DE69034174T2 - Semiconductor device and method for its production - Google Patents
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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:
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
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
BEISPIEL 2 NÜTZLICH ZUM VERSTÄNDNIS DER ERFINDUNGEXAMPLE 2 USEFUL TO UNDERSTANDING THE INVENTION
Ein
(111) orientierter Einzelkristall-Al-Film
Der
so angeordnete W Film
Das
mit einer Elektrodenleitung ausgebildete Siliziumsubstrat hatte
einen PSG Film
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
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
Der
so angeordnete TiN Film
Das
mit einer Elektrodenleitung ausgebildete Siliziumsubstrat hatte
einen PSG Film
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
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
Der
Einzelkristall-Al-Film
Nachdem
das Kontaktierungsloch
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
Dann
wurde diese Probe einem Hochtemperaturtest ausgesetzt, während sie
der Luft bei 150°C
ausgesetzt war. Die Kurve D in
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
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
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
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
TABELLE 1 TABLE 1
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
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 TABLE 2
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
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
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
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
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
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
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
Das
Si Substrat
Dann
wurde von einer K-Zelle
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
Für die Zwecke
eines Vergleichs wurde eine andere Halbleitereinrichtung unter den
gleichen Bedingungen hergestellt, außer dass die Elektrodenleitung
Diese
Halbleitereinrichtungen wurden einem Hochtemperaturtest bei 150°C ausgesetzt,
wobei die Ergebnisse davon in
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
Das
Si Substrat
Dann
wurde von einer K-Zelle
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
Für Vergleichszwecke
wurde eine andere Halbleitereinrichtung unter den gleichen Bedingungen
hergestellt, mit Ausnahme davon, dass die Elektrodenleitung
Diese
Halbleitereinrichtungen wurden einem Hochtemperaturtest bei 150°C ausgesetzt,
wobei die Ergebnisse davon in
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 TABLE 3
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
Diese
Halbleitereinrichtungen, die so hergestellt wurden, wurden einem
Hochtemperaturtest bei 150°C über 4000
Stunden ausgesetzt, wobei die Ergebnisse davon in
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
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
Die
so erstellten Halbleitereinrichtungen wurden einem Hochtemperaturtest
bei 150°C über 3000 Stunden
ausgesetzt, wobei die Ergebnisse davon in
Das
Wachstum von Fehlstellen wurde beobachtet, nachdem die Halbleitereinrichtungen
nach dem obigen Test überholt
wurden, wobei die Ergebnisse davon schematisch in den
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
TABELLE 4 TABLE 4
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
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
TABELLE 5 TABLE 5
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
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
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
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
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
Der
so aufgebrachte Cu-Film
Dann
wurde eine 0,5 μm
breite und 0,1 μm
tiefe Ausnehmung (Nut)
Ein
3000 Å Al-Film
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
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
Dann
wurde eine 0,5 μm
breite und 0,1 μm
tiefe Nut (Ausnehmung)
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
Danach
wurde die Temperatur des Siliziumsubstrats auf 250°C eingestellt,
einer Temperatur zum Bilden eines Dünnfilms. Während Al von einer Molekularstrahlepetaxie-(MBE)-Verdampfungsquelle
Der
Al-Film, der so gebildet werden soll, wurde bei einer Wachstumsgeschwindigkeit
von 10 μm/h
mit einem Hochenergie-Reflexionselektronen-Beugungsmessgerät
Der
so gebildete Einzelkristall-Al-Film wurde in eine Elektrodenleitung
von 0,5 μm
Breite und 1 m Länge
ausgebildet, wie in
Für Vergleichszwecke,
wenn ein herkömmliches
MBE-Verfahren beim Aufwachsenlassen des Einzelkristall-Al und beim
Bilden des Al-Films verwendet wurde, betrug die Wachstumsgeschwindigkeit
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
Danach
wurde die Temperatur des Siliziumsubstrats auf 250°C eingestellt,
eine Temperatur zum Bilden eines Dünnfilms. Während Al von einer MBE-Verdampfungsquelle
Der
Al-Film, der so gebildet werden soll, wurde mit einem Hochenergie-Reflexionselektronen-Beugungsmessgerät
Der
so gebildete Einzelkristall-Al-Film wurde in eine Elektrodenleitung
von 0,5 μm
Breite und 1 m Länge,
wie in
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
Danach
wurde die Temperatur des Siliziumsubstrats auf 250°C eingestellt,
eine Temperatur zum Bilden eines Dünnfilms. Während Al von einer MBE-Verdampfungsquelle
Der
Al-Film, der so gebildet werden soll, wurde bei einer Wachstumsgeschwindigkeit
von 10 m/h mit einem Hochenergie-Reflexionselektronen-Brechungsmessgerät
Der
so gebildete Einzelkristall-Al-Film wurde in eine Elektrodenleitung
von 0,5 μm
Breite und 1 m Länge
verarbeitet, wie in
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
BEISPIEL 25 NÜTZLICH ZUM VERSTÄNDNIS DER ERFINDUNGEXAMPLE 25 USEFUL TO UNDERSTANDING THE INVENTION
Wie
in
Ein
SiO2-Film wurde bei 8000 Å dicke
auf der so gebildeten Gateelektrode
Dann,
wie in
Danach
wurden Sauerstoffionen, die durch den Einzelkristall-Al-Film
Nach
Trennen jedes aktiven Bereichs
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
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
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
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
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
Dann
wurde eine Fotolackschicht
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
Sodann
wurde das Siliziumsubstrat
Mit
dem Kontaktloch
Nachdem
der Einzelkristall Al-Film
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
Die
Oberflächenbehandlungskammer
Ein
Siliziumsubstrat
Dann
wurde das so oberflächenbehandelte
Siliziumsubstrat
Nach
der Aufbringung der monoatomischen Schicht wurde das so verarbeitete
Siliziumsubstrat
Der
Al-Film (die Schicht), der (die) auf dem Siliziumsubstrat
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
Der
Cracker
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
Der
Bildungsprozess wurde ausgeführt,
während
die Kristallinität
von Al, welches sich ausbildete, mit dem Hochenergie-Reflexionselektroden-Beugungsmessgerät
Der
Einzelkristall-Al-Film wurde in eine Elektrodenleitung von 0,5 μm Breite
und 1 m Länge,
wie in
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
Das
Si-Substrat
Dann
wurde von einer K-Zelle
Ein
(100) orientierter Einzelkristall-Al-Film wurde 4000 Å dick auf
dem Si-Substrat
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
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
Das
Si-Substrat
Dann
wurde von einer K-Zelle
Ein
(100) orientierter Einzelkristall-Al-Film wurde 4000 Å dick auf
dem Si-Substrat
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
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 TABLE 6
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
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:
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).
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