JPH02185057A - 微細配線層を有する半導体装置 - Google Patents
微細配線層を有する半導体装置Info
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- JPH02185057A JPH02185057A JP542889A JP542889A JPH02185057A JP H02185057 A JPH02185057 A JP H02185057A JP 542889 A JP542889 A JP 542889A JP 542889 A JP542889 A JP 542889A JP H02185057 A JPH02185057 A JP H02185057A
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Landscapes
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- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［発明の目的］
（産業上の利用分野）
本発明はエレクトロマイグレーションによる配線層の断
線現象の発生を防止するようにした微細配線層を有する
半導体装置に関する。
線現象の発生を防止するようにした微細配線層を有する
半導体装置に関する。
（従来の技術）
従来、半導体装置用シリコン基板上に配線層を形成する
場合、まずシリコン基板上の所定部に５ｉ０２等の絶縁
層を形成し、しかるのち、アルミニウム又はアルミニウ
ム合金を蒸着し、ついでパターン化処理を施して所望の
配線層を形成している。
場合、まずシリコン基板上の所定部に５ｉ０２等の絶縁
層を形成し、しかるのち、アルミニウム又はアルミニウ
ム合金を蒸着し、ついでパターン化処理を施して所望の
配線層を形成している。
（発明が解決しようとする課題）
ところで近時、配線パターンの微細化が進むにつれ、エ
レクトロマイグレーションによる配線パターンの断線不
良が深刻な問題となっている。
レクトロマイグレーションによる配線パターンの断線不
良が深刻な問題となっている。
このエレクトロマイグレーションは高電流密度下におい
て配線層を形成する金属原子が電子より運動量を受は取
ることにより拡散に異方性が生ずる現象であり、この拡
散原子流束の局所的発散が促進される結果としてボイド
が成長して断線に至るものと考えられている。
て配線層を形成する金属原子が電子より運動量を受は取
ることにより拡散に異方性が生ずる現象であり、この拡
散原子流束の局所的発散が促進される結果としてボイド
が成長して断線に至るものと考えられている。
この配線層の断線は特に線幅の太い電源線（電極部）と
細い引出し線との接続部付近（特に負電極部で多く発生
し易い。これはジュール発熱により生じた配線内温度勾
配が電極部と配線部との接続部で大きくなるため、エレ
クトロマイグレーションによる金属原子拡散流の発散が
生じ易くなるためと考えられる。
細い引出し線との接続部付近（特に負電極部で多く発生
し易い。これはジュール発熱により生じた配線内温度勾
配が電極部と配線部との接続部で大きくなるため、エレ
クトロマイグレーションによる金属原子拡散流の発散が
生じ易くなるためと考えられる。
次に、上記現象を図面を参照して説明する。第４図は配
線の平均寿命加速試験に用いられた試料の断面図であり
、Ｓｉ基板１上にＳｉ熱酸化膜２を厚さ １．０μｍに
形成し、その上に、１ｎ−１％Ｓｉ配線３を厚さ ０．
８μｍ形成したのち、その上にＣＶＤによりＰＳＧ膜４
を厚さ １．２μｍで被覆した。゛第５図はこの試料に
おける陰極部３ａ（２００８ｍＸ２００μｍ）と、陽極
部３ｂ（２００８ｍＸ２００μｍ）と、その間を結ぶ配
ｍ部（線幅２ ｐ ｍ ％長さ２ＱＯＯａ ｍ ） ３
ｃの平面図を示している。
線の平均寿命加速試験に用いられた試料の断面図であり
、Ｓｉ基板１上にＳｉ熱酸化膜２を厚さ １．０μｍに
形成し、その上に、１ｎ−１％Ｓｉ配線３を厚さ ０．
８μｍ形成したのち、その上にＣＶＤによりＰＳＧ膜４
を厚さ １．２μｍで被覆した。゛第５図はこの試料に
おける陰極部３ａ（２００８ｍＸ２００μｍ）と、陽極
部３ｂ（２００８ｍＸ２００μｍ）と、その間を結ぶ配
ｍ部（線幅２ ｐ ｍ ％長さ２ＱＯＯａ ｍ ） ３
ｃの平面図を示している。
この試料について、２００℃の雰囲気、電流密度ｌＸ１
０６Ａ／ｃ−にて平均寿命の評価をおこなったところ、
第６図（Ａ）に示す結果を得た。この第６図（＾）から
明らかなように断線は配線部３Ｃのほぼ全体にランダム
に分布し、平均寿命（サンプル数−５０）は４００時間
であった。
０６Ａ／ｃ−にて平均寿命の評価をおこなったところ、
第６図（Ａ）に示す結果を得た。この第６図（＾）から
明らかなように断線は配線部３Ｃのほぼ全体にランダム
に分布し、平均寿命（サンプル数−５０）は４００時間
であった。
次に、上記加速試験において電流密度を２×１０６Ａ／
ｃ−とした以外は同一条件下で試験をおこなったところ
、第６図（Ｂ）に示す如く断線箇所は９０％以上が陰極
付近に集中し、平均寿命（サンプル数−５０）は１２時
間であった。
ｃ−とした以外は同一条件下で試験をおこなったところ
、第６図（Ｂ）に示す如く断線箇所は９０％以上が陰極
付近に集中し、平均寿命（サンプル数−５０）は１２時
間であった。
第７図は上記試験において赤外線熱放射温度測定により
電流負荷時の配線３の温度分布を測定した結果を示す。
電流負荷時の配線３の温度分布を測定した結果を示す。
第７図中実線は電流密度２×１０６Ａ／ｃｊの場合を示
し、破線は電流密度１×１０６Ａ／ｃ−の場合を示す。
し、破線は電流密度１×１０６Ａ／ｃ−の場合を示す。
温度勾配の最大値は電流密度が２Ｘ１０６Ａ／ｃ−の場
合には約１３００℃／ａｍとなり、ｌＸ１０６Ａ／ｃ−
の場合の約２００℃／（至）の６，５倍にも達した。
合には約１３００℃／ａｍとなり、ｌＸ１０６Ａ／ｃ−
の場合の約２００℃／（至）の６，５倍にも達した。
第８図は電流密度２ Ｘ １０６Ａ／ｃｊの場合の温度
分布により生じる原子拡散流束と流束発散を示している
。これから明らかなように陰極付近の配線部で負の極大
を示し、この位置での著るしいボイド形成を示唆してい
る。
分布により生じる原子拡散流束と流束発散を示している
。これから明らかなように陰極付近の配線部で負の極大
を示し、この位置での著るしいボイド形成を示唆してい
る。
以上の結果から、高電流密度下では大きな温度勾配がエ
レクトロマイグレーションによる断線不良の原因である
ことが明らかになった。
レクトロマイグレーションによる断線不良の原因である
ことが明らかになった。
従って、本発明は高電流密度下でも配線部３Ｃの温度勾
配が大きくならず、エレクトロマイグレーションに基因
する断線の発生を効果的に防止し得る半導体装置を提供
することを目的とする。
配が大きくならず、エレクトロマイグレーションに基因
する断線の発生を効果的に防止し得る半導体装置を提供
することを目的とする。
［発明の構成］
（課題を解決するための手段）
本発明は上記課題を解決するため、シリコン基板と配線
層との間に熱伝導性の大きい絶縁薄膜層を介在させると
いう手段を講じた。
層との間に熱伝導性の大きい絶縁薄膜層を介在させると
いう手段を講じた。
即ち、本発明はシリコン基板上に微細配線層を被着して
なる半導体装置において、該配線層が熱伝導率７０Ｗ＊
ｍ−１・Ｋ−を以上の絶縁薄膜層を介して設けられてい
ることを特徴とする微細配線層を有する半導体装置を提
供するものである。
なる半導体装置において、該配線層が熱伝導率７０Ｗ＊
ｍ−１・Ｋ−を以上の絶縁薄膜層を介して設けられてい
ることを特徴とする微細配線層を有する半導体装置を提
供するものである。
なお、上記絶縁薄膜層はシリコン基板上のほか、配線層
上にも形成し、配線内温度勾配の平坦化をより促進する
ようにしてもよい。
上にも形成し、配線内温度勾配の平坦化をより促進する
ようにしてもよい。
上記絶縁薄膜としては任意に選択し得るものであり、例
えばＡＮＮ、ＳｉＣ，ＢｅＯ等を使用し得る。この絶縁
薄膜の熱伝導率は７０Ｗ−ｍ−’・Ｋ−１以上であるこ
とを要するが、好ましくは１０１００Ｗ−’・Ｋ−１以
上のものを選ぶ。なお、上限については特別の制限はな
いが一般には５００Ｗ ａ ｍ’・Ｋ−１程度以上のも
のを使用する必要はないと思われる。絶縁層の厚みにつ
いても特に制限はなく、熱伝導効果を考慮して適宜決定
し得るが、一般に配線層の膜厚の１ｉ１０以上、５倍以
下であれば十分である。
えばＡＮＮ、ＳｉＣ，ＢｅＯ等を使用し得る。この絶縁
薄膜の熱伝導率は７０Ｗ−ｍ−’・Ｋ−１以上であるこ
とを要するが、好ましくは１０１００Ｗ−’・Ｋ−１以
上のものを選ぶ。なお、上限については特別の制限はな
いが一般には５００Ｗ ａ ｍ’・Ｋ−１程度以上のも
のを使用する必要はないと思われる。絶縁層の厚みにつ
いても特に制限はなく、熱伝導効果を考慮して適宜決定
し得るが、一般に配線層の膜厚の１ｉ１０以上、５倍以
下であれば十分である。
配線層の材質にっては特に限定はなく、アルミニウム、
Ａｌ−８上合金等のアルミニウム合金、その他如何なる
ものであっても、本発明の効果を期待することができる
。
Ａｌ−８上合金等のアルミニウム合金、その他如何なる
ものであっても、本発明の効果を期待することができる
。
（作 用）
通常、絶縁膜として使用されている５ｉ０２の熱伝導率
は５．５〜７．５Ｘ １０’ Ｗ−ｍ−’ ・Ｋ−”Ｔ
：あり、これに対し、本発明では７０Ｗ−ｍ−Ｉ・Ｋ−
１以上の絶縁膜が用いられるため、熱伝導率が数百倍以
上となり、配線部で発生したジュール熱は速やかにＳｉ
基板に流れ、又、配線部を横方向にも速やかに流れるた
め、配線部の温度分布が平坦化し、急峻な温度勾配に起
因するエレクトロマイグレーションによる断線を効果的
に防止することができる。絶縁膜の熱伝導率は７０〜３
００Ｗ・ｍ −ｔ 、 Ｋ−１が良く、特に好ましい範
囲は８０〜２００Ｗ ｅ ｍ−１ｍ Ｋ−’である。
は５．５〜７．５Ｘ １０’ Ｗ−ｍ−’ ・Ｋ−”Ｔ
：あり、これに対し、本発明では７０Ｗ−ｍ−Ｉ・Ｋ−
１以上の絶縁膜が用いられるため、熱伝導率が数百倍以
上となり、配線部で発生したジュール熱は速やかにＳｉ
基板に流れ、又、配線部を横方向にも速やかに流れるた
め、配線部の温度分布が平坦化し、急峻な温度勾配に起
因するエレクトロマイグレーションによる断線を効果的
に防止することができる。絶縁膜の熱伝導率は７０〜３
００Ｗ・ｍ −ｔ 、 Ｋ−１が良く、特に好ましい範
囲は８０〜２００Ｗ ｅ ｍ−１ｍ Ｋ−’である。
（実施例）
以下、本発明を図示の実施例を参照して説明する。
第１図は本発明の半導体装置の要部断面であって、Ｓｉ
基板１１上に厚さ １．０μｍのＡｊ！Ｎ膜１２をスパ
ッタ法により蒸着し、さらに、その上に厚さ０．８μｍ
の１−１％Ｓｉ金属配線１３を蒸着したのち、これら全
面に厚さ １．２μｍのＰＳＧ膜１４をＣＶＤ法により
被覆させた。
基板１１上に厚さ １．０μｍのＡｊ！Ｎ膜１２をスパ
ッタ法により蒸着し、さらに、その上に厚さ０．８μｍ
の１−１％Ｓｉ金属配線１３を蒸着したのち、これら全
面に厚さ １．２μｍのＰＳＧ膜１４をＣＶＤ法により
被覆させた。
この金属配線１３は第４図の場合と全く同一の寸法で形
成し、平均寿命加速試験に供した。その結果、試験条件
を、２００℃雰囲気、電流密度２Ｘ１０６Ａ／ｃ−とし
た場合でも第２図に示す如く断線箇所はほぼ均等に分布
し、平均寿命（サンプル数−５０）は１７０時間であり
、従来のＳｉＯ□を用いた場合の平均寿命１２時間と比
較して１０倍以上に長くなることが確認された。又、上
記電流印加時の配線的温度分布は第３図に示す如く、勾
配がなだらかであり、最大温度勾配は１５０℃／ｃｓで
あった。これは第７図に示す従来の場合の約９分の１で
あり、温度勾配に起因する断線不良が効果的に防止され
ていることを示している。
成し、平均寿命加速試験に供した。その結果、試験条件
を、２００℃雰囲気、電流密度２Ｘ１０６Ａ／ｃ−とし
た場合でも第２図に示す如く断線箇所はほぼ均等に分布
し、平均寿命（サンプル数−５０）は１７０時間であり
、従来のＳｉＯ□を用いた場合の平均寿命１２時間と比
較して１０倍以上に長くなることが確認された。又、上
記電流印加時の配線的温度分布は第３図に示す如く、勾
配がなだらかであり、最大温度勾配は１５０℃／ｃｓで
あった。これは第７図に示す従来の場合の約９分の１で
あり、温度勾配に起因する断線不良が効果的に防止され
ていることを示している。
なお、上記実施例において、厚さ １．０μｍのＡＩＮ
を金属配線１３形成後に全面に蒸着し、ついでＰＳＧ膜
で同様に被覆させたところ、電流印加時の配線的温度分
布がさらに平坦化することが確認された。
を金属配線１３形成後に全面に蒸着し、ついでＰＳＧ膜
で同様に被覆させたところ、電流印加時の配線的温度分
布がさらに平坦化することが確認された。
また、Ｓｉ基板１１に予め５ｉ０２膜を形成し、ついで
上記実施例同様にＡｆＩＮ膜１２、配線１３、ＰＳＧ膜
、１４を順次形成した場合でも、上記実施例と同様の十
分な効果が得られることが確認された。
上記実施例同様にＡｆＩＮ膜１２、配線１３、ＰＳＧ膜
、１４を順次形成した場合でも、上記実施例と同様の十
分な効果が得られることが確認された。
なお、上記実施例においてＡＩ Ｎ１１ｌの代りにＳｉ
Ｃ又はＢｅＯからなる薄膜を同一厚みに蒸着し、ついで
、同様に配線１３、ＰＳＧ膜１４を順次形成した場合で
も、／ＩＮの場合とほぼ同様の配線層の断線防止作用を
奏することが認められた。
Ｃ又はＢｅＯからなる薄膜を同一厚みに蒸着し、ついで
、同様に配線１３、ＰＳＧ膜１４を順次形成した場合で
も、／ＩＮの場合とほぼ同様の配線層の断線防止作用を
奏することが認められた。
（発明の効果）
以上詳述した如く、本発明の微細配線層を有する半導体
装置においては、熱伝導率の大きい絶縁膜を配線層の少
なくとも下面に配置させ、電流印加時の配線内温度勾配
の平坦化を促進するようにしたから、エレクトロマイグ
レーションに基づく配線層の断線を効果的に防止するこ
とが可能となり、配線寿命を著るしく長くすることが可
能となった。
装置においては、熱伝導率の大きい絶縁膜を配線層の少
なくとも下面に配置させ、電流印加時の配線内温度勾配
の平坦化を促進するようにしたから、エレクトロマイグ
レーションに基づく配線層の断線を効果的に防止するこ
とが可能となり、配線寿命を著るしく長くすることが可
能となった。
第１図は本発明の半導体装置の要部を示す断面図、第２
図は本発明の一実施例におけるエレクトロマイグレーシ
ョン寿命加速試験の結果に基づく断線箇所の分布を示す
図、第３図は本発明の一実施例における配線層の電流印
加時の温度分布を示す線図、第４図は従来の半導体装置
の配線層構成を示す断面図、第５図はエレクトロマイグ
レーション平均寿命加速試験用の配線パターンを示す平
面図、第６図（Ａ） 、 （Ｂ）は従来例の場合のエレ
クトロマイグレーション寿命加速試験の結果に基づく断
線箇所の分布を示す図、第７図は従来例における配線層
の電流印加時の温度分布を示す線図、第８図は第７図の
温度分布におけるエレクトロマイグレーション原子拡散
流速及び流速発散を示す線図である。 図中、１及び１１・・・Ｓｉ板、１２・・・ＡｆｉＮ膜
、３及び１３・・・金属配線、４及び１４・・・ＰＳＧ
膜、２・・・Ｓｔ熱酸化膜。 出願人代理人 弁理士 鈴 江 武 彦第 図 第 図 第 図 第 図 第 図 （Ａ） 第 図 （Ｂ）
図は本発明の一実施例におけるエレクトロマイグレーシ
ョン寿命加速試験の結果に基づく断線箇所の分布を示す
図、第３図は本発明の一実施例における配線層の電流印
加時の温度分布を示す線図、第４図は従来の半導体装置
の配線層構成を示す断面図、第５図はエレクトロマイグ
レーション平均寿命加速試験用の配線パターンを示す平
面図、第６図（Ａ） 、 （Ｂ）は従来例の場合のエレ
クトロマイグレーション寿命加速試験の結果に基づく断
線箇所の分布を示す図、第７図は従来例における配線層
の電流印加時の温度分布を示す線図、第８図は第７図の
温度分布におけるエレクトロマイグレーション原子拡散
流速及び流速発散を示す線図である。 図中、１及び１１・・・Ｓｉ板、１２・・・ＡｆｉＮ膜
、３及び１３・・・金属配線、４及び１４・・・ＰＳＧ
膜、２・・・Ｓｔ熱酸化膜。 出願人代理人 弁理士 鈴 江 武 彦第 図 第 図 第 図 第 図 第 図 （Ａ） 第 図 （Ｂ）
Claims (3)
- （１）シリコン基板上に微細配線層を被着してなる半導
体装置において、該配線層が熱伝導率単位、７０Ｗ・ｍ
＾−＾１・Ｋ＾−＾１以上の絶縁薄膜層を介して設けら
れていることを特徴とする微細配線層を有する半導体装
置。 - （２）該微細配線層上面にも熱伝導率７０Ｗ・ｍ＾−＾
１・Ｋ＾−＾１以上の絶縁薄膜層が設けられている請求
項１記載の半導体装置。 - （３）該絶縁薄膜層がＡｌＮ、ＳｉＣ及び ＢｅＯのうちから選ばれる材料から形成されている請求
項１又は２記載の半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP542889A JPH02185057A (ja) | 1989-01-12 | 1989-01-12 | 微細配線層を有する半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP542889A JPH02185057A (ja) | 1989-01-12 | 1989-01-12 | 微細配線層を有する半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02185057A true JPH02185057A (ja) | 1990-07-19 |
Family
ID=11610908
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP542889A Pending JPH02185057A (ja) | 1989-01-12 | 1989-01-12 | 微細配線層を有する半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02185057A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7161447B2 (en) | 2002-09-25 | 2007-01-09 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Piezoelectric resonator, piezoelectric filter, and communication apparatus |
-
1989
- 1989-01-12 JP JP542889A patent/JPH02185057A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7161447B2 (en) | 2002-09-25 | 2007-01-09 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Piezoelectric resonator, piezoelectric filter, and communication apparatus |
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