JPH022129A - 半導体集積回路の製造方法 - Google Patents
半導体集積回路の製造方法Info
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- JPH022129A JPH022129A JP14651088A JP14651088A JPH022129A JP H022129 A JPH022129 A JP H022129A JP 14651088 A JP14651088 A JP 14651088A JP 14651088 A JP14651088 A JP 14651088A JP H022129 A JPH022129 A JP H022129A
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- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 11
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Landscapes
- 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】
〔産業上の利用分野〕
本発明は半導体集積回路の配線形成工程に関し、とくに
高密度な半導体ｉ積回路において、微細なアルミニウム
配線を高信頼化する製造方法に関す〔従来の技術〕 集積回路技術の進歩により内部回路は微細化され、内部
配線も微細に形成されるようになった。
高密度な半導体ｉ積回路において、微細なアルミニウム
配線を高信頼化する製造方法に関す〔従来の技術〕 集積回路技術の進歩により内部回路は微細化され、内部
配線も微細に形成されるようになった。
また配線による信号伝送遅延を制御するため、配線材料
としてはアルミニウムが使われている。第２図は従来の
２層の半導体集積回路の製造工程図を示す。１は前工程
、２は第１アルミニウム配線層形成工程、３は中間工程
、４は第２アルミニウム配線層形成工程、５は後工程で
ある。従来の前工程１を経た後、半導体基板の絶縁膜上
にアルミニウムを蒸着もしくはスパッタリングを行う第
１アルミニウム配線層形成工程２を実施する。第１アル
ミニウム配線層形成工程２の後、中間工程３を経て、第
２アルミニウム配線層形成工稈４を前と同様の処理で行
い、製品を出荷する。
としてはアルミニウムが使われている。第２図は従来の
２層の半導体集積回路の製造工程図を示す。１は前工程
、２は第１アルミニウム配線層形成工程、３は中間工程
、４は第２アルミニウム配線層形成工程、５は後工程で
ある。従来の前工程１を経た後、半導体基板の絶縁膜上
にアルミニウムを蒸着もしくはスパッタリングを行う第
１アルミニウム配線層形成工程２を実施する。第１アル
ミニウム配線層形成工程２の後、中間工程３を経て、第
２アルミニウム配線層形成工稈４を前と同様の処理で行
い、製品を出荷する。
（発明が解決しようとする課題〕
このような処理により形成されたアルミニウムは多結晶
状態になっており、各結晶の間には粒界が存在する。こ
こで問題となるのが、よく知られているように電流の担
体である電子とアルミニウム原子との運動量交換により
アルミニウム原子゛が移動してヒロックやボイドが発生
し、配線の短絡もしくは断線故障すなわちエレクトロマ
イグレーション（以下ＥＭと略記する）故障が発生する
ことである。このアルミニウム原子は、主として粒界に
沿って移動する。蒸着もしくはスパッタリングにより形
成したアルミニウムの結晶粒径は１０μｍ以下であり、
配線中には多数の粒界が存在している。とくに今後微細
化が進み電流密度が大きくなると、Ｆ、Ｍ故障が重大な
問題として残る。
状態になっており、各結晶の間には粒界が存在する。こ
こで問題となるのが、よく知られているように電流の担
体である電子とアルミニウム原子との運動量交換により
アルミニウム原子゛が移動してヒロックやボイドが発生
し、配線の短絡もしくは断線故障すなわちエレクトロマ
イグレーション（以下ＥＭと略記する）故障が発生する
ことである。このアルミニウム原子は、主として粒界に
沿って移動する。蒸着もしくはスパッタリングにより形
成したアルミニウムの結晶粒径は１０μｍ以下であり、
配線中には多数の粒界が存在している。とくに今後微細
化が進み電流密度が大きくなると、Ｆ、Ｍ故障が重大な
問題として残る。
従来の技術ではＥＭ故障を防ぐため、アルミニウムの中
にＳｉやＣｕを添加しこれらの原子やアルミニウムとの
合金が粒界上に存在することによって、粒界に沿ったア
ルミニウム原子の移動を防ぐという方法をとっている。
にＳｉやＣｕを添加しこれらの原子やアルミニウムとの
合金が粒界上に存在することによって、粒界に沿ったア
ルミニウム原子の移動を防ぐという方法をとっている。
しかしこの方法では、■純粋なアルミニウムに比べて抵
抗が高くなる、■添加したＳｉが配線中に析出して局所
的に電流密度や応力の増大を引き起こし故障の原因にな
る。
抗が高くなる、■添加したＳｉが配線中に析出して局所
的に電流密度や応力の増大を引き起こし故障の原因にな
る。
■Ｃｕは拡散しやすく素子特性の劣化をもたらす恐れが
ある、■Ｃｕは析出し易く析出したＣｕはエツチングし
にくいためエツチングむらがでて微細加工が難しい、な
どの問題点を有する。
ある、■Ｃｕは析出し易く析出したＣｕはエツチングし
にくいためエツチングむらがでて微細加工が難しい、な
どの問題点を有する。
半導体集積回路の半導体基板上のアルミニウム配線層の
形成工程において、アルミニウムを絶縁膜上に蒸着もし
くはスパッタリングにより付着した後に、低温側１０℃
以下と高温側１２５℃以上で低温側、高温側とも持続時
間５分以上、繰り返し回数１０回以上の冷熱サイクルの
冷熱付加工程を設け、アルミニウムの粒界拡散に基づ＜
ＥＭ故障を防ぐために、結晶粒径の大きなアルミニウム
配線層を得るための製造方法を提供することである。
形成工程において、アルミニウムを絶縁膜上に蒸着もし
くはスパッタリングにより付着した後に、低温側１０℃
以下と高温側１２５℃以上で低温側、高温側とも持続時
間５分以上、繰り返し回数１０回以上の冷熱サイクルの
冷熱付加工程を設け、アルミニウムの粒界拡散に基づ＜
ＥＭ故障を防ぐために、結晶粒径の大きなアルミニウム
配線層を得るための製造方法を提供することである。
第１図は、本発明による工程を付加した半導体集積回路
の製造工程図である。６．６’ ６″は冷熱サイクル
付加工程、他の記号は前出のものを使用する。アルミニ
ウムを絶縁膜上に蒸着もしくはスパッタリングにより付
着した後に、低温側１０℃以下と高温側１２５℃以上で
低温側、高温側とも持続時間５分以上、繰り返し回数１
０回以上の冷熱サイクル付加工程６．６′、６″は必ず
しも図示の全部実施する必要はなく、第１アルミニウム
配線層形成前工程１と第２アルミニウム配線層形成前工
程の後で少なくとも１回だけ冷熱サイクルを施せば、そ
の効果は同じである。ここではアルミニウム配線層が２
層の場合を説明したが、１層配線や３層以上のアルミニ
ウム配線層を有する半導体集積回路についても考え方と
その手順は全く同じである。また出荷前の半導体集積回
路の冷熱サイクル冷熱付加工程６″を実施しても効果は
同じである。
の製造工程図である。６．６’ ６″は冷熱サイクル
付加工程、他の記号は前出のものを使用する。アルミニ
ウムを絶縁膜上に蒸着もしくはスパッタリングにより付
着した後に、低温側１０℃以下と高温側１２５℃以上で
低温側、高温側とも持続時間５分以上、繰り返し回数１
０回以上の冷熱サイクル付加工程６．６′、６″は必ず
しも図示の全部実施する必要はなく、第１アルミニウム
配線層形成前工程１と第２アルミニウム配線層形成前工
程の後で少なくとも１回だけ冷熱サイクルを施せば、そ
の効果は同じである。ここではアルミニウム配線層が２
層の場合を説明したが、１層配線や３層以上のアルミニ
ウム配線層を有する半導体集積回路についても考え方と
その手順は全く同じである。また出荷前の半導体集積回
路の冷熱サイクル冷熱付加工程６″を実施しても効果は
同じである。
第３図は本発明で行った１例の冷熱付加工程図である。
半導体集積回路のパッケージ内に組み立てられた状態で
、冷熱サイクル槽の中において、図示の高温側１５０℃
、低温側−６５℃の温度差２００℃以上の冷熱サイクル
を１００回以上繰り返した。なお低温、高温の各持続時
間は５分以上あればよい。
、冷熱サイクル槽の中において、図示の高温側１５０℃
、低温側−６５℃の温度差２００℃以上の冷熱サイクル
を１００回以上繰り返した。なお低温、高温の各持続時
間は５分以上あればよい。
第４図は本発明の効果を示す説明図である。図はワイブ
ル確率紙で、１０は本発明の冷熱サイクルを１００回施
した半導体集積回路の寿命特性、１１は従来の製品の寿
命特性である。他元素を添加しないアルミニウム単体で
形成した長さ２０ｍｍの配線に対し、１７０℃で５ ×
ｌ Ｏ’ Ａ／ｃｍ”の電流密度で通電試験した場合の
ＥＭ故障による分布データを、縦軸に総試験個数に対す
る故障個数の割合、横軸に試験時間をとったワイブル確
率紙上にプロットしたものである。データが右に行くほ
ど寿命が長い。１０は一６５℃〜＋１５０℃の冷熱サイ
クルを１００回実施した本発明の半導体集積回路の故障
データ、１１は冷熱サイクルを実施しない従来の半導体
集積回路の故障データである。この２つのデータ間に明
らかな差が認められる。この結果から明らかなように、
従来のようにアルミニウムに他元素を添加しないで、純
アルミニウムに冷熱サイクル工程を付加するだけで長寿
命化が図られる。
ル確率紙で、１０は本発明の冷熱サイクルを１００回施
した半導体集積回路の寿命特性、１１は従来の製品の寿
命特性である。他元素を添加しないアルミニウム単体で
形成した長さ２０ｍｍの配線に対し、１７０℃で５ ×
ｌ Ｏ’ Ａ／ｃｍ”の電流密度で通電試験した場合の
ＥＭ故障による分布データを、縦軸に総試験個数に対す
る故障個数の割合、横軸に試験時間をとったワイブル確
率紙上にプロットしたものである。データが右に行くほ
ど寿命が長い。１０は一６５℃〜＋１５０℃の冷熱サイ
クルを１００回実施した本発明の半導体集積回路の故障
データ、１１は冷熱サイクルを実施しない従来の半導体
集積回路の故障データである。この２つのデータ間に明
らかな差が認められる。この結果から明らかなように、
従来のようにアルミニウムに他元素を添加しないで、純
アルミニウムに冷熱サイクル工程を付加するだけで長寿
命化が図られる。
通常の半導体製造は室温以上の温度で実施さ孔る。室温
以上の範囲で温度を変化させても粒径の成長が認められ
ない。従って本発明は低温側は粒径の成長は認められる
室温以下の１０℃以下と、高温側の間の冷熱サイクルを
繰り返す。第５図は高温側と低温側の温度差と冷熱サイ
クルの繰り返し回数の関係図である。温度差が大きいほ
ど繰り返し回数が少なくてよく、温度差が２００℃あれ
ば、冷熱サイクルの繰り返し回数は３０回以上あれば効
果がある。
以上の範囲で温度を変化させても粒径の成長が認められ
ない。従って本発明は低温側は粒径の成長は認められる
室温以下の１０℃以下と、高温側の間の冷熱サイクルを
繰り返す。第５図は高温側と低温側の温度差と冷熱サイ
クルの繰り返し回数の関係図である。温度差が大きいほ
ど繰り返し回数が少なくてよく、温度差が２００℃あれ
ば、冷熱サイクルの繰り返し回数は３０回以上あれば効
果がある。
以上説明したように、冷熱サイクルを加えることにより
アルミニウム配線の結晶粒径が成長しＥＭ故障の原因と
なる粒界密度が減るから、アルミニウム配線の長寿命化
が図れる。
アルミニウム配線の結晶粒径が成長しＥＭ故障の原因と
なる粒界密度が減るから、アルミニウム配線の長寿命化
が図れる。
他の故障や特性劣化の原因となる他元素を添加しないの
で、集積回路の高密度化に伴い微細化が進む配線の高信
頼化に適した製造方法である。
で、集積回路の高密度化に伴い微細化が進む配線の高信
頼化に適した製造方法である。
第１図は、本発明による工程を付加した半導体集積回路
の製造工程図、第２図は従来の製造工程図、第３図は本
発明の１例の冷熱付加工程図、第４図は本発明の効果を
示す説明図、第５図は温度差と冷熱サイクルの繰り返し
回数の関係図である。 １は前工程、２は第１アルミニウム配線層形成工程、３
は中間工程、４は第２アルミニウム配線層形成工程、５
は後工程、６．６′ ６″は冷熱サイクル付加工程、１
０は本発明の半導体集積回路の故障データ、１１は従来
の半導体集積回路の故障データ。 特許出願人 日本電信電話株式会社 代理人 弁理士 玉 蟲 久五部 （外２名） ３０’＃ ３０分 本発明の一例の冷熱付加工程図 第 ３ 図 Ｘ発明の製追工ａ図 策 １ 図 ＋００ ２００ ３００ ；余熱サイクルｆｆ（回） 渥Ｊｘ差−冷熱ブイクルの繰り返し回数の関係図第５図
の製造工程図、第２図は従来の製造工程図、第３図は本
発明の１例の冷熱付加工程図、第４図は本発明の効果を
示す説明図、第５図は温度差と冷熱サイクルの繰り返し
回数の関係図である。 １は前工程、２は第１アルミニウム配線層形成工程、３
は中間工程、４は第２アルミニウム配線層形成工程、５
は後工程、６．６′ ６″は冷熱サイクル付加工程、１
０は本発明の半導体集積回路の故障データ、１１は従来
の半導体集積回路の故障データ。 特許出願人 日本電信電話株式会社 代理人 弁理士 玉 蟲 久五部 （外２名） ３０’＃ ３０分 本発明の一例の冷熱付加工程図 第 ３ 図 Ｘ発明の製追工ａ図 策 １ 図 ＋００ ２００ ３００ ；余熱サイクルｆｆ（回） 渥Ｊｘ差−冷熱ブイクルの繰り返し回数の関係図第５図
Claims (1)
- 半導体集積回路の半導体基板上のアルミニウム配線層の
形成工程において、アルミニウムを絶縁膜上に蒸着もし
くはスパッタリングにより付着した後に、低温側１０℃
以下と高温側１２５℃以上で低温側、高温側とも持続時
間５分以上、繰り返し回数１０回以上の冷熱サイクルの
冷熱付加工程を設けたことを特徴とする半導体集積回路
の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14651088A JPH022129A (ja) | 1988-06-13 | 1988-06-13 | 半導体集積回路の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14651088A JPH022129A (ja) | 1988-06-13 | 1988-06-13 | 半導体集積回路の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH022129A true JPH022129A (ja) | 1990-01-08 |
Family
ID=15409266
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14651088A Pending JPH022129A (ja) | 1988-06-13 | 1988-06-13 | 半導体集積回路の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH022129A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5138208A (en) * | 1990-06-20 | 1992-08-11 | Mitsubishi Denki K.K. | Small size electric motor |
| KR100464393B1 (ko) * | 1997-09-02 | 2005-02-28 | 삼성전자주식회사 | 반도체소자의금속배선형성방법 |
-
1988
- 1988-06-13 JP JP14651088A patent/JPH022129A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5138208A (en) * | 1990-06-20 | 1992-08-11 | Mitsubishi Denki K.K. | Small size electric motor |
| KR100464393B1 (ko) * | 1997-09-02 | 2005-02-28 | 삼성전자주식회사 | 반도체소자의금속배선형성방법 |
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