet wurde. Ferner wurde weder eine Korngrenze noch irgendwelche kristallinen Fehlstellen, wie Laminierungsfehlstellen, durch eine Transmissionselektronenmikroskopie gefunden.A (100) oriented single crystal Al film became 4000 Å thick on the Si substrate 1 formed within the CVD apparatus by a monosilane-based thermal CVD method. The undercoat temperature in this case was 360 ° C and the growth rate was 500 Å / min. Since defects were present in the single crystal Si film immediately after lamination, the single crystal Si film was subjected to thermal treatment at 900 ° C for 30 minutes within the CVD apparatus. Then, the orientation relationship of the single-crystal Al film thus formed with the substrate was identified by diffraction measurement. The result was that a single crystal was observed. Further, neither a grain boundary nor any crystalline defects such as lamination defects were found by a transmission electron microscopy.

Wie aus den BEISPIELEN 30 und 31 ersichtlich, wenn ein Einzelkristallfilm für eine Elektrodenleitung durch Anordnen einen dünnen Oxidschicht auf der Oberfläche eines Halbleitersubstrats, beispielsweise eines Siliziumsubstrats, gebildet wird, wird eine monomolekulare Schicht, die ein Filmbildungsatom enthält, adsorbiert, um eine Stufe oder eine Terrasse zu bilden, die als ein Nukleus eines Kristalls dient, und diese monomolekulare Schicht wird aufgelöst, um eine monoatomische Schicht zu bilden. Durch den obigen Prozess kann eine zufrieden stellende Einzelkristallschicht mit einer vorgegebenen Kristallorientierung erhalten werden. Somit kann die monomolekulare Schicht nicht nur durch einen Elektronenstrahl oder einen Ionenstrahl, sondern auch durch Aufstrahlen von elektromagnetischen Wellen, wie Röntgenstrahlen und ultravioletten Strahlen, aufgelöst werden.As can be seen from EXAMPLES 30 and 31 when a single crystal film for one Electrode line by placing a thin oxide layer on the surface of a Semiconductor substrate, for example, a silicon substrate formed becomes a monomolecular layer which is a film-forming atom contains adsorbed to form a step or terrace that as a nucleus of a crystal serves, and this monomolecular layer is dissolved, to form a monoatomic layer. Through the above process can be a satisfactory single crystal layer with a given Crystal orientation can be obtained. Thus, the monomolecular Layer not only by an electron beam or an ion beam, but also by irradiation of electromagnetic waves, such as X-rays and ultraviolet rays.

Wenn ferner eine gerade Stufe als eine Stelle für eine Nukleusbildung verwendet wird, wächst ein Kristall in ein Muster, sodass die am dichtesten gepackte Oberfläche parallel zu der Oberfläche des Halbleitersubstrats ist. Wenn ein Muster zwei Stufen, die orthogonal zueinander sind, beinhaltet wächst ein Kristall derart, dass die aufgewachsene Oberfläche (100) orientiert ist. Um eine Kristallebene mit einer höheren Dimension zu erhalten, kann ein Muster verwendet werden, welches geometrisch analog zu dem Gitterplatz einer derartigen Kristallebene ist. Für den Fall, dass ein Einzelkristall-Dünnfilm auf der gesamten Oberfläche eines relativ extensiven Halbleitersubstrats auswachsen gelassen wird, kann ferner ein zyklisches Muster verwendet werden, welches geometrisch analog zu dem Gitterplatz der Kristallebene ist.If Further, a straight step is used as a nucleus formation site becomes, grows a crystal into a pattern so that the most densely packed surface is parallel to the surface of the semiconductor substrate. If a pattern has two stages, the orthogonal to each other, includes growing a crystal such that the raised surface (100) is oriented. To have a crystal plane with a higher dimension too a pattern can be used which is geometric is analogous to the lattice site of such a crystal plane. In the case, that a single crystal thin film on the entire surface grown out of a relatively extensive semiconductor substrate Furthermore, a cyclic pattern may be used which is geometrically analogous to the lattice site of the crystal plane.

BEISPIEL 32 NÜTZLICH ZUM VERSTÄNDNIS DER ERFINDUNGEXAMPLE 32 USEFUL TO UNDERSTANDING THE INVENTION

Ein Si Substrat mit aktiven Bereichen und einem ungefähr 8000 Å dicken SiO2 Film, der darauf gebildet war, wurde hergestellt. Ein Ladepotenzial wurde zyklisch auf den SiO2 Film des Si Substrats durch Ausstrahlen eines Elektronenstrahls bei einer beschleunigten Spannung von 20 kV zyklisch gegeben. Danach wurde ein ungefähr 4000 Å dicker Al Film darauf durch ein DC Magneton-Aufstäubungsverfahren aufgebracht. Die Aufstäubungsbedingungen waren: ein Leistungsausgang von 500 W, ein Vakuumgrad von 1 × 10–3, und eine Aufsträubungszeit von 30 Sekunden.A Si substrate having active areas and an approximately 8000 Å thick SiO 2 film formed thereon was prepared. A charging potential was cyclically applied to the SiO 2 film of the Si substrate by irradiating an electron beam at an accelerated voltage of 20 kV. Thereafter, an approximately 4000 Å thick Al film was applied thereto by a DC magneton sputtering method. The sputtering conditions were: a power output of 500 W, a vacuum degree of 1 × 10 -3 , and a sputtering time of 30 seconds.

Der voranstehend aufgebrachte Al Film wurde einer Röntgenstrahl-Beugungsmessung unterzogen, um die Kristallorientierung des so aufgebrachten Al Films zu identifizieren. Das Ergebnis war, dass der Al Film so orientiert war, dass seine <111> Ebene vertikal zu der Oberfläche des Substrats war und seine volle Breite am Maximum der (111) gebeugten Linie, gemessen durch ein θ-Scanverfahren, 1–2 Grad war. Für Vergleichszwecke wurde ein Al Film auf den SiO2 Film ohne Aufstrahlen des Elektronenstrahls (kein zyklisches Ladepotenzial wurde angewendet) aufwachsen gelassen und seine volle Breite am Maximum der (111) gebeugten Linie wurde gemessen. Das Ergebnis war 6 bis 8°.The above-applied Al film was subjected to X-ray diffraction measurement to identify the crystal orientation of the thus-deposited Al film. The result was that the Al film was oriented so that its <111> plane was vertical to the surface of the substrate and its full width at the maximum of the (111) diffracted line measured by a θ scanning method was 1-2 degrees , For comparison purposes, an Al film was grown on the SiO 2 film without irradiating the electron beam (no cyclic charging potential was applied), and its full width at the maximum of the (111) diffracted line was measured. The result was 6 to 8 °.

Der so gebildete Einzelkristall-Al-Film wurde in eine Elektrodenleitung von 1,0, 0,6, oder 0,4 μm Breite und 1 m Länge verarbeitet, wie in 1 gezeigt. Nachdem eine 5000 A dicke PSG Schicht aufgebracht war, wurde die mit der Elektrodenleitung ausgebildete Oberfläche einem Hochtemperaturtest bei 150°C ausgesetzt, wobei die Ergebnisse davon in 36 gezeigt sind. In der Figur bezeichnet die Kurve N die Charakteristik der vorliegenden Ausführungsform, während die Kurve n die Charakteristik des Vergleichsbeispiels anzeigt. Wie aus der Figur ersichtlich zeigte die vorliegende Ausführungsform eine hervorragende Widerstandsfähigkeit gegenüber Spannungs-hervorgerufenen Ausfällen auf.The thus-formed single-crystal Al film was processed into an electrode line of 1.0, 0.6, or 0.4 μm width and 1 m length as in 1 shown. After a 5000 A thick PSG layer was deposited, the surface formed with the electrode line was subjected to a high-temperature test at 150 ° C, the results of which are shown in FIG 36 are shown. In the figure, the curve N indicates the characteristic of the present embodiment, while the curve n indicates the characteristic of the comparative example. As apparent from the figure, the present embodiment exhibited excellent resistance to stress-induced failures.

Als eine Elektrodenleitung, deren Breite auf 3,3 μm gesetzt war, einem Elektromigrationstest mit einer Stromdichte von 5 × 106 A/cm2 bei 200°C ausgesetzt wurde, wurde deren Widerstand gemessen. Aus einem derartigen Ergebnis wurde angenommen, dass die Lebensdauer der Elektrodenleitung ungefähr 10 mal so lang wie diejenige der herkömmlichen Al Elektrodenleitung sein würde.When an electrode line whose width was set to 3.3 μm was subjected to an electromigration test with a current density of 5 × 10 6 A / cm 2 at 200 ° C., its resistance was measured. From such a result, it was assumed that the life of the electrode line would be about 10 times as long as that of the conventional Al electrode line.

In dem vorliegenden BEISPIEL wurde das ähnliche Ergebnis erhalten, als die voranstehend beschriebene Elektrodenleitung durch eine Kontaktschicht ersetzt wurde, die gebildet wurde durch Anordnen eines Kontaktlochs auf dem 8000 Å dicken SiO2 Film, der auf den Si Substrat gebildet war, und dann ein Ladepotential an den SiO2 Film gegeben wurde, indem Elektronenstrahl in der ähnlichen Weise wie voranstehend aufgestrahlt wurde, um dadurch ein Wachstum von Al zum Füllen des Kontaktlochs zu verursachen.In the present EXAMPLE, the similar result was obtained when the above-described electrode line was replaced by a contact layer formed by arranging a contact hole on the 8000 Å-thick SiO 2 film formed on the Si substrate and then a charging potential the SiO 2 film was given by irradiating electron beam in the similar manner as above, thereby causing growth of Al to fill the contact hole.

In dem Fall des vorliegenden BEISPIELS ist es möglich einen leitenden Film mit einer ausgerichteten vorbestimmten Kristallorientierung zu formen, durch das Anrichten eines leitungformenden Metallfilms nachdem einer Isolierschicht (-film) einen Ladepotential gegeben wurde.In In the case of the present EXAMPLE, it is possible to use a conductive film with an aligned predetermined crystal orientation, by arranging a lead-forming metal film after one Insulating layer (film) was given a charging potential.

BEISPIEL 33 NÜTZLICH ZUM VERSTÄNDNIS DER ERFINDUNGEXAMPLE 33 USEFUL TO UNDERSTANDING THE INVENTION

Ein (111) orientierter Einzelkristall-Al-Film wurde 4000 Å dick auf einem (111) Si Substrat mit aktiven Bereichen durch ein TIBA-gestütztes thermisches CVD Verfahren gebildet. Dann wurde Sauerstoff durch eine Ionenimplantation bei einer Implantationsenergie von 400 KeV und in Mengen von 109 cm2 implantiert, sodass der Sauerstoff eine Spitze angrenzend zu dem Übergang zwischen dem Al Film und dem Si Substrat aufweisen konnte. Bei dieser Ionenimplantation wurde der Winkel der Implantation auf 8° eingestellt, um eine Kanalbildung zu verhindern.A (111) oriented single crystal Al film was formed 4000 Å thick on a (111) Si substrate with active regions by a TIBA-based thermal CVD method. Then, oxygen was implanted by ion implantation at an implantation energy of 400 KeV and in amounts of 10 9 cm 2 so that the oxygen could have a peak adjacent to the junction between the Al film and the Si substrate. In this ion implantation, the angle of implantation was set at 8 ° to prevent channeling.

Nach der Sauerstoffimplantation wurde das so verarbeitete Siliziumsubstrat einer thermischen Behandlung bei 450°C über 30 min. in einem thermischen Vakuumbehandlungsofen ausgesetzt. Dann wurde die Al Filmoberfläche durch eine Aufströmung zurückgeätzt, und Cu, Mg oder Ti wurde auf die geätzte Oberfläche mit unterschiedlichen Mengen durch eine Aufsträubung aufgebracht. Nach einer thermischen Behandlung bei 450°C über 40 Stunden in dem thermischen Vakuumbehandlungsofen, um dadurch die geätzte Oberfläche zu homogenisieren, wurde das soweit verarbeitete Siliziumsubstrat einem Rutherford-Rückstreu-(RBS)-Verfahren ausgesetzt. Als Folge davon war die Zusammensetzung des Al Films, wie in der Tabelle 6 gezeigt.To the oxygen implantation became the silicon substrate thus processed a thermal treatment at 450 ° C for 30 min. in a thermal Vacuum treatment furnace exposed. Then the Al film surface got through an upflow etched back, and Cu, Mg or Ti was etched on the Surface with applied different amounts by a Aufsträubung. After a thermal treatment at 450 ° C for 40 hours in the thermal vacuum treatment furnace to thereby homogenize the etched surface, For example, the silicon substrate processed so far was subjected to a Rutherford backscatter (RBS) process exposed. As a result, the composition of the Al film, as shown in Table 6.

Die RBS Analyse erfasst eine Kanalbildung, wodurch nachgewiesen wurde, dass der Al Film ein einziges Teil war. Ferner wurde beobachtet, dass der implantierte Sauerstoff sich in Al2O3 und SiO2 an der Al/Si Schnittfläche entwickelt hat.The RBS analysis detects channeling, proving that the Al film was a single piece. Further, it has been observed that the implanted oxygen has evolved into Al 2 O 3 and SiO 2 at the Al / Si interface.

TABELLE 6

Figure 00400001
TABLE 6
Figure 00400001

Figure 00410001
Figure 00410001

Ein Al Einzelkristall-Legierungsfilm, der von dem Si Substrat durch den voranstehend beschriebenen Oxydfilm isoliert war, wurde in einer 0,5 μm breite und 1 m lange Elektrodenleitung verarbeitet, wie in 1 gezeigt, und so angeordnet, dass die (111) Ebene parallel zu der longitudinalen Richtung der Leitung war. Dann wurden sequenziell eine 5000 Å dicke PSG Schicht und eine 7500 Å Plasma-Sin Schicht sequenziell auf der mit der Elektrodenleitung ausgebildeten Oberfläche gebildet, um dadurch Halbleitereinrichtungen herzustellen.An Al single-crystal alloy film, which was isolated from the Si substrate by the above-described oxide film, was processed in a 0.5 μm wide and 1 m long electrode line as shown in FIG 1 and arranged so that the (111) plane was parallel to the longitudinal direction of the pipe. Then, a 5000Å thick PSG layer and a 7500Å plasma Sin layer were sequentially formed on the surface formed with the electrode line sequentially to thereby manufacture semiconductor devices.

Als die so gebildeten Halbleiterleinrichtungen einem Hochtemperaturtest bei 150°C ausgesetzt wurden, war der prozentuale Anteil der Defekten auf beiden Halbleiterleinrichtungen 0%, sogar nach dem Ablauf der 10.000 Stunden. Die Tabelle 6 zeigt auch die Linien-Formbarkeit ⊙: hervorragend, O: zufriedenstellend, X: schlecht) und die Anzahl von Fehlstellen pro Einheitslänge (Stück/cm) an.When the semiconductor devices thus formed a high-temperature test at 150 ° C were exposed, the percentage of defects was on both Semiconductor devices 0%, even after the lapse of 10,000 hours. Table 6 also shows the line formability ⊙: excellent, O: satisfactory, X: bad) and the number of defects per unit length (pieces / cm).

In jedem der voranstehend beschriebenen Proben, sind die bevorzugten Zusammensetzungen im Hinblick auf eine Formbarkeit: Al-Cu Legierungs-Einzelkristall: 0,5 at%Cu oder weniger Al-Ti Legierungs-Einzelkristall: 0,1 at%Ti oder weniger Al-Mg Legierungs-Einzelkristall: 0,5 at%Mg oder weniger In any of the above-described samples, the preferred compositions are from the viewpoint of moldability: Al-Cu alloy single crystal: 0.5 at% Cu or less Al-Ti alloy single crystal: 0.1 at% Ti or less Al-Mg Alloy Single Crystal: 0.5 at% Mg or less

Ferner kann ein Verfahren zum Vorbereiten bzw. Herstellen einer Einzelkristall-Legierung derart sein, dass ein CVD Gas zu der Zeit eingeleitet wird, zu der der CVD Film gebildet werden soll, oder es kann eine Ionenimplantation sein. Beim Homogenisieren des aufgebrachten Films nach einer thermischen Behandlung kann der Film einem Elektronenstrahl-Aufdampfungsprozess oder einem Widerstandserwärmungs-Verdampfungsprozess, anstelle einer Aufstäubung (Sputter-Verfahren), ausgesetzt werden.Further For example, a method of preparing a single crystal alloy be such that a CVD gas is introduced at the time to which the CVD film is to be formed, or it may be an ion implantation be. When homogenizing the applied film after a thermal Treatment, the film can be an electron beam vapor deposition process or a resistance heating evaporation process, instead of a dusting (Sputtering).

Claims (3)

Halbleitereinrichtung, umfassend: ein Halbleitersubstrat mit aktiven Bereichen, die voneinander auf einer vorgegebenen Oberfläche davon elektrisch isoliert sind, und eine Elektrodenleitung, die auf dem Halbleitersubstrat durch eine Isolationsschicht angeordnet ist, wobei die Elektrodenleitung eine Laminierung von Elektrodenleitungsschichten umfasst, umfassend eine Metallpolykristallschicht bestehend aus Kristallkörnern und wobei wenigstens 95% der Kristallkörner so angeordnet sind, dass die normale Richtung der eng gepackten Ebenen der Kristallkörner 80° oder weniger mit der normalen Leitungsrichtung der Bodenfläche der Elektrodenleitung bildet, und eine zweite Polykristallschicht, die unterhalb der Metallpolykristallschicht vorgesehen ist, wobei die zweite Polykristallschicht einen hexagonalen Kristallaufbau aufweist.A semiconductor device comprising: a semiconductor substrate having active regions electrically insulated from each other on a predetermined surface thereof and an electrode line disposed on the semiconductor substrate through an insulating layer, the electrode line comprising a lamination of electrode line layers comprising a metal polycrystal layer consisting of crystal grains and wherein at least 95% of the crystal grains are arranged so that the normal direction of the closely packed planes of the crystal grains is 80 ° or less with the normal line direction of the bottom surface of the electrode line, and a second polycrystal layer provided below the metal polycrystal layer, the second one Polycrystalline layer a hexago having a crystal-like structure. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1, wobei das Verhältnis der c-Achse zu der a-Achse des hexagonalen Kristalls 1,60 oder mehr ist.A semiconductor device according to claim 1, wherein said relationship the c axis to the a axis of the hexagonal crystal is 1.60 or more is. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 2, wobei die zweite Polykristallschicht Mg oder AlN umfasst.A semiconductor device according to claim 2, wherein said second polycrystalline layer comprises Mg or AlN.
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