JP3131239B2 - 半導体回路装置用配線および半導体回路装置 - Google Patents
半導体回路装置用配線および半導体回路装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はコンピュータ等の電子機
器に搭載されるＬＳＩ等の半導体回路装置に関し、特に
その配線に深く関連するものである。
器に搭載されるＬＳＩ等の半導体回路装置に関し、特に
その配線に深く関連するものである。
【０００２】
【従来の技術】ＬＳＩの配線金属は、一般にＡｌを主成
分とする金属、すなわち純ＡｌまたはＡｌにＳｉやＣｕ
を微量含んだ金属が用いられる。高速，高密度化の要求
に従ってＡｌ配線の膜厚，線幅ともに小さくなっている
が、電流を流した際の断線、いわゆるエレクトロマイグ
レーションによる断線不良、あるいは高温放置のみで断
線するいわゆるストレスマイグレーションがＡｌ配線の
信頼性を損なわせ、微細化することが困難になってい
る。
分とする金属、すなわち純ＡｌまたはＡｌにＳｉやＣｕ
を微量含んだ金属が用いられる。高速，高密度化の要求
に従ってＡｌ配線の膜厚，線幅ともに小さくなっている
が、電流を流した際の断線、いわゆるエレクトロマイグ
レーションによる断線不良、あるいは高温放置のみで断
線するいわゆるストレスマイグレーションがＡｌ配線の
信頼性を損なわせ、微細化することが困難になってい
る。
【０００３】配線金属は、結晶学的には多結晶である。
従来、このようなＡｌ配線について、エレクトロマイグ
レーションによる断線不良が、各結晶粒の粒界部分での
ボイドやヒロックの発生，結晶粒内でのボイドやヒロッ
クの発生により引き起こされていることが知られてい
た。また多結晶Ａｌ配線について、｛１１１｝配向のＡ
ｌのエレクトロマイグレーション耐性（以下ＥＭ耐性と
いう）が｛１００｝配向多結晶よりもすぐれているとの
報告例もあった。
従来、このようなＡｌ配線について、エレクトロマイグ
レーションによる断線不良が、各結晶粒の粒界部分での
ボイドやヒロックの発生，結晶粒内でのボイドやヒロッ
クの発生により引き起こされていることが知られてい
た。また多結晶Ａｌ配線について、｛１１１｝配向のＡ
ｌのエレクトロマイグレーション耐性（以下ＥＭ耐性と
いう）が｛１００｝配向多結晶よりもすぐれているとの
報告例もあった。
【０００４】しかしながら、｛１１１｝配向多結晶また
は｛１００｝配向多結晶というのは、配線金属表面に平
行な格子面が｛１１１｝または｛１００｝面というだけ
で、このような多結晶Ａｌ膜を用いて配線を形成しても
ボイドやヒロックを生じてしまうことがあった。また、
単結晶Ａｌを配線として適用すると好ましい旨の報告も
あるが、期待される程ＥＭ耐性が良くないことがあっ
た。
は｛１００｝配向多結晶というのは、配線金属表面に平
行な格子面が｛１１１｝または｛１００｝面というだけ
で、このような多結晶Ａｌ膜を用いて配線を形成しても
ボイドやヒロックを生じてしまうことがあった。また、
単結晶Ａｌを配線として適用すると好ましい旨の報告も
あるが、期待される程ＥＭ耐性が良くないことがあっ
た。
【０００５】そこで、本発明者らは、特殊な測定手法を
用いることにより、多結晶や単結晶といった結晶性材料
からなる配線の結晶構造を解析した結果、電流の流れる
方向と、ボイドやヒロックの生じる箇所との因果関係を
見出し、かつ電流方向と結晶軸との定性的な関係を見出
した。
用いることにより、多結晶や単結晶といった結晶性材料
からなる配線の結晶構造を解析した結果、電流の流れる
方向と、ボイドやヒロックの生じる箇所との因果関係を
見出し、かつ電流方向と結晶軸との定性的な関係を見出
した。
【０００６】上記測定法とは、多結晶薄膜の結晶粒の結
晶軸について配線表面に平行な面および配線表面に垂直
な面がどのような方向を向いているか、非破壊で測定で
きる簡易な評価手法であり、走査形μ−ＲＨＥＥＤ顕微
鏡を用いるものである（Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎ
ａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ ２９
（１９８９）Ｌ２０７５）。
晶軸について配線表面に平行な面および配線表面に垂直
な面がどのような方向を向いているか、非破壊で測定で
きる簡易な評価手法であり、走査形μ−ＲＨＥＥＤ顕微
鏡を用いるものである（Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎ
ａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ ２９
（１９８９）Ｌ２０７５）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の主たる目的
は、従来よりもマイグレーション耐性に優れた配線を歩
留り良く製造可能とする構造の半導体回路装置用配線及
び半導体回路装置を提供することにある。
は、従来よりもマイグレーション耐性に優れた配線を歩
留り良く製造可能とする構造の半導体回路装置用配線及
び半導体回路装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ために、本発明による半導体回路装置用配線は、半導体
素子に接続される配線が結晶性材料からなる半導体回路
装置用配線において、前記結晶性材料を構成する単結晶
における最近接原子の配置する結晶軸方向と、前記配線
に流す電流の方向と、が互いに２２．５°以内で交差す
ることを特徴とする。
ために、本発明による半導体回路装置用配線は、半導体
素子に接続される配線が結晶性材料からなる半導体回路
装置用配線において、前記結晶性材料を構成する単結晶
における最近接原子の配置する結晶軸方向と、前記配線
に流す電流の方向と、が互いに２２．５°以内で交差す
ることを特徴とする。
【０００９】さらに、本発明による半導体回路装置は、
半導体素子と結晶性材料からなり該半導体素子に接続さ
れる配線とを有する半導体回路装置において、前記配線
は、その中を流れる電流の方向が異なり、かつ互いに直
角に交わる第１および第２の配線部を有しており、前記
第１および第２の配線部それぞれにおいて、該第１およ
び第２の配線部を構成する単結晶における最近接原子の
配置する結晶軸方向と、該第１および第２の配線部に流
す電流の方向と、が互いに２２．５°以内で交差するこ
とを特徴とする。
半導体素子と結晶性材料からなり該半導体素子に接続さ
れる配線とを有する半導体回路装置において、前記配線
は、その中を流れる電流の方向が異なり、かつ互いに直
角に交わる第１および第２の配線部を有しており、前記
第１および第２の配線部それぞれにおいて、該第１およ
び第２の配線部を構成する単結晶における最近接原子の
配置する結晶軸方向と、該第１および第２の配線部に流
す電流の方向と、が互いに２２．５°以内で交差するこ
とを特徴とする。
【００１０】
【作用】本発明は、配線に流す電流方向を配線を主とし
て構成する原子における最近接原子配置の結晶軸方向と
同じ、もしくは２２．５°以内で交差するように配線パ
ターンを形成するものである。
て構成する原子における最近接原子配置の結晶軸方向と
同じ、もしくは２２．５°以内で交差するように配線パ
ターンを形成するものである。
【００１１】以下各実施態様について説明する前に、本
発明者らが発見した相関関係について説明する。
発明者らが発見した相関関係について説明する。
【００１２】本発明者らは、ＬＳＩ配線においてＥＭ耐
性にすぐれた配線形成法を与え得るＥＭ耐性にすぐれた
結晶軸方向を明らかにした。
性にすぐれた配線形成法を与え得るＥＭ耐性にすぐれた
結晶軸方向を明らかにした。
【００１３】一般に、配線に電流を流すと、電子の流れ
によって金属原子が移動し、ボイドが発生し、ボイドの
陽極側にヒロックが形成されると言われている。ボイド
やヒロックの発生が最悪の場合、断線に至ってしまう。
ボイドやヒロックの発生は結晶粒界でおこりやすく、
「粒界拡散」と呼ばれている。またボイドやヒロックの
発生は、結晶粒界ばかりでなく、結晶粒内でも起こり、
粒内で生ずるものは「格子拡散」あるいは「表面拡散」
と呼ばれている。
によって金属原子が移動し、ボイドが発生し、ボイドの
陽極側にヒロックが形成されると言われている。ボイド
やヒロックの発生が最悪の場合、断線に至ってしまう。
ボイドやヒロックの発生は結晶粒界でおこりやすく、
「粒界拡散」と呼ばれている。またボイドやヒロックの
発生は、結晶粒界ばかりでなく、結晶粒内でも起こり、
粒内で生ずるものは「格子拡散」あるいは「表面拡散」
と呼ばれている。
【００１４】本発明者らは、ＥＭ耐性にすぐれる結晶軸
を決定するに先立ち、多結晶薄膜の各結晶粒の結晶方位
について配線金属表面に平行な面の方位，垂直な面の方
位を決定し、さらにＥＭによるヒロックおよびボイドの
形成の差を明らかにして、ＥＭ耐性にすぐれた電流方向
と結晶軸方向を決定した。
を決定するに先立ち、多結晶薄膜の各結晶粒の結晶方位
について配線金属表面に平行な面の方位，垂直な面の方
位を決定し、さらにＥＭによるヒロックおよびボイドの
形成の差を明らかにして、ＥＭ耐性にすぐれた電流方向
と結晶軸方向を決定した。
【００１５】そして、ウェハ表面で直交している直交配
線形成の場合に最適な配線の結晶軸方向を与え得ること
を明らかにした。
線形成の場合に最適な配線の結晶軸方向を与え得ること
を明らかにした。
【００１６】まず、金属結晶において電流の方向とＥＭ
との間に関係があるかについての考察結果について説明
する、図１のように粒界２０，２１，２２，２３および
２４の存在する多結晶配線に電流を流して、「粒界拡散
によって生ずるボイドおよびヒロックの発生と粒の結晶
軸の関係」および「ある結晶粒内でのボイド／ヒロック
の発生と結晶軸の関係」を明らかにした。図１は、ＬＳ
Ｉ表面に形成された幅Ｗを有する配線をウェハ真上から
見た平面図である。ｘｙ平面がウェハ表面に平行な面で
あり、また配線表面に平行な面であるとする。ここでは
ｘ方向に電流を流す。
との間に関係があるかについての考察結果について説明
する、図１のように粒界２０，２１，２２，２３および
２４の存在する多結晶配線に電流を流して、「粒界拡散
によって生ずるボイドおよびヒロックの発生と粒の結晶
軸の関係」および「ある結晶粒内でのボイド／ヒロック
の発生と結晶軸の関係」を明らかにした。図１は、ＬＳ
Ｉ表面に形成された幅Ｗを有する配線をウェハ真上から
見た平面図である。ｘｙ平面がウェハ表面に平行な面で
あり、また配線表面に平行な面であるとする。ここでは
ｘ方向に電流を流す。
【００１７】図１の多結晶配線の各結晶粒３０，３１，
３２および３３の結晶軸について説明する。従来は、ｘ
ｙ平面に平行な格子面が（００１）面であるならば（０
０１）配向と称していた。例えば、（００１）面内には
＜１００＞軸と＜１１０＞軸があるが、従来＜１００＞
軸や＜１１０＞軸がｘｙ面内でどちらを向いているかを
特定することは甚だ困難であった。前出のＪｐｎ．Ｊ．
Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．２９（１９８９）Ｌ２０７５で開
示された走査形μ−ＲＨＥＥＤ顕微鏡を用いる手法によ
ると、ｘｙ平面に平行な格子面の特定と、さらにｘｙ平
面に平行な格子面内での結晶軸の向きを非破壊で簡単に
特定することができる。この手法では、同時に結晶粒を
映像化して個々の結晶粒の大きさを観察できる。
３２および３３の結晶軸について説明する。従来は、ｘ
ｙ平面に平行な格子面が（００１）面であるならば（０
０１）配向と称していた。例えば、（００１）面内には
＜１００＞軸と＜１１０＞軸があるが、従来＜１００＞
軸や＜１１０＞軸がｘｙ面内でどちらを向いているかを
特定することは甚だ困難であった。前出のＪｐｎ．Ｊ．
Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．２９（１９８９）Ｌ２０７５で開
示された走査形μ−ＲＨＥＥＤ顕微鏡を用いる手法によ
ると、ｘｙ平面に平行な格子面の特定と、さらにｘｙ平
面に平行な格子面内での結晶軸の向きを非破壊で簡単に
特定することができる。この手法では、同時に結晶粒を
映像化して個々の結晶粒の大きさを観察できる。
【００１８】以下、ここでは、結晶面や結晶軸の表記
は、以下のように行う。結晶学的に等価な
は、以下のように行う。結晶学的に等価な
【００１９】
【外１】
【００２０】
【外２】
【００２１】さて、図１の結晶粒界２２がｘ軸にほぼ平
行にある時、粒界拡散によってボイドが発生しにくいの
は、面心立方格子結晶ならば結晶粒３１，３２のｘ軸方
向の結晶軸が［１１０］である時である。また、ある特
定の結晶粒に着目した場合に電流方向にボイド，ヒロッ
クが形成されにくいのは、［１１０］軸とｘ軸が平行で
ある時である。上記２点を本発明者らは見い出した。す
なわち、面心立方格子（以下、ｆ．ｃ．ｃという）構造
結晶を有する金属の場合［１１０］方向と電流の向きを
一致させる時、粒界拡散，格子拡散，表面拡散が共に抑
制される。また、体心立方格子（以下、ｂ．ｃ．ｃとい
う）結晶では［１１１］方向と電流方向が一致する時、
ＥＭによるヒロック，ボイドの発生が抑制できる。
行にある時、粒界拡散によってボイドが発生しにくいの
は、面心立方格子結晶ならば結晶粒３１，３２のｘ軸方
向の結晶軸が［１１０］である時である。また、ある特
定の結晶粒に着目した場合に電流方向にボイド，ヒロッ
クが形成されにくいのは、［１１０］軸とｘ軸が平行で
ある時である。上記２点を本発明者らは見い出した。す
なわち、面心立方格子（以下、ｆ．ｃ．ｃという）構造
結晶を有する金属の場合［１１０］方向と電流の向きを
一致させる時、粒界拡散，格子拡散，表面拡散が共に抑
制される。また、体心立方格子（以下、ｂ．ｃ．ｃとい
う）結晶では［１１１］方向と電流方向が一致する時、
ＥＭによるヒロック，ボイドの発生が抑制できる。
【００２２】ｆ．ｃ．ｃ結晶の［１１０］方向，ｂ．
ｃ．ｃ結晶の［１１１］方向は、結晶学的には金属を構
成する原子配列を考えると最近接原子が配置する結晶軸
方向である。ｆ．ｃ．ｃ結晶の［１１０］方向，ｂ．
ｃ．ｃ結晶の［１１１］方向は最近接原子配置結晶軸で
ある。
ｃ．ｃ結晶の［１１１］方向は、結晶学的には金属を構
成する原子配列を考えると最近接原子が配置する結晶軸
方向である。ｆ．ｃ．ｃ結晶の［１１０］方向，ｂ．
ｃ．ｃ結晶の［１１１］方向は最近接原子配置結晶軸で
ある。
【００２３】ＥＭは、定性的には電子流によって金属原
子が移動する現象と言われているが、従来結晶軸方向を
特性した上でＥＭを観察できなかったので、最近接原子
配置結晶軸方向がＥＭ耐性にすぐれることが予想できな
かった。ｆ．ｃ．ｃ結晶において、第２近接原子は［１
００］方向、第３近接原子は［１１２］方向、第４近接
原子は［１１１］方向に存在する。ｂ．ｃ．ｃ結晶にお
いて第２近接原子は［１００］、第３近接原子は［１１
０］方向に存在する。
子が移動する現象と言われているが、従来結晶軸方向を
特性した上でＥＭを観察できなかったので、最近接原子
配置結晶軸方向がＥＭ耐性にすぐれることが予想できな
かった。ｆ．ｃ．ｃ結晶において、第２近接原子は［１
００］方向、第３近接原子は［１１２］方向、第４近接
原子は［１１１］方向に存在する。ｂ．ｃ．ｃ結晶にお
いて第２近接原子は［１００］、第３近接原子は［１１
０］方向に存在する。
【００２４】定性的にｆ．ｃ．ｃ構造でのＥＭ耐性は、
［１１０］＞［１００］＞［１１２］＞［１１１］の
順、ｂ．ｃ．ｃ結晶では、［１１１］＞［１００］＞
［１１０］の順と考えられるが、第２近接原子以降は、
３次元的効果もあり実験的な範囲で、ＥＭ耐性の優劣は
つけ難かった。
［１１０］＞［１００］＞［１１２］＞［１１１］の
順、ｂ．ｃ．ｃ結晶では、［１１１］＞［１００］＞
［１１０］の順と考えられるが、第２近接原子以降は、
３次元的効果もあり実験的な範囲で、ＥＭ耐性の優劣は
つけ難かった。
【００２５】ＬＳＩ配線に用いられるＡｌやＣｕは、
ｆ．ｃ．ｃ，ＭｏやＷはｂ．ｃ．ｃ結晶である。図１と
同様、ｘｙｚ空間において、ｘｙ平面がウェハ表面に平
行な面であり、配線の形成される面とする。ｘｙ平面に
平行な配線の格子面が｛１００｝，｛１１１｝，｛１１
０｝で、最適な配線形成法が異なる。以下、ｆ．ｃ．ｃ
構造の場合を考える。図２（ａ）に｛１００｝面内に存
在する［１００］，［１１０］軸方向、図２（ｂ）に
｛１１１｝面内の［１１２］方向，［１１０］方向、図
２（ｃ）に｛１１０｝面内の［１００］［１１０］［１
１２］［１１１］方向を示す。
ｆ．ｃ．ｃ，ＭｏやＷはｂ．ｃ．ｃ結晶である。図１と
同様、ｘｙｚ空間において、ｘｙ平面がウェハ表面に平
行な面であり、配線の形成される面とする。ｘｙ平面に
平行な配線の格子面が｛１００｝，｛１１１｝，｛１１
０｝で、最適な配線形成法が異なる。以下、ｆ．ｃ．ｃ
構造の場合を考える。図２（ａ）に｛１００｝面内に存
在する［１００］，［１１０］軸方向、図２（ｂ）に
｛１１１｝面内の［１１２］方向，［１１０］方向、図
２（ｃ）に｛１１０｝面内の［１００］［１１０］［１
１２］［１１１］方向を示す。
【００２６】｛１００｝面内には、結晶学的に等価な
［１００］方向が４方向、［１１０］方向が４方向あ
る。［１００］と［１１０］は、互いに４５°で交わ
る。ｘ軸と［１１０］のなす角をθ1 、ｙ軸と［１０
０］のなす角をθ2 とする。常にθ1＋θ2 ＝４５°で
ある。
［１００］方向が４方向、［１１０］方向が４方向あ
る。［１００］と［１１０］は、互いに４５°で交わ
る。ｘ軸と［１１０］のなす角をθ1 、ｙ軸と［１０
０］のなす角をθ2 とする。常にθ1＋θ2 ＝４５°で
ある。
【００２７】｛１１１｝面内には、結晶学的に等価な
［１１０］方向と［１１２］方向がそれぞれ６方向あ
る。［１１２］と［１１０］は互いに３０°で交わる。
ｘ軸と［１１０］のなす角をθ31およびθ32とする。ｙ
軸と［１１２］のなす角をθ41およびθ42とする。θ31
＋θ32＝θ41＋θ42＝６０°，θ31＝θ41，θ32＝θ42
である。
［１１０］方向と［１１２］方向がそれぞれ６方向あ
る。［１１２］と［１１０］は互いに３０°で交わる。
ｘ軸と［１１０］のなす角をθ31およびθ32とする。ｙ
軸と［１１２］のなす角をθ41およびθ42とする。θ31
＋θ32＝θ41＋θ42＝６０°，θ31＝θ41，θ32＝θ42
である。
【００２８】｛１１０｝面内には、結晶学的に等価な
［１１０］方向，［１１１］方向，［１１２］方向，
［１００］方向が各々２方向ある。［１１０］方向と
［１００］方向は、直交する。［１１１］と［１１０］
あるいは［１１２］と［１００］の交わる角度をα、
［１１０］と［１１２］あるいは［１００］と［１１
１］の交わる角度をβとすると、
［１１０］方向，［１１１］方向，［１１２］方向，
［１００］方向が各々２方向ある。［１１０］方向と
［１００］方向は、直交する。［１１１］と［１１０］
あるいは［１１２］と［１００］の交わる角度をα、
［１１０］と［１１２］あるいは［１００］と［１１
１］の交わる角度をβとすると、
【００２９】
【数１】
【００３０】単結晶配線について、断線までの時間の中
間値（ＭＴＦ：Ｍｅｄｉａｎ Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆａｉ
ｌｕｒｅ）を測定するとき、ｆ．ｃ．ｃ結晶であるＡｌ
の場合、電流方向と結晶軸の関係を調べたところ、［１
００］配向単結晶の場合、すなわち、｛１００｝がｘｙ
平面に平行なとき、電流方向と［１１０］のなす角θ1
が０°から±２２．５°までの時、ＥＭ耐性にすぐれ、
好ましくは、０°から±５°の時、よりＥＭ耐性にすぐ
れていた。｛１１１｝配向単結晶の場合、電流方向と
［１１０］のなす角θ2 が０°から±１５°までの時、
特にＥＭ耐性がすぐれ、好ましくは０°から±５°の
時、より一層ＥＭ耐性がすぐれていた。｛１１０｝配向
単結晶の場合、電流方向と［１１０］のなす角θ3 が０
°から±２０°までの時、特にＥＭ耐性にすぐれ、好ま
しくは０°から±５°の時、より一層ＥＭ耐性がすぐれ
ていた。
間値（ＭＴＦ：Ｍｅｄｉａｎ Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆａｉ
ｌｕｒｅ）を測定するとき、ｆ．ｃ．ｃ結晶であるＡｌ
の場合、電流方向と結晶軸の関係を調べたところ、［１
００］配向単結晶の場合、すなわち、｛１００｝がｘｙ
平面に平行なとき、電流方向と［１１０］のなす角θ1
が０°から±２２．５°までの時、ＥＭ耐性にすぐれ、
好ましくは、０°から±５°の時、よりＥＭ耐性にすぐ
れていた。｛１１１｝配向単結晶の場合、電流方向と
［１１０］のなす角θ2 が０°から±１５°までの時、
特にＥＭ耐性がすぐれ、好ましくは０°から±５°の
時、より一層ＥＭ耐性がすぐれていた。｛１１０｝配向
単結晶の場合、電流方向と［１１０］のなす角θ3 が０
°から±２０°までの時、特にＥＭ耐性にすぐれ、好ま
しくは０°から±５°の時、より一層ＥＭ耐性がすぐれ
ていた。
【００３１】｛１００｝面には等価な［１１０］方向，
［１００］方向が、各々４方向ある。ここで注意すべき
点は、ＥＭ耐性にすぐれる［１１０］方向が直交するこ
とである。そこで、ｘｙ平面をウェハ表面に平行な面と
すると、ｘ軸方向とｙ軸方向の両方に電流が流れる。従
って、単結晶配線の場合、（００１）配向面の場合、＜
１１０＞をｘ軸に平行にすると、
［１００］方向が、各々４方向ある。ここで注意すべき
点は、ＥＭ耐性にすぐれる［１１０］方向が直交するこ
とである。そこで、ｘｙ平面をウェハ表面に平行な面と
すると、ｘ軸方向とｙ軸方向の両方に電流が流れる。従
って、単結晶配線の場合、（００１）配向面の場合、＜
１１０＞をｘ軸に平行にすると、
【００３２】
【外３】
【００３３】
【実施例】以下に本発明の実施例を詳細に説明する。
【００３４】（実施例１）図３は本発明の一実施例によ
る半導体回路装置を説明するための模式図であり、図３
（ａ）が回路、図３（ｂ）がレイアウトを示している。
図３（ａ）の通り本例は、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ
（Ｐ1 ），（Ｐ2 ）とＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ（ｎ
1 ），（ｎ2 ）とを含むＣＭＯＳのＮＡＮＤ回路であ
る。このＮＡＮＤ回路は面方位（１１１）のＳｉウェハ
に形成されており、図中Ｘ方向がＡｌ配線２００１，２
００３，２０１１，２０１３，２０１４，２０１５，２
０２１の電流の流れる方向、すなわちＡｌ［１１０］方
向である。
る半導体回路装置を説明するための模式図であり、図３
（ａ）が回路、図３（ｂ）がレイアウトを示している。
図３（ａ）の通り本例は、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ
（Ｐ1 ），（Ｐ2 ）とＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ（ｎ
1 ），（ｎ2 ）とを含むＣＭＯＳのＮＡＮＤ回路であ
る。このＮＡＮＤ回路は面方位（１１１）のＳｉウェハ
に形成されており、図中Ｘ方向がＡｌ配線２００１，２
００３，２０１１，２０１３，２０１４，２０１５，２
０２１の電流の流れる方向、すなわちＡｌ［１１０］方
向である。
【００３５】これに対してＹ方向はＡｌ配線２００２，
２０１２，２０１６，２０２２の電流の流れる方向、す
なわちＡｌ［１１０］方向である。そして、Ｚ方向、す
なわち図３の紙面と垂直な方向が全Ａｌ配線の厚さ方向
およびコンタクトホール４００１の深さ方向であり、Ａ
ｌ［１００］方向である。
２０１２，２０１６，２０２２の電流の流れる方向、す
なわちＡｌ［１１０］方向である。そして、Ｚ方向、す
なわち図３の紙面と垂直な方向が全Ａｌ配線の厚さ方向
およびコンタクトホール４００１の深さ方向であり、Ａ
ｌ［１００］方向である。
【００３６】ここで、Ａｌ配線２０２１は基準電源ＶDD
のラインであり、Ａｌ配線２００１は基準電位ＶSSのラ
インである。
のラインであり、Ａｌ配線２００１は基準電位ＶSSのラ
インである。
【００３７】次に本実施例の製造方法について詳述す
る。
る。
【００３８】ＰＭＯＳＦＥＴおよびＮＭＯＳＦＥＴの製
造方法は公知の多結晶シリコンゲートＣＭＯＳプロセス
を用いるものであるので、その点は簡略に述べ、Ａｌ配
線の形成法について詳しく述べる。
造方法は公知の多結晶シリコンゲートＣＭＯＳプロセス
を用いるものであるので、その点は簡略に述べ、Ａｌ配
線の形成法について詳しく述べる。
【００３９】面方位（１１１）のｎ型Ｓｉウェハを用意
する。
する。
【００４０】ＮＭＯＳＦＥＴを形成するためにＰウェル
を形成する。
を形成する。
【００４１】活性領域を形成するために選択酸化法によ
りフィールド酸化膜を形成する。
りフィールド酸化膜を形成する。
【００４２】ゲート酸化膜を形成する。
【００４３】多結晶シリコンを堆積しパターニングする
ことでゲート電極を形成する。
ことでゲート電極を形成する。
【００４４】ヒ素をイオン注入し、熱処理してＮＭＯＳ
ＦＥＴのソースおよびドレイン領域を形成する。
ＦＥＴのソースおよびドレイン領域を形成する。
【００４５】ホウ素をイオン注入し、熱処理してＰＭＯ
ＳＦＥＴのソースおよびドレイン領域を形成する。
ＳＦＥＴのソースおよびドレイン領域を形成する。
【００４６】リンを含む酸化シリコン膜（ＰＳＧ）を堆
積させて熱処理する。
積させて熱処理する。
【００４７】コンタクトホールを形成するためにＰＳＧ
膜の一部分をドライエッチングで除去し、０．８μｍ角
のコンタクトホールを形成する。
膜の一部分をドライエッチングで除去し、０．８μｍ角
のコンタクトホールを形成する。
【００４８】次に、コンタクトホール、すなわち絶縁膜
としてのＰＳＧ膜からＳｉ表面が露出している部分にの
みＡｌを堆積させる。
としてのＰＳＧ膜からＳｉ表面が露出している部分にの
みＡｌを堆積させる。
【００４９】このメタライゼーションプロセスでは原料
ガスにジメチルアルミニウムハイドライド（ＤＭＡＨ）
を用い、反応ガスとして水素を用いたＣＶＤ法を採用す
る。
ガスにジメチルアルミニウムハイドライド（ＤＭＡＨ）
を用い、反応ガスとして水素を用いたＣＶＤ法を採用す
る。
【００５０】反応器内にコンタクトホールが形成され、
ＨＦ溶液による表面処理が済んだ基体を配し、上記ＤＭ
ＡＨとＨ2 ガスとを導入し、基体温度２８０℃にてＡｌ
を選択的に堆積させる。このプロセスではコンタクトホ
ール内のＡｌは面方位（１００）の単結晶Ａｌとなる。
ＨＦ溶液による表面処理が済んだ基体を配し、上記ＤＭ
ＡＨとＨ2 ガスとを導入し、基体温度２８０℃にてＡｌ
を選択的に堆積させる。このプロセスではコンタクトホ
ール内のＡｌは面方位（１００）の単結晶Ａｌとなる。
【００５１】次いで、ＤＭＡＨを用いたプラズマＣＶＤ
法によりＡｌを基体全面に堆積させる。レーザ光を用い
て、コンタクトホール内のＡｌ単結晶をシードとした固
相エピタキシャル成長法によりＰＳＧ膜上の多結晶Ａｌ
を単結晶化する。ここで走査形μ−ＲＨＥＥＤ顕微鏡を
用いて単結晶化されたＡｌの平面方向（ＸＹ面方向）の
結晶面を確認する。Ａｌが（１００）配向単結晶であ
り，ｘ軸を［１１０］と平行な方向、ｙ軸を［１１０］
と平行な方向とできるようなＡｌ配線のマスクパターン
を使用し、図３（ｂ）に示すようなレイアウトのＡｌ配
線を形成する。
法によりＡｌを基体全面に堆積させる。レーザ光を用い
て、コンタクトホール内のＡｌ単結晶をシードとした固
相エピタキシャル成長法によりＰＳＧ膜上の多結晶Ａｌ
を単結晶化する。ここで走査形μ−ＲＨＥＥＤ顕微鏡を
用いて単結晶化されたＡｌの平面方向（ＸＹ面方向）の
結晶面を確認する。Ａｌが（１００）配向単結晶であ
り，ｘ軸を［１１０］と平行な方向、ｙ軸を［１１０］
と平行な方向とできるようなＡｌ配線のマスクパターン
を使用し、図３（ｂ）に示すようなレイアウトのＡｌ配
線を形成する。
【００５２】以上説明した製造方法においては、ウェハ
を次のように取扱う。すなわち、図４を参照して説明す
ると、Ｓｉウェハ１上に多数個の長方形チップ２１００
を製作するＬＳＩにおいて、配線の特定結晶軸とＳｉウ
ェハのオリエンテーションフラット面２１０１をそろえ
る。
を次のように取扱う。すなわち、図４を参照して説明す
ると、Ｓｉウェハ１上に多数個の長方形チップ２１００
を製作するＬＳＩにおいて、配線の特定結晶軸とＳｉウ
ェハのオリエンテーションフラット面２１０１をそろえ
る。
【００５３】Ａｌ配線の面方位は（００１）単結晶であ
る。ｚ軸は＜００１＞と平行であるとする。（００１）
面内の＜１１０＞方向とｘ軸，
る。ｚ軸は＜００１＞と平行であるとする。（００１）
面内の＜１１０＞方向とｘ軸，
【００５４】
【外４】
【００５５】ウェハ１は、オリエンテーションフラット
面を表わすベクトル
面を表わすベクトル
【００５６】
【外５】
【００５７】このようにすれば、最も効率よく多数枚の
チップを切出せると共に、前述の配線パターンの精度を
上げることができるのでＥＭ耐性が向上する。ここで、
２１０２は長方形チップの辺、２１１０はＡｌ配線であ
る。
チップを切出せると共に、前述の配線パターンの精度を
上げることができるのでＥＭ耐性が向上する。ここで、
２１０２は長方形チップの辺、２１１０はＡｌ配線であ
る。
【００５８】これ以外にＳｉ（１１１）ウェハを用いて
基板裏面を加熱することでＳｉ（１１１）に応じてＡｌ
（１１１）膜を形成してこれを配線として利用するもの
であってもよい。さらに、上述した実施例１ではＳｉ
（１１１）ウェハを用いたが、Ｓｉ（１００）ウェハを
用いて基板裏面を加熱する固相成長によりＳｉ（１０
０）に応じてＡｌ（１００）膜を形成し、これを利用す
るものでもよい。
基板裏面を加熱することでＳｉ（１１１）に応じてＡｌ
（１１１）膜を形成してこれを配線として利用するもの
であってもよい。さらに、上述した実施例１ではＳｉ
（１１１）ウェハを用いたが、Ｓｉ（１００）ウェハを
用いて基板裏面を加熱する固相成長によりＳｉ（１０
０）に応じてＡｌ（１００）膜を形成し、これを利用す
るものでもよい。
【００５９】（他の実施例）以上説明した実施例１では
単結晶Ａｌ配線について述べた。しかし、多結晶材料で
あってもそれを構成する結晶粒（単結晶）の少なくとも
５０％以上、より好ましくは９５％以上の方位を制御し
てその最近接原子の配置される結晶軸を電流方向に対し
て平行にすればよい。
単結晶Ａｌ配線について述べた。しかし、多結晶材料で
あってもそれを構成する結晶粒（単結晶）の少なくとも
５０％以上、より好ましくは９５％以上の方位を制御し
てその最近接原子の配置される結晶軸を電流方向に対し
て平行にすればよい。
【００６０】材料については、面心立方格子であるＡｌ
に変えてＣｕを用いることもでき、Ａｌと同様に電流が
流れる方向が＜０１１＞方向となるように配線をパター
ニングする。
に変えてＣｕを用いることもでき、Ａｌと同様に電流が
流れる方向が＜０１１＞方向となるように配線をパター
ニングする。
【００６１】これらとは別に体心立方格子であるＷやＭ
ｏを用いる場合には、電流が流れる方向が＜１１１＞と
なるように配線をパターニングする。使用される面心立
方格子の単結晶としては膜の上面が｛１００｝，｛１１
１｝，｛１１０｝面となる｛１００｝配向，｛１１１｝
配向，｛１１０｝配向のものが挙げられる。
ｏを用いる場合には、電流が流れる方向が＜１１１＞と
なるように配線をパターニングする。使用される面心立
方格子の単結晶としては膜の上面が｛１００｝，｛１１
１｝，｛１１０｝面となる｛１００｝配向，｛１１１｝
配向，｛１１０｝配向のものが挙げられる。
【００６２】とりわけ｛１００｝配向単結晶は電流の流
れる方向として選択される［１００］方向が膜平面（図
４でいうＸＹ面）に４つあり互いに直交するので最も望
ましい。
れる方向として選択される［１００］方向が膜平面（図
４でいうＸＹ面）に４つあり互いに直交するので最も望
ましい。
【００６３】また、配線パターンとして直交する２方向
をもつものではなくほぼ６０°で交差する２方向の配線
を用いる場合には｛１１１｝配向の単結晶を用いること
が好ましい。さらには、一方向のみの配線を用いる場合
には｛１１０｝配向の単結晶を用いることもできる。
をもつものではなくほぼ６０°で交差する２方向の配線
を用いる場合には｛１１１｝配向の単結晶を用いること
が好ましい。さらには、一方向のみの配線を用いる場合
には｛１１０｝配向の単結晶を用いることもできる。
【００６４】以下、実験例を挙げて本発明に適用可能な
金属膜について説明し、本発明の効果について詳述す
る。
金属膜について説明し、本発明の効果について詳述す
る。
【００６５】（実験例１）図１に示すような配線金属に
電流を流して、各結晶粒界および結晶粒内に生ずる変化
を観測した。
電流を流して、各結晶粒界および結晶粒内に生ずる変化
を観測した。
【００６６】図１の配線金属の作製手順は、以下の通り
である。Ｓｉ基板を熱酸化し、熱酸化ＳｉＯ2 膜（厚
さ：１μｍ）上にバイアススパッタ法でＣｕをウェハ上
全面に堆積する。Ｃｕ層の厚さは０．５μｍ，配線幅３
０μｍである。配線の両端には、電流を流すパッド（図
示せず）および電圧を測定するパッド（図示せず）を形
成している。
である。Ｓｉ基板を熱酸化し、熱酸化ＳｉＯ2 膜（厚
さ：１μｍ）上にバイアススパッタ法でＣｕをウェハ上
全面に堆積する。Ｃｕ層の厚さは０．５μｍ，配線幅３
０μｍである。配線の両端には、電流を流すパッド（図
示せず）および電圧を測定するパッド（図示せず）を形
成している。
【００６７】電流を流す手順，結晶方位の決定，観察手
順は、以下の通りである。
順は、以下の通りである。
【００６８】上記手順で作製した配線金属の形成された
ウェハを走査形μ−ＲＨＥＥＤ顕微鏡に装填する。配線
両端の電流および電圧端子は、走査形μ−ＲＨＥＥＤ顕
微鏡外部の端子と装置内でワイヤーを用いて接続されて
いる。まず、室温のまま、かつ電流を流さずに、配線内
の各結晶粒の形および各結晶粒内の結晶軸方位を決定す
る。走査形μ−ＲＨＥＥＤ顕微鏡による電子線回折パタ
ーン観察および走査μ−ＲＨＥＥＤ顕微鏡観察により、
結晶粒分布と、各結晶粒について「配線金属の表面
（ＸＹ平面）に平行な格子面の結晶方位」と「配線金属
の表面（Ｘ平面）に垂直な格子面がどのような方向に向
いているか、すなわちその格子面とＸＹ平面との交線が
ＸＹ平面内でどのような方向に向いているか」を決定す
ることができる。次に、測定試料を加熱し、一定電流を
配線金属に流しながら、上記結晶粒分布と各結晶粒の結
晶軸方位を観察する。同時に走査二次電子像観察により
配線の表面形態などの形状変化を観察する。
ウェハを走査形μ−ＲＨＥＥＤ顕微鏡に装填する。配線
両端の電流および電圧端子は、走査形μ−ＲＨＥＥＤ顕
微鏡外部の端子と装置内でワイヤーを用いて接続されて
いる。まず、室温のまま、かつ電流を流さずに、配線内
の各結晶粒の形および各結晶粒内の結晶軸方位を決定す
る。走査形μ−ＲＨＥＥＤ顕微鏡による電子線回折パタ
ーン観察および走査μ−ＲＨＥＥＤ顕微鏡観察により、
結晶粒分布と、各結晶粒について「配線金属の表面
（ＸＹ平面）に平行な格子面の結晶方位」と「配線金属
の表面（Ｘ平面）に垂直な格子面がどのような方向に向
いているか、すなわちその格子面とＸＹ平面との交線が
ＸＹ平面内でどのような方向に向いているか」を決定す
ることができる。次に、測定試料を加熱し、一定電流を
配線金属に流しながら、上記結晶粒分布と各結晶粒の結
晶軸方位を観察する。同時に走査二次電子像観察により
配線の表面形態などの形状変化を観察する。
【００６９】上記の手順でＣｕ配線について観察した。
Ｃｕ配線の膜厚は、０．５μｍである。図１はＣｕ配線
の結晶粒分布および結晶粒内の結晶軸方位の観察の一例
を示し、図５および図６は通電後に観察されたボイドお
よびヒロックを示す。電流を流す前の各結晶粒の結晶軸
方位について、説明する。
Ｃｕ配線の膜厚は、０．５μｍである。図１はＣｕ配線
の結晶粒分布および結晶粒内の結晶軸方位の観察の一例
を示し、図５および図６は通電後に観察されたボイドお
よびヒロックを示す。電流を流す前の各結晶粒の結晶軸
方位について、説明する。
【００７０】以下の説明において結晶学的に等価な
【００７１】
【外６】
【００７２】
【外７】
【００７３】
【外８】
【００７４】
【外９】
【００７５】
【外１０】
【００７６】
【外１１】
【００７７】説明を容易にするために、配線の表面に平
行な面をｘｙ平面とし、垂直方向をｚ軸方向とする。配
線の長手方向をｘ軸とする。
行な面をｘｙ平面とし、垂直方向をｚ軸方向とする。配
線の長手方向をｘ軸とする。
【００７８】結晶粒３０，３１，３２および３３の上面
はいずれも（００１）面であった。すなわち、ｚ軸と＜
００１＞方向がほぼ平行であった。｛１００｝面には、
結晶軸方向として［１００］，［１１０］が含まれる。
［１００］と［１１０］軸は｛１００｝面内で互いに４
５°で交わる。結晶粒３０において、＜１００＞軸はｘ
軸とほぼ２０°で交わっていた。以下［１００］軸とｘ
ｙ面内でｘ軸の交わる角をφ［１００］，［１１０］軸
とｘ軸の交わる角をφ［１１０］と記す。すなわち結晶
粒３０においてφ［１００］はほぼ２０°であった。同
様に、結晶粒３１において、φ［１１０］はほぼ数度，
結晶粒３２において、φ［１００］はほぼ数度，結晶粒
３３において、φ［１００］はほぼ１５°であった。
はいずれも（００１）面であった。すなわち、ｚ軸と＜
００１＞方向がほぼ平行であった。｛１００｝面には、
結晶軸方向として［１００］，［１１０］が含まれる。
［１００］と［１１０］軸は｛１００｝面内で互いに４
５°で交わる。結晶粒３０において、＜１００＞軸はｘ
軸とほぼ２０°で交わっていた。以下［１００］軸とｘ
ｙ面内でｘ軸の交わる角をφ［１００］，［１１０］軸
とｘ軸の交わる角をφ［１１０］と記す。すなわち結晶
粒３０においてφ［１００］はほぼ２０°であった。同
様に、結晶粒３１において、φ［１１０］はほぼ数度，
結晶粒３２において、φ［１００］はほぼ数度，結晶粒
３３において、φ［１００］はほぼ１５°であった。
【００７９】走査μ−ＲＨＥＥＤ像観察により、非破壊
で、各結晶粒の粒界２０，２１，２２，２３と各結晶粒
の面方位と、［１１０］，［１００］方向を上記のよう
に決定した。
で、各結晶粒の粒界２０，２１，２２，２３と各結晶粒
の面方位と、［１１０］，［１００］方向を上記のよう
に決定した。
【００８０】走査形μ−ＲＨＥＥＤ顕微鏡内で配線に電
流を流した。配線の温度はほぼ２５０℃、電流密度はほ
ぼ５×１０5 Ａ／ｃｍ2 であった。図５，図６に示すよ
うに、通電中に以下の点が観察された。図１，図５およ
び図６中、矢印４０は電子の流れを示す。
流を流した。配線の温度はほぼ２５０℃、電流密度はほ
ぼ５×１０5 Ａ／ｃｍ2 であった。図５，図６に示すよ
うに、通電中に以下の点が観察された。図１，図５およ
び図６中、矢印４０は電子の流れを示す。
【００８１】 粒界の３重点１０，１１の陰極側の粒
界２０，２２においてボイドが観察された。ボイドの観
察された領域は、図５中の参照符号５０，５１で示され
ている。
界２０，２２においてボイドが観察された。ボイドの観
察された領域は、図５中の参照符号５０，５１で示され
ている。
【００８２】 上記ボイド５０，５１の生成に対応し
て、三重点１０，１１の陽極側にヒロックが観察され
た。ヒロックの観察された位置は三重点の陽極側近傍６
０，６１，６２である。また、三重点の陽極側粒界２４
の配線端６３の部分にもヒロックが発生した。
て、三重点１０，１１の陽極側にヒロックが観察され
た。ヒロックの観察された位置は三重点の陽極側近傍６
０，６１，６２である。また、三重点の陽極側粒界２４
の配線端６３の部分にもヒロックが発生した。
【００８３】 図６（ａ）に示すように、結晶粒３２
において、＜１００＞方向に平行にボイド７０が線状に
発生した。ボイド７０は、小さな線状ボイドが直線上に
ならんだものが複数本発生する。小さなボイドのそれぞ
れをミクロに観察すると、図６（ａ）の部分７１を拡大
して図６（ｂ）に示すように、陰極側はボイド７０Ａ、
陽極側はヒロック７０Ｂで構成されていた。結晶粒３
０，３１，３３においては結晶粒３２で観察された線状
ボイドは観察されなかった。
において、＜１００＞方向に平行にボイド７０が線状に
発生した。ボイド７０は、小さな線状ボイドが直線上に
ならんだものが複数本発生する。小さなボイドのそれぞ
れをミクロに観察すると、図６（ａ）の部分７１を拡大
して図６（ｂ）に示すように、陰極側はボイド７０Ａ、
陽極側はヒロック７０Ｂで構成されていた。結晶粒３
０，３１，３３においては結晶粒３２で観察された線状
ボイドは観察されなかった。
【００８４】上記の測定はＣｕ膜厚０．１μｍ，０．２
μｍ，０．３μｍ，０．４μｍ，０．５μｍ，０．６μ
ｍ，０．７μｍ，０．８μｍ，０．９μｍ，１μｍ，
１．２μｍ，１．５μｍ，２μｍ、配線幅が０．３μ
ｍ，０．５μｍ，０．８μｍ，１μｍ，２μｍ，５μ
ｍ，１０μｍ，２０μｍ，３０μｍ，４０μｍ，５０μ
ｍの組合せからなる各種配線について行われた。
μｍ，０．３μｍ，０．４μｍ，０．５μｍ，０．６μ
ｍ，０．７μｍ，０．８μｍ，０．９μｍ，１μｍ，
１．２μｍ，１．５μｍ，２μｍ、配線幅が０．３μ
ｍ，０．５μｍ，０．８μｍ，１μｍ，２μｍ，５μ
ｍ，１０μｍ，２０μｍ，３０μｍ，４０μｍ，５０μ
ｍの組合せからなる各種配線について行われた。
【００８５】（実験例２）実験例１と同様の手順で、膜
厚および配線幅の異なるＣｕ配線を形成し、実験例１中
，，で示されるボイド，ヒロックの発生と各結晶
粒の結晶軸方向の関係を観察した。Ｃｕ膜厚は０．１μ
ｍ，０．２μｍ，０．３μｍ，０．４μｍ，０．５μ
ｍ，０．６μｍ，０．７μｍ，０．８μｍ，０．９μ
ｍ，１μｍ，１．２μｍ，１．５μｍ，２μｍ、配線幅
は０．３μｍ，０．５μｍ，０．８μｍ，１μｍ，２μ
ｍ，５μｍ，１０μｍ，２０μｍ，３０μｍ，４０μ
ｍ，５０μｍの組合せからなる各種配線いついて観察を
おこなった。
厚および配線幅の異なるＣｕ配線を形成し、実験例１中
，，で示されるボイド，ヒロックの発生と各結晶
粒の結晶軸方向の関係を観察した。Ｃｕ膜厚は０．１μ
ｍ，０．２μｍ，０．３μｍ，０．４μｍ，０．５μ
ｍ，０．６μｍ，０．７μｍ，０．８μｍ，０．９μ
ｍ，１μｍ，１．２μｍ，１．５μｍ，２μｍ、配線幅
は０．３μｍ，０．５μｍ，０．８μｍ，１μｍ，２μ
ｍ，５μｍ，１０μｍ，２０μｍ，３０μｍ，４０μ
ｍ，５０μｍの組合せからなる各種配線いついて観察を
おこなった。
【００８６】配線金属表面（ｘｙ平面）に平行な格子面
が｛１００｝であるＣｕ配線について以下の点が観察さ
れた。
が｛１００｝であるＣｕ配線について以下の点が観察さ
れた。
【００８７】 図５に示すように、三重点１０，１１
の陰極側の結晶粒界ではボイド５０，５１が発生し、三
重点１０，１１の陽極側の符号６０，６１，６２で示さ
れる位置あるいは配線端６３の位置でヒロックが発生し
た。粒界２２のように粒界が配線方向ｘ軸にほぼ平行な
時の粒界でのボイド発生は、粒界をはさんだ結晶粒３
１，３２の結晶軸方向に依存して異なる。
の陰極側の結晶粒界ではボイド５０，５１が発生し、三
重点１０，１１の陽極側の符号６０，６１，６２で示さ
れる位置あるいは配線端６３の位置でヒロックが発生し
た。粒界２２のように粒界が配線方向ｘ軸にほぼ平行な
時の粒界でのボイド発生は、粒界をはさんだ結晶粒３
１，３２の結晶軸方向に依存して異なる。
【００８８】（ａ）図５の結晶粒３１のφ［１００］が
ほぼ±１０度以下、結晶粒３２のφ［１００］がほぼ１
０度以内、（ｂ）結晶粒３１のφ［１００］がほぼ±１
０度以下、粒子粒３２のφ［１１０］がぼぼ±１０度以
内、（ｃ）結晶粒３１のφ［１１０］、結晶粒３２のφ
［１１０］共に±１０度以内、の場合を比較すると、結
晶粒界でのボイド発生は、（ａ）が最も顕著であり、
（ｂ），（ｃ）の順で少なくなった。（ｃ）でも、わず
かながらボイドの発生は生じた。（ａ），（ｂ），
（ｃ）の順で、図５中、６２，６３に示すヒロックの発
生も減少した。
ほぼ±１０度以下、結晶粒３２のφ［１００］がほぼ１
０度以内、（ｂ）結晶粒３１のφ［１００］がほぼ±１
０度以下、粒子粒３２のφ［１１０］がぼぼ±１０度以
内、（ｃ）結晶粒３１のφ［１１０］、結晶粒３２のφ
［１１０］共に±１０度以内、の場合を比較すると、結
晶粒界でのボイド発生は、（ａ）が最も顕著であり、
（ｂ），（ｃ）の順で少なくなった。（ｃ）でも、わず
かながらボイドの発生は生じた。（ａ），（ｂ），
（ｃ）の順で、図５中、６２，６３に示すヒロックの発
生も減少した。
【００８９】 個々の結晶粒について着目すると、φ
［１００］またはφ［１１０］の大きさによって結晶粒
内の線状ボイドの発生は異なった。
［１００］またはφ［１１０］の大きさによって結晶粒
内の線状ボイドの発生は異なった。
【００９０】線状ボイドの向きは、電流方向と常に一致
するのではなく、［１００］方向とほぼ一致した。
するのではなく、［１００］方向とほぼ一致した。
【００９１】（ｄ）φ［１００］が０°から、ほぼ５°
の時、（ｅ）φ［１００］がほぼ５°から２２．５°の
時、（ｆ）φ［１００］がほぼ２２．５°からほぼ４０
°の時、（ｇ）φ［１００］がほぼ４０°から４５°の
時、あるいは、［１００］と［１１０］方向は、互いに
４５°で交差するので、（ｄ），（ｅ），（ｆ），
（ｇ）をφ［１１０］で表現して、（ｄ）′φ［１１
０］がほぼ４０°から４５°の時、（ｅ）′φ［１１
０］がほぼ２２．５°からほぼ４０°の時、（ｆ）′φ
［１１０］がほぼ５°からほぼ２２．５°の時、
（ｇ）′φ［１１０］が０°からほぼ５°の時、を比較
すると、線状ボイドは、（ｄ）または（ｄ）′すなわち
［１００］方向が電流方向と一致する時が最も多く、
（ｇ）または（ｇ）′すなわち［１１０］方向が電流方
向と一致する時、発生しなかった。結晶粒内の線状ボイ
ドの発生は（ｄ）→（ｅ）→（ｆ）→（ｇ）→の順で少
なくなった。
の時、（ｅ）φ［１００］がほぼ５°から２２．５°の
時、（ｆ）φ［１００］がほぼ２２．５°からほぼ４０
°の時、（ｇ）φ［１００］がほぼ４０°から４５°の
時、あるいは、［１００］と［１１０］方向は、互いに
４５°で交差するので、（ｄ），（ｅ），（ｆ），
（ｇ）をφ［１１０］で表現して、（ｄ）′φ［１１
０］がほぼ４０°から４５°の時、（ｅ）′φ［１１
０］がほぼ２２．５°からほぼ４０°の時、（ｆ）′φ
［１１０］がほぼ５°からほぼ２２．５°の時、
（ｇ）′φ［１１０］が０°からほぼ５°の時、を比較
すると、線状ボイドは、（ｄ）または（ｄ）′すなわち
［１００］方向が電流方向と一致する時が最も多く、
（ｇ）または（ｇ）′すなわち［１１０］方向が電流方
向と一致する時、発生しなかった。結晶粒内の線状ボイ
ドの発生は（ｄ）→（ｅ）→（ｆ）→（ｇ）→の順で少
なくなった。
【００９２】次に配線金属平面（ｘｙ平面）に平行な結
晶面が｛１１１｝である時、以下のことが観察された。
晶面が｛１１１｝である時、以下のことが観察された。
【００９３】配線金属表面（ｘｙ平面）に平行な格子面
が｛１００｝であるＣｕ配線について以下の点が観察さ
れた。
が｛１００｝であるＣｕ配線について以下の点が観察さ
れた。
【００９４】 図７中、三重点１０の陰極側の結晶粒
界２２では、ボイドが発生し、三重点１０の陽極側の６
０，６１あるいは配線端６３の位置でヒロックが発生し
た。粒界２２のように粒界が配線方向ｘ軸にほぼ平行な
時の粒界でのボイド発生は、粒界をはさんだ結晶粒３
１，３２の結晶軸方向に依存して異なる。
界２２では、ボイドが発生し、三重点１０の陽極側の６
０，６１あるいは配線端６３の位置でヒロックが発生し
た。粒界２２のように粒界が配線方向ｘ軸にほぼ平行な
時の粒界でのボイド発生は、粒界をはさんだ結晶粒３
１，３２の結晶軸方向に依存して異なる。
【００９５】（ａ）図７の結晶粒３１のφ［１１２］が
ほぼ±１０度以下、結晶粒３２のφ［１１２］がほぼ±
１０度以内、（ｂ）結晶粒３１のφ［１１２］がほぼ±
１０度以下、結晶粒３２のφ［１１０］がほぼ±１０度
以内、（ｃ）結晶粒３１のφ［１１０］，結晶粒３２の
φ［１１０］が共に±１０度以内の場合を比較すると、
結晶粒界でのボイド発生は、（ａ）が最も顕著であり、
（ｂ），（ｃ）の順で少なくなった。（ｃ）でもわずか
ながらボイドの発生は生じた。（ａ），（ｂ），（ｃ）
の順で、図７中、６２，６３に示すヒロックの発生も減
少した。
ほぼ±１０度以下、結晶粒３２のφ［１１２］がほぼ±
１０度以内、（ｂ）結晶粒３１のφ［１１２］がほぼ±
１０度以下、結晶粒３２のφ［１１０］がほぼ±１０度
以内、（ｃ）結晶粒３１のφ［１１０］，結晶粒３２の
φ［１１０］が共に±１０度以内の場合を比較すると、
結晶粒界でのボイド発生は、（ａ）が最も顕著であり、
（ｂ），（ｃ）の順で少なくなった。（ｃ）でもわずか
ながらボイドの発生は生じた。（ａ），（ｂ），（ｃ）
の順で、図７中、６２，６３に示すヒロックの発生も減
少した。
【００９６】 個々の結晶粒について着目すると、φ
［１１２］またはφ［１１０］の大きさによって結晶粒
内の線状ボイドの発生は異なった。線状ボイドの向き
は、電流方向と常に一致するのではなく、［１１２］方
向とほぼ一致した。
［１１２］またはφ［１１０］の大きさによって結晶粒
内の線状ボイドの発生は異なった。線状ボイドの向き
は、電流方向と常に一致するのではなく、［１１２］方
向とほぼ一致した。
【００９７】（ｄ）φ［１１２］が０°からほぼ５°の
時、（ｅ）φ［１１２］がほぼ５°から１５°の時、
（ｆ）φ［１１２］がほぼ１５°からほぼ２０°の時、
（ｇ）φ［１１２］がほぼ２５°から３０°の時、ある
いは、［１１２］と［１１０］方向は、互いに６０°で
交差するので（ｄ），（ｅ），（ｆ），（ｇ）をφ［１
１０］で表現して、（ｄ）′φ［１１０］がほぼ３０°
から２５°の時、（ｅ）′φ［１１０］がほぼ２５°か
らよぼ１５°の時、（ｆ）′φ［１１０］がほぼ１５°
からほぼ５°の時、（ｇ）′φ［１１０］が０°からほ
ぼ５°の時、を比較すると、線状ボイドは、（ｄ）また
は（ｄ）′すなわち［１１２］方向が電流方向と一致す
る時が最も多く、（ｇ）または（ｇ）′すなわち［１１
０］方向が電流方向と一致する時、発生しなかった。結
晶粒内の線状ボイドの発生は（ｄ）→（ｅ）→（ｆ）→
（ｇ）→（ｈ）の順で少なくなった。
時、（ｅ）φ［１１２］がほぼ５°から１５°の時、
（ｆ）φ［１１２］がほぼ１５°からほぼ２０°の時、
（ｇ）φ［１１２］がほぼ２５°から３０°の時、ある
いは、［１１２］と［１１０］方向は、互いに６０°で
交差するので（ｄ），（ｅ），（ｆ），（ｇ）をφ［１
１０］で表現して、（ｄ）′φ［１１０］がほぼ３０°
から２５°の時、（ｅ）′φ［１１０］がほぼ２５°か
らよぼ１５°の時、（ｆ）′φ［１１０］がほぼ１５°
からほぼ５°の時、（ｇ）′φ［１１０］が０°からほ
ぼ５°の時、を比較すると、線状ボイドは、（ｄ）また
は（ｄ）′すなわち［１１２］方向が電流方向と一致す
る時が最も多く、（ｇ）または（ｇ）′すなわち［１１
０］方向が電流方向と一致する時、発生しなかった。結
晶粒内の線状ボイドの発生は（ｄ）→（ｅ）→（ｆ）→
（ｇ）→（ｈ）の順で少なくなった。
【００９８】［１００］方向と［１１２］方向が電流方
向と一致する２つの場合を比較すると、［１００］方向
が電流方向と一致する場合の方が線状ボイドの発生は多
かった。
向と一致する２つの場合を比較すると、［１００］方向
が電流方向と一致する場合の方が線状ボイドの発生は多
かった。
【００９９】いずれにせよ｛１００｝配向，｛１１１｝
配向どちらの場合も、［１１０］軸が電流方向と一致す
る時線状ボイドの発生は見られなかった。
配向どちらの場合も、［１１０］軸が電流方向と一致す
る時線状ボイドの発生は見られなかった。
【０１００】次に配線金属表面（ｘｙ面）に平行な格子
面が｛１１０｝である時について、以下の点が観察され
た。
面が｛１１０｝である時について、以下の点が観察され
た。
【０１０１】 結晶粒界の三重点では｛１００｝配向
の場合、｛１１１｝配向の場合と同様、陰極側粒界での
ボイド，陽極側でのヒロックが見られた。
の場合、｛１１１｝配向の場合と同様、陰極側粒界での
ボイド，陽極側でのヒロックが見られた。
【０１０２】 個々の結晶粒内について、 （ａ）［１１０］方向が電流方向とほぼ一致する時、 （ｂ）［１１２］方向が電流方向とほぼ一致する時、 （ｃ）［１１１］方向が電流方向とほぼ一致する時、 （ｄ）［１００］方向が電流方向とほぼ一致する時、の
（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）について比較すると、
（ａ）の場合は線状ボイドがほとんど発生せず、（ｄ）
の場合は多数発生した。（ｂ）と（ｃ）は線状ボイドが
発生したが、数は（ａ）と（ｄ）の中間であった。
（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）について比較すると、
（ａ）の場合は線状ボイドがほとんど発生せず、（ｄ）
の場合は多数発生した。（ｂ）と（ｃ）は線状ボイドが
発生したが、数は（ａ）と（ｄ）の中間であった。
【０１０３】（実験例３）Ａｌ配線について実験例１，
２と同様の観察を行った。結果は実験例１，２と同様で
あった。
２と同様の観察を行った。結果は実験例１，２と同様で
あった。
【０１０４】（実験例４）Ａｌ−Ｓｉ，Ａｌ−Ｓｉ−Ｃ
ｕ，Ａｌ−Ｃｕ配線について、実験例１，２と同様の観
察を行った。Ａｌ−Ｓｉ中のＳｉ含有量０．１，０．
２，０．５，１％の場合、Ａｌ−Ｃｕ中のＣｕ含有量
０．１，０．２，０．５，１％の場合およびＡｌ−Ｓｉ
−Ｃｕ中のＳｉ含有量０．１，０．２，０．５，１、Ｃ
ｕ含有量０．１，０．２，０．５，１％の組合せからな
るＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕについておこなった。
ｕ，Ａｌ−Ｃｕ配線について、実験例１，２と同様の観
察を行った。Ａｌ−Ｓｉ中のＳｉ含有量０．１，０．
２，０．５，１％の場合、Ａｌ−Ｃｕ中のＣｕ含有量
０．１，０．２，０．５，１％の場合およびＡｌ−Ｓｉ
−Ｃｕ中のＳｉ含有量０．１，０．２，０．５，１、Ｃ
ｕ含有量０．１，０．２，０．５，１％の組合せからな
るＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕについておこなった。
【０１０５】結果は、実験例１，２と同様であった。
【０１０６】（実験例５）単結晶Ａｌ配線に電流を通電
した場合の断線までの時間を測定した。
した場合の断線までの時間を測定した。
【０１０７】試料の製作は、以下の通りである。
【０１０８】まず、高抵抗Ｓｉ基板を用いる場合、ジメ
チルアルミニウムハイドライドと水素を用いた減圧熱Ｃ
ＶＤ方でＡｌを堆積した。この時、（１００）Ｓｉには
（１１１）Ａｌ，（１１１）Ｓｉには（１００）Ａｌが
単結晶成長した。ＳｉＯ2 上の単結晶Ａｌは、酸化膜に
ビアホールのあいたＳｉ基板に上述のＣＶＤ法により単
結晶Ａｌをビアホール部分にのみ選択的に成長した。次
にプラズマを用いて選択的に堆積したＡｌおよびＳｉＯ
2 上にＡｌ極薄層を形成し、その後再び減圧熱ＣＶＤ法
でウェハ全面にＡｌを成長した。ウェハ全面のＡｌは多
結晶である。このウェハを熱処理して単結晶化した。そ
してＳｉウェハ上あるいは、ＳｉＯ2 上の単結晶Ａｌ膜
をフォトリソグラフィー技術を用いて配線をパターニン
グした。配線は、一直線上とし、両端に電流端子および
電圧端子を設けている。配線の長手方向（以下ｘ方向）
に電流を流した。配線長は、１００μｍ，５００μｍ，
１ｍｍ，５ｍｍである。また、配線幅は、０．２μｍ，
０．５μｍ，１μｍ，２μｍ，５μｍ，１０μｍ，３０
μｍである。Ａｌ膜厚は０．２μｍ，０．５μｍ，１μ
ｍ，２μｍである。配線長，配線幅，Ａｌ膜厚の組合せ
からなる４×７×４＝１１２通りの配線を形成した。
チルアルミニウムハイドライドと水素を用いた減圧熱Ｃ
ＶＤ方でＡｌを堆積した。この時、（１００）Ｓｉには
（１１１）Ａｌ，（１１１）Ｓｉには（１００）Ａｌが
単結晶成長した。ＳｉＯ2 上の単結晶Ａｌは、酸化膜に
ビアホールのあいたＳｉ基板に上述のＣＶＤ法により単
結晶Ａｌをビアホール部分にのみ選択的に成長した。次
にプラズマを用いて選択的に堆積したＡｌおよびＳｉＯ
2 上にＡｌ極薄層を形成し、その後再び減圧熱ＣＶＤ法
でウェハ全面にＡｌを成長した。ウェハ全面のＡｌは多
結晶である。このウェハを熱処理して単結晶化した。そ
してＳｉウェハ上あるいは、ＳｉＯ2 上の単結晶Ａｌ膜
をフォトリソグラフィー技術を用いて配線をパターニン
グした。配線は、一直線上とし、両端に電流端子および
電圧端子を設けている。配線の長手方向（以下ｘ方向）
に電流を流した。配線長は、１００μｍ，５００μｍ，
１ｍｍ，５ｍｍである。また、配線幅は、０．２μｍ，
０．５μｍ，１μｍ，２μｍ，５μｍ，１０μｍ，３０
μｍである。Ａｌ膜厚は０．２μｍ，０．５μｍ，１μ
ｍ，２μｍである。配線長，配線幅，Ａｌ膜厚の組合せ
からなる４×７×４＝１１２通りの配線を形成した。
【０１０９】電流方向をｘ軸方向とした時のｘ軸方向
と、配線の結晶軸方向は以下の通りである。図２で定義
したθ1 ，θ31，θ5を用いる。ここで、θ1 は｛１０
０｝面内で［１１０］方向とｘ軸（電流方向）のなす
角、θ31は｛１１１｝面内で［１１０］方向とｘ軸（電
流方向）のなす角、θ5 は｛１１０｝面内で［１１０］
方向とｘ軸（電流方向）のなす角である。
と、配線の結晶軸方向は以下の通りである。図２で定義
したθ1 ，θ31，θ5を用いる。ここで、θ1 は｛１０
０｝面内で［１１０］方向とｘ軸（電流方向）のなす
角、θ31は｛１１１｝面内で［１１０］方向とｘ軸（電
流方向）のなす角、θ5 は｛１１０｝面内で［１１０］
方向とｘ軸（電流方向）のなす角である。
【０１１０】｛１００｝配向単結晶のとき、θ1 が０°
から４５°までの配線の２．５°きざみの試料について
測定した。｛１１１｝配向単結晶のとき、θ1 が０°か
ら３０°までの配線の２．５°きざみの試料について測
定した。｛１１０｝配向単結晶のとき、θ1 が０°から
９０°までの配線の２．５°きざみの試料について測定
した。
から４５°までの配線の２．５°きざみの試料について
測定した。｛１１１｝配向単結晶のとき、θ1 が０°か
ら３０°までの配線の２．５°きざみの試料について測
定した。｛１１０｝配向単結晶のとき、θ1 が０°から
９０°までの配線の２．５°きざみの試料について測定
した。
【０１１１】試験温度を１７５℃，２００℃，２５０
℃，２７５℃，３００℃、電流を２×１０6 Ａ／ｃｍ
2 ，５×１０6 Ａ／ｃｍ2 ，１×１０7 Ａ／ｃｍ2 と
し、各配線の断線までの時間の中央値ＭＴＦを測定し
た。
℃，２７５℃，３００℃、電流を２×１０6 Ａ／ｃｍ
2 ，５×１０6 Ａ／ｃｍ2 ，１×１０7 Ａ／ｃｍ2 と
し、各配線の断線までの時間の中央値ＭＴＦを測定し
た。
【０１１２】上述試料において、ＭＴＦは｛１００｝，
｛１１１｝，｛１１０｝配向単結晶いずれの場合もθ1
＝０°，θ31＝０°，θ5 ＝０°の時が最も長く、θ
1 ，θ31，θ5 が大きくなると減少した。θ1 ＝０°，
θ31＝０°，θ5 ＝０°のＭＴＦは、ほぼ等しかった。
｛１１１｝，｛１１０｝配向単結晶いずれの場合もθ1
＝０°，θ31＝０°，θ5 ＝０°の時が最も長く、θ
1 ，θ31，θ5 が大きくなると減少した。θ1 ＝０°，
θ31＝０°，θ5 ＝０°のＭＴＦは、ほぼ等しかった。
【０１１３】｛１００｝配向単結晶の場合、θ1 ＝０°
からθ1 ＝５°までのＭＴＦはほぼ等しく、θ1 ＝７．
５°からθ1 ＝２２．５°のＭＴＦはＭＴＦ（θ1 ＝０
°）のほぼ９０％以上であった。θ1 がさらに大きくな
るとＭＴＦは単調に減少した。
からθ1 ＝５°までのＭＴＦはほぼ等しく、θ1 ＝７．
５°からθ1 ＝２２．５°のＭＴＦはＭＴＦ（θ1 ＝０
°）のほぼ９０％以上であった。θ1 がさらに大きくな
るとＭＴＦは単調に減少した。
【０１１４】｛１１１｝配向単結晶の場合、θ31＝０°
からθ1 ＝５°までのＭＴＦはほぼ等しく、θ31＝７．
５°からθ31＝１５°までのＭＴＦは、ＭＴＦ（θ31＝
０°）のほぼ９０％以上であった。θ31がさらに大きく
なると、ＭＴＦは単調に減少した。
からθ1 ＝５°までのＭＴＦはほぼ等しく、θ31＝７．
５°からθ31＝１５°までのＭＴＦは、ＭＴＦ（θ31＝
０°）のほぼ９０％以上であった。θ31がさらに大きく
なると、ＭＴＦは単調に減少した。
【０１１５】｛１１０｝配向単結晶の場合、θ5 ＝０°
からθ5 ＝５°までのＭＴＦはほぼ等しく、θ5 ＝７．
５°から１７．５°までのＭＴＦは、ＭＴＦ（θ5 ＝０
°）の略９０％以上であった。
からθ5 ＝５°までのＭＴＦはほぼ等しく、θ5 ＝７．
５°から１７．５°までのＭＴＦは、ＭＴＦ（θ5 ＝０
°）の略９０％以上であった。
【０１１６】（実験例６）図８のようにクランク構造を
もつ配線について、電流を流した際のＭＴＦを測定し
た。膜厚，配線幅Ｗは実験例５と同じである。クランク
の長さＬは配線幅Ｗの１０倍，２０倍，１００倍とし
た。
もつ配線について、電流を流した際のＭＴＦを測定し
た。膜厚，配線幅Ｗは実験例５と同じである。クランク
の長さＬは配線幅Ｗの１０倍，２０倍，１００倍とし
た。
【０１１７】配線内の結晶軸とクランクのｘ，ｙ方向の
関係は、図２で定義されたθ1 ，θ2 ，θ31，θ32，θ
41，θ42，θ5 を用いて以下の組合せの配線を形成し
た。
関係は、図２で定義されたθ1 ，θ2 ，θ31，θ32，θ
41，θ42，θ5 を用いて以下の組合せの配線を形成し
た。
【０１１８】｛１００｝配向単結晶の時、θ1 が０°か
ら４５°まで２．５°きざみの配線について測定した。
ら４５°まで２．５°きざみの配線について測定した。
【０１１９】｛１１１｝配向単結晶の時、θ31が０°か
ら３０°まで２．５°きざみの配線について測定した。
ら３０°まで２．５°きざみの配線について測定した。
【０１２０】｛１１０｝配向単結晶の時、θ5 が０°か
ら９０°まで２．５°きざみの配線について測定した。
ら９０°まで２．５°きざみの配線について測定した。
【０１２１】ここで、θ1 は｛１００｝面内で［１１
０］方向とｘ軸のなす角、θ31は｛１１１｝面内で［１
１０］方向とｘ軸のなす角、θ5 は｛１１０｝面内で
〔１１０〕方向とｘ軸が交わる角度である。ＭＴＦの測
定条件は実験例５と同様である。
０］方向とｘ軸のなす角、θ31は｛１１１｝面内で［１
１０］方向とｘ軸のなす角、θ5 は｛１１０｝面内で
〔１１０〕方向とｘ軸が交わる角度である。ＭＴＦの測
定条件は実験例５と同様である。
【０１２２】｛１００｝配向単結晶の場合、ＭＴＦはθ
1 ＝０°の時が最も長く、θ1 が大きくなると減少し、
θ1 ＝４５°の時最も短くなった。特にθ1 ＝０°から
θ1＝５°まではＭＴＦに有為な差はなく、θ1 ＝７．
５°からθ2 ＝２２．５°までのＭＴＦはＭＴＦ（θ1
＝０°）のほぼ９０％であった。θ2 ＝２５°以上でＭ
ＴＦは大きく減少しＭＴＦ（θ1 ＝４５°）はＭＴＦ
（θ1 ＝０°）の略５０％であった。
1 ＝０°の時が最も長く、θ1 が大きくなると減少し、
θ1 ＝４５°の時最も短くなった。特にθ1 ＝０°から
θ1＝５°まではＭＴＦに有為な差はなく、θ1 ＝７．
５°からθ2 ＝２２．５°までのＭＴＦはＭＴＦ（θ1
＝０°）のほぼ９０％であった。θ2 ＝２５°以上でＭ
ＴＦは大きく減少しＭＴＦ（θ1 ＝４５°）はＭＴＦ
（θ1 ＝０°）の略５０％であった。
【０１２３】｛１１１｝配向単結晶の場合、ＭＴＦ（θ
31＝０°）の時が最も大きく、θ31が大きくなると減少
し、θ31＝３０°のとき最も短くなった。θ31＝０°か
らθ31＝５°まではＭＴＦに有為な差はなく、θ31＝
７．５°からθ31＝１５°までのＭＴＦはＭＴＦ（θ31
＝０°）のほぼ９０％であった。θ31＝１５°以上でＭ
ＴＦは減少し、ＭＴＦ（θ31＝３０°）はＭＴＦ（θ31
＝０°）のほぼ５０％であった。
31＝０°）の時が最も大きく、θ31が大きくなると減少
し、θ31＝３０°のとき最も短くなった。θ31＝０°か
らθ31＝５°まではＭＴＦに有為な差はなく、θ31＝
７．５°からθ31＝１５°までのＭＴＦはＭＴＦ（θ31
＝０°）のほぼ９０％であった。θ31＝１５°以上でＭ
ＴＦは減少し、ＭＴＦ（θ31＝３０°）はＭＴＦ（θ31
＝０°）のほぼ５０％であった。
【０１２４】｛１１０｝配向単結晶の場合、ＭＴＦはθ
5 ＝０°のときＭＴＦは最も長く、θ5 が大きくなると
ＭＴＦは減少した。θ5 ＝０°からθ＝５°までのＭＴ
Ｆはほぼ等しく、θ5 ＝７．５°から１７．５°までの
ＭＴＦはＭＴＦ（θ5 ＝０°）のほぼ９０％であった。
θ5 ＝２０°から９０°までのＭＴＦは大きく減少し、
θ5 ＝３０°からθ5 ＝９０°のＭＴＦはＭＴＦ（θ5
＝０°）のほぼ５０％であった。
5 ＝０°のときＭＴＦは最も長く、θ5 が大きくなると
ＭＴＦは減少した。θ5 ＝０°からθ＝５°までのＭＴ
Ｆはほぼ等しく、θ5 ＝７．５°から１７．５°までの
ＭＴＦはＭＴＦ（θ5 ＝０°）のほぼ９０％であった。
θ5 ＝２０°から９０°までのＭＴＦは大きく減少し、
θ5 ＝３０°からθ5 ＝９０°のＭＴＦはＭＴＦ（θ5
＝０°）のほぼ５０％であった。
【０１２５】｛１００｝配向単結晶で最もＭＴＦの大き
かったＭＴＦ（θ1 ＝０°）、 ｛１１１｝配向単結晶で最もＭＴＦの大きかったＭＴＦ
（θ31＝０°）、 ｛１１０｝配向単結晶で最もＭＴＦの大きかったＭＴＦ
（θ5 ＝０°）、 の大小関係は、ＭＴＦ（θ1 ＝０°）＞ＭＴＦ（θ31＝
０°）＞ＭＴＦ（θ5 ＝０°）の順であった。
かったＭＴＦ（θ1 ＝０°）、 ｛１１１｝配向単結晶で最もＭＴＦの大きかったＭＴＦ
（θ31＝０°）、 ｛１１０｝配向単結晶で最もＭＴＦの大きかったＭＴＦ
（θ5 ＝０°）、 の大小関係は、ＭＴＦ（θ1 ＝０°）＞ＭＴＦ（θ31＝
０°）＞ＭＴＦ（θ5 ＝０°）の順であった。
【０１２６】（実験例７）ＳｉＯ2 上の多結晶Ａｌ配線
のＭＴＦを測定した。
のＭＴＦを測定した。
【０１２７】第１番目の試料は、熱酸化ＳｉＯ2 上の公
知のスパッタ法で堆積した。配線幅Ｗは０．５μｍ，１
μｍ，２μｍである。膜厚は、０．２μｍ，０．４μ
ｍ，０．６μｍ，０．８μｍ，１μｍである。この配線
は、図９に模式的に示されるように結晶粒界２０，２
１，２２，２３が配線の長手方向（図９中ｘ方向）にほ
ぼ垂直ないわゆるバンブー構造をしていた。各々の結晶
粒３０，３１，３２，３３の配向表面に平行な面（ｘｙ
平面に平行な面）は、｛１１１｝面であったが、配線表
面に垂直な格子面は｛１１１｝面内で無規則に回転して
いた。すなわち｛１１１｝面内の例えば［１１０］方向
とｘ軸のなす角は無規則にむいていた。
知のスパッタ法で堆積した。配線幅Ｗは０．５μｍ，１
μｍ，２μｍである。膜厚は、０．２μｍ，０．４μ
ｍ，０．６μｍ，０．８μｍ，１μｍである。この配線
は、図９に模式的に示されるように結晶粒界２０，２
１，２２，２３が配線の長手方向（図９中ｘ方向）にほ
ぼ垂直ないわゆるバンブー構造をしていた。各々の結晶
粒３０，３１，３２，３３の配向表面に平行な面（ｘｙ
平面に平行な面）は、｛１１１｝面であったが、配線表
面に垂直な格子面は｛１１１｝面内で無規則に回転して
いた。すなわち｛１１１｝面内の例えば［１１０］方向
とｘ軸のなす角は無規則にむいていた。
【０１２８】第２番目の試料は、実験例５と同様のＣＶ
Ｄ法で作製したＡｌ膜で、ＳｉＯ2上のＡｌ膜の熱処理
時間を実験例５より短くしたものである。Ａｌ膜厚は、
０．２μｍ，０．５μｍ，０．６μｍ，０．８μｍ，１
μｍである。この時、ＳｉＯ2 上Ａｌを幅Ｗが０．５μ
ｍ，１μｍ，２μｍでパターニングすると図９に示すよ
うに完全な単結晶ではなくバンブー構造となった。各々
の結晶粒３０，３１，３２，３３の配線表面に平行な面
（ｘｙ平面に平行な面）が｛１１１｝面である時、｛１
１１｝面内の［１１０］方向は、ほぼ同一方向にそろっ
ていた。［１１０］方向と配線の長手方向、すなわちｘ
軸方向を一致させるように配線をパターニングした。各
結晶粒内の［１１０］方向とｘ軸のなす角はほぼ±１５
°以内であった。
Ｄ法で作製したＡｌ膜で、ＳｉＯ2上のＡｌ膜の熱処理
時間を実験例５より短くしたものである。Ａｌ膜厚は、
０．２μｍ，０．５μｍ，０．６μｍ，０．８μｍ，１
μｍである。この時、ＳｉＯ2 上Ａｌを幅Ｗが０．５μ
ｍ，１μｍ，２μｍでパターニングすると図９に示すよ
うに完全な単結晶ではなくバンブー構造となった。各々
の結晶粒３０，３１，３２，３３の配線表面に平行な面
（ｘｙ平面に平行な面）が｛１１１｝面である時、｛１
１１｝面内の［１１０］方向は、ほぼ同一方向にそろっ
ていた。［１１０］方向と配線の長手方向、すなわちｘ
軸方向を一致させるように配線をパターニングした。各
結晶粒内の［１１０］方向とｘ軸のなす角はほぼ±１５
°以内であった。
【０１２９】第３の試料は、第２の試料において、各結
晶粒内の［１１０］方向とｘ軸のなす角がほぼ４５°±
２２．５°にそろうようパターニングしたものである。
［１１０］方向について表現すると［１００］方向とｘ
軸のなす角がほぼ±２２．５°以内のものである。
晶粒内の［１１０］方向とｘ軸のなす角がほぼ４５°±
２２．５°にそろうようパターニングしたものである。
［１１０］方向について表現すると［１００］方向とｘ
軸のなす角がほぼ±２２．５°以内のものである。
【０１３０】第４の試料は、第２の試料と同様の手順で
作製したもので、各々の結晶粒３０，３１，３２，３３
の配線表面に平行な面（ｘｙ平面に平行な面）が｛１０
０｝面である。｛１００｝面内の［１１０］方向を配線
の長手方向、すなわちｘ軸方向を一致させるようにパタ
ーニングした。各結晶粒内の［１１０］方向とｘ軸のな
す角はほぼ±２２．５°以内であった。膜厚および配線
幅は、第２の試料と同一である。
作製したもので、各々の結晶粒３０，３１，３２，３３
の配線表面に平行な面（ｘｙ平面に平行な面）が｛１０
０｝面である。｛１００｝面内の［１１０］方向を配線
の長手方向、すなわちｘ軸方向を一致させるようにパタ
ーニングした。各結晶粒内の［１１０］方向とｘ軸のな
す角はほぼ±２２．５°以内であった。膜厚および配線
幅は、第２の試料と同一である。
【０１３１】第５の試料は、第４の試料において、各結
晶粒の［１１２］方向とｘ軸のなす角がほぼ±１５°以
内になるようパターニングしたものである。
晶粒の［１１２］方向とｘ軸のなす角がほぼ±１５°以
内になるようパターニングしたものである。
【０１３２】実験例５と同様の手順でＭＴＦを測定し
た。第１の試料では、スパッタ条件あるいはスパッタ後
の熱処理によって各結晶粒の大きさが異なることが良く
知られている。第２〜第４の試料では、Ａｌ成長時のビ
アホール径，堆積温度，アニール時間により各結晶粒の
大きさが異なる。第１〜第５の試料において結晶粒大き
さがほぼ等しいものについて第１，第２，第３，第４，
第５の試料のＭＴＦの測定値を比較した。
た。第１の試料では、スパッタ条件あるいはスパッタ後
の熱処理によって各結晶粒の大きさが異なることが良く
知られている。第２〜第４の試料では、Ａｌ成長時のビ
アホール径，堆積温度，アニール時間により各結晶粒の
大きさが異なる。第１〜第５の試料において結晶粒大き
さがほぼ等しいものについて第１，第２，第３，第４，
第５の試料のＭＴＦの測定値を比較した。
【０１３３】ＭＴＦの大小関係は、以下の通りである。
【０１３４】ＭＴＦ（第２の試料）とＭＴＦ（第４の試
料）はほぼ等しい。ＭＴＦ（第３の試料）とＭＴＦ（第
５の試料）はほぼ等しい。
料）はほぼ等しい。ＭＴＦ（第３の試料）とＭＴＦ（第
５の試料）はほぼ等しい。
【０１３５】
【数２】
【０１３６】（実験例８）Ａｌ−Ｓｉ，Ａｌ−Ｓｉ−Ｃ
ｕ，Ａｌ−Ｃｕについて同様の測定をおこなった。Ｓｉ
およびＣｕの含有率は、実験例４と同様であった。
ｕ，Ａｌ−Ｃｕについて同様の測定をおこなった。Ｓｉ
およびＣｕの含有率は、実験例４と同様であった。
【０１３７】各試料は、実験例７と同様に図９に示した
バンブー構造をしており、ＭＴＦと試料作製方法の関係
は実験例７と同様であった。
バンブー構造をしており、ＭＴＦと試料作製方法の関係
は実験例７と同様であった。
【０１３８】（実験例９）タングステン（Ｗ）配線につ
いて、電流の向きと結晶軸方向の関係を調べた。
いて、電流の向きと結晶軸方向の関係を調べた。
【０１３９】各結晶Ｗについて、｛１００｝，｛１１
１｝，｛１１０｝配向の配線のＭＴＦを比較した。各結
晶粒中の配線表面に平行な格子面は、｛１００｝，｛１
１１｝，｛１１０｝にそろっていたが、各々｛１００｝
面内，｛１１１｝面内，｛１１０｝面内の結晶軸は不規
則に回転していた。｛１１０｝配向多結晶のＭＴＦが最
も大きかった。
１｝，｛１１０｝配向の配線のＭＴＦを比較した。各結
晶粒中の配線表面に平行な格子面は、｛１００｝，｛１
１１｝，｛１１０｝にそろっていたが、各々｛１００｝
面内，｛１１１｝面内，｛１１０｝面内の結晶軸は不規
則に回転していた。｛１１０｝配向多結晶のＭＴＦが最
も大きかった。
【０１４０】単結晶｛１１０｝配向Ｗ配線について、電
流方向と［１１１］方向のなす角θ 6 が異なる配線を形
成し、ＭＴＦを測定した。θ6 は０°から９０°までと
し、ほぼ２．５°間隔で配線を形成した。ＭＴＦはθ6
＝０°のときが最も大きく、θ6 ＝０°からθ6 ＝５°
までのＭＴＦは、ほぼ等しかった。
流方向と［１１１］方向のなす角θ 6 が異なる配線を形
成し、ＭＴＦを測定した。θ6 は０°から９０°までと
し、ほぼ２．５°間隔で配線を形成した。ＭＴＦはθ6
＝０°のときが最も大きく、θ6 ＝０°からθ6 ＝５°
までのＭＴＦは、ほぼ等しかった。
【０１４１】θ6 ＝７．５°からθ6 ＝１７．５°まで
のＭＴＦは、ＭＴＦ（θ6 ＝０°）のほぼ９０％であっ
た。θ6＝２０°から９０°までのＭＴＦは大きく減少
し、θ5 ＝３０°からθ6 ＝９０°までのＭＴＦは、Ｍ
ＴＦ（θ6 ＝０°）のほぼ５０％であった。
のＭＴＦは、ＭＴＦ（θ6 ＝０°）のほぼ９０％であっ
た。θ6＝２０°から９０°までのＭＴＦは大きく減少
し、θ5 ＝３０°からθ6 ＝９０°までのＭＴＦは、Ｍ
ＴＦ（θ6 ＝０°）のほぼ５０％であった。
【０１４２】（実験例１０）実験例９と同様の測定をＭ
ｏについておこなった。結果は実験例９と同様であっ
た。
ｏについておこなった。結果は実験例９と同様であっ
た。
【０１４３】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、半
導体素子に接続される配線が結晶性材料からなる半導体
回路装置用配線において、結晶性材料を構成する単結晶
における最近接原子が配置される結晶軸方向と、配線に
流す電流の方向とが互いに２２．５°以内で交差するよ
うにしたので、従来のものよりもマイグレーション耐性
に優れた配線を歩留り良く製造可能とする構造の半導体
回路装置用配線及び半導体回路装置を提供することがで
きる。
導体素子に接続される配線が結晶性材料からなる半導体
回路装置用配線において、結晶性材料を構成する単結晶
における最近接原子が配置される結晶軸方向と、配線に
流す電流の方向とが互いに２２．５°以内で交差するよ
うにしたので、従来のものよりもマイグレーション耐性
に優れた配線を歩留り良く製造可能とする構造の半導体
回路装置用配線及び半導体回路装置を提供することがで
きる。
【図１】配線金属の各結晶粒の結晶軸を説明する図であ
る。
る。
【図２】｛１００｝面，｛１１１｝面および｛１１０｝
面内に存在する結晶軸方向を示す図である。
面内に存在する結晶軸方向を示す図である。
【図３】本発明の一実施例を示す図である。
【図４】Ｓｉチップと配線の方位を説明する図である。
【図５】配線金属に発生したボイドおよびヒロックを示
す図である。
す図である。
【図６】配線金属に発生した線状ボイドを示す図であ
る。
る。
【図７】結晶粒界に発生したボイドを示す図である。
【図８】配線パターンの一例を示す図である。
【図９】ＣＶＤ法で作製したＡｌ配線の結晶粒の形状を
示す図である。
示す図である。
１０，１１ 三重点 ２０，２１，２２，２３，２４ 結晶粒界 ３０，３１，３２，３３ 結晶粒 ４０ 電流の方向 ５０，５１ ボイド発生位置 ６０，６１，６２，６３ ヒロック発生位置 ７０ ボイド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大見 忠弘 宮城県仙台市青葉区米ケ袋２−１−17− 301 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/3205 - 21/3213 H01L 21/768
Claims (14)
- 【請求項１】 半導体素子に接続される配線が結晶性材
料からなる半導体回路装置用配線において、 前記結晶性材料を構成する単結晶における最近接原子が
配置される結晶軸方向と、前記配線に流す電流の方向
と、が互いに２２．５°以内で交差することを特徴とす
る半導体回路装置用配線。 - 【請求項２】 前記結晶性材料は単結晶であることを特
徴とする請求項１に記載の半導体回路装置用配線。 - 【請求項３】 前記結晶性材料は、前記単結晶を５０％
以上含む多結晶材料であることを特徴とする請求項１に
記載の半導体回路装置用配線。 - 【請求項４】 前記結晶性材料は、前記単結晶を９５％
以上含む多結晶材料であることを特徴とする請求項１に
記載の半導体回路装置用配線。 - 【請求項５】 前記配線はアルミニウム又は銅を主成分
とすることを特徴とする請求項１に記載の半導体回路装
置用配線。 - 【請求項６】 前記結晶性材料を構成する単結晶は面心
立方格子結晶であり、前記単結晶の{１００}面が前記配
線の表面に平行であって、前記単結晶の[１１０]方向が
前記配線に流す電流の方向と互いに２２．５°以内で交
差することを特徴とする請求項１乃至５いずれか１項に
記載の半導体回路装置用配線。 - 【請求項７】 前記結晶性材料を構成する単結晶は面心
立方格子結晶であり、前記単結晶の{１００}面が前記配
線の表面に平行であって、前記単結晶の[１１０]方向が
前記配線に流す電流の方向と平行であることを特徴とす
る請求項１乃至５いずれか１項に記載の半導体回路装置
用配線。 - 【請求項８】 半導体素子と結晶性材料からなり該半導
体素子に接続される配線とを有する半導体回路装置にお
いて、 前記配線は、その中を流れる電流の方向が異なり、かつ
互いに直角に交わる第１および第２の配線部を有してお
り、前記第１および第２の配線部それぞれにおいて、該
第１および第２の配線部を構成する単結晶における最近
接原子が配置さる結晶軸方向と、該第１および第２の配
線部に流す電流の方向と、が互いに２２．５°以内で交
差することを特徴とする半導体回路装置。 - 【請求項９】 前記結晶性材料は単結晶であることを特
徴とする請求項８に記載の半導体回路装置。 - 【請求項１０】 前記結晶性材料は、前記単結晶を５０
％以上含む多結晶材料であることを特徴とする請求項８
に記載の半導体回路装置。 - 【請求項１１】 前記結晶性材料は、前記単結晶を９５
％以上含む多結晶材料であることを特徴とする請求項８
に記載の半導体回路装置。 - 【請求項１２】 前記配線はアルミニウム又は銅を主成
分とすることを特徴とする請求項８に記載の半導体回路
装置。 - 【請求項１３】 前記第１および第２の配線部は、コン
タクトホールが形成された絶縁膜上に形成されており、
前記第１および第２の配線部を構成する単結晶は面心立
方格子結晶であり、前記単結晶の{１００}面が前記第１
および第２の配線部の表面に平行であって、互いに直角
に交わる前記単結晶の２つの[１１０]方向が前記第１お
よび第２の配線部に流す電流の方向とそれぞれ互いに２
２．５°以内で交差することを特徴とする請求項８乃至
１２いずれか１項に記載の半導体回路装置。 - 【請求項１４】 前記第１および第２の配線部は、コン
タクトホールが形成された絶縁膜上に形成されており、
前記第１および第２の配線部を構成する単結晶は面心立
方格子結晶であり、前記単結晶の{１００}面が前記第１
および第２の配線部の表面に平行であって、互いに直角
に交わる前記単結晶の２つの[１１０]方向が前記第１お
よび第２の配線部に流す電流の方向とそれぞれ平行であ
ることを特徴とする請求項８乃至１２いずれか１項に記
載の半導体回路装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03095558A JP3131239B2 (ja) | 1991-04-25 | 1991-04-25 | 半導体回路装置用配線および半導体回路装置 |
| EP19920303655 EP0510969A3 (en) | 1991-04-25 | 1992-04-23 | Semiconductor circuit device wiring and semiconductor circuit device |
| US08/182,389 US5602424A (en) | 1991-04-25 | 1994-01-18 | Semiconductor circuit device wiring with F.C.C. structure, plane oriention (100) and aligned with the current direction |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03095558A JP3131239B2 (ja) | 1991-04-25 | 1991-04-25 | 半導体回路装置用配線および半導体回路装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04324934A JPH04324934A (ja) | 1992-11-13 |
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Family
ID=14140919
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03095558A Expired - Fee Related JP3131239B2 (ja) | 1991-04-25 | 1991-04-25 | 半導体回路装置用配線および半導体回路装置 |
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|---|---|
| US (1) | US5602424A (ja) |
| EP (1) | EP0510969A3 (ja) |
| JP (1) | JP3131239B2 (ja) |
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| DE69322233T2 (de) * | 1992-08-27 | 1999-07-08 | Toshiba Kawasaki Kk | Elektronisches Teil mit metallischen Leiterbahnen und Verfahren zu seiner Herstellung |
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| TWI263336B (en) * | 2000-06-12 | 2006-10-01 | Semiconductor Energy Lab | Thin film transistors and semiconductor device |
| US8080459B2 (en) * | 2002-09-24 | 2011-12-20 | Vishay-Siliconix | Self aligned contact in a semiconductor device and method of fabricating the same |
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| TWI489557B (zh) * | 2005-12-22 | 2015-06-21 | Vishay Siliconix | 高移動率ｐ-通道溝槽及平面型空乏模式的功率型金屬氧化物半導體場效電晶體 |
| US8409954B2 (en) * | 2006-03-21 | 2013-04-02 | Vishay-Silconix | Ultra-low drain-source resistance power MOSFET |
| US9437729B2 (en) | 2007-01-08 | 2016-09-06 | Vishay-Siliconix | High-density power MOSFET with planarized metalization |
| US9947770B2 (en) | 2007-04-03 | 2018-04-17 | Vishay-Siliconix | Self-aligned trench MOSFET and method of manufacture |
| US9484451B2 (en) | 2007-10-05 | 2016-11-01 | Vishay-Siliconix | MOSFET active area and edge termination area charge balance |
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| US9412883B2 (en) | 2011-11-22 | 2016-08-09 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Methods and apparatus for MOS capacitors in replacement gate process |
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| KR102026543B1 (ko) | 2014-08-19 | 2019-09-27 | 비쉐이-실리코닉스 | 전자 회로 |
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|---|---|---|---|---|
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| JP2680468B2 (ja) * | 1989-07-01 | 1997-11-19 | 株式会社東芝 | 半導体装置および半導体装置の製造方法 |
-
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- 1991-04-25 JP JP03095558A patent/JP3131239B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
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-
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- 1994-01-18 US US08/182,389 patent/US5602424A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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