JPH0555221A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JPH0555221A JPH0555221A JP21218691A JP21218691A JPH0555221A JP H0555221 A JPH0555221 A JP H0555221A JP 21218691 A JP21218691 A JP 21218691A JP 21218691 A JP21218691 A JP 21218691A JP H0555221 A JPH0555221 A JP H0555221A
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- Japan
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- wiring
- single crystal
- longitudinal direction
- shape
- resistance
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 素子の微細化、高集積化を可能とした信頼性
の高い半導体装置を提供する。 【構成】 半導体基板上に金属単結晶からなる配線を有
する半導体装置において、前記金属単結晶からなる配線
の配線幅が変化する部位で配線の長手方向の一辺が直線
状に形成されている。
の高い半導体装置を提供する。 【構成】 半導体基板上に金属単結晶からなる配線を有
する半導体装置において、前記金属単結晶からなる配線
の配線幅が変化する部位で配線の長手方向の一辺が直線
状に形成されている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、耐エレクトロマイグレ
ーション性に優れた金属単結晶からなる配線を有する半
導体装置に関する。
ーション性に優れた金属単結晶からなる配線を有する半
導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、ＤＲＡＭに代表されるようなメモ
リー集積回路等の半導体装置の著しい小型化、高集積化
に伴い、各構成要素は勿論、前記各構成要素や各素子間
を結ぶ配線の微細化も進められている。
リー集積回路等の半導体装置の著しい小型化、高集積化
に伴い、各構成要素は勿論、前記各構成要素や各素子間
を結ぶ配線の微細化も進められている。
【０００３】しかしながら微細化が進むにつれて、相対
的に大きな面積のパッド部とこれらを結ぶ細い配線部と
からなる前記配線に要求される特性は従来より過酷にな
ってきている。具体的には電圧降下の原因となる電気抵
抗を低くすることはもとより、高い電流密度に伴う耐エ
レクトロマイグレーション性、パッシベーション膜との
熱膨張差に起因する耐ストレスマイグレーション性、配
線シュリンク部等でのオーミック接触及び絶縁膜との密
着性等の特性の向上が要求されている。特に、耐エレク
トロマイグレーション性と耐ストレスマイグレーション
性は、配線の破断を引き起こし、素子の寿命を大きく左
右するため、その特性の向上が重要な課題となってい
る。
的に大きな面積のパッド部とこれらを結ぶ細い配線部と
からなる前記配線に要求される特性は従来より過酷にな
ってきている。具体的には電圧降下の原因となる電気抵
抗を低くすることはもとより、高い電流密度に伴う耐エ
レクトロマイグレーション性、パッシベーション膜との
熱膨張差に起因する耐ストレスマイグレーション性、配
線シュリンク部等でのオーミック接触及び絶縁膜との密
着性等の特性の向上が要求されている。特に、耐エレク
トロマイグレーション性と耐ストレスマイグレーション
性は、配線の破断を引き起こし、素子の寿命を大きく左
右するため、その特性の向上が重要な課題となってい
る。
【０００４】エレクトロマイグレーションとは、高い電
流密度下での金属原子の拡散現象によるもので、配線を
構成する金属原子の移動が、配線の微細組織や温度勾配
の影響により不均一となり、場所により原子の過不足が
生じることをいう。エレクトロマイグレーションによ
り、原子の不足部分で生じたボイドの成長による断線
や、原子の過剰部分で生じたヒロックの成長による隣接
する配線との短絡が起こる。 ストレスマイグレーショ
ンとは、配線を構成する金属とそれを保護するために被
覆するパッシベーション膜との熱膨張差により、高い温
度下でパッシベーション膜を形成後、室温まで冷却した
時に熱応力が生じ、配線を構成する金属を移動させるこ
とをいう。ストレスマイグレーションにより、熱応力を
緩和する工程で配線にボイドが形成され、断線に至る。
流密度下での金属原子の拡散現象によるもので、配線を
構成する金属原子の移動が、配線の微細組織や温度勾配
の影響により不均一となり、場所により原子の過不足が
生じることをいう。エレクトロマイグレーションによ
り、原子の不足部分で生じたボイドの成長による断線
や、原子の過剰部分で生じたヒロックの成長による隣接
する配線との短絡が起こる。 ストレスマイグレーショ
ンとは、配線を構成する金属とそれを保護するために被
覆するパッシベーション膜との熱膨張差により、高い温
度下でパッシベーション膜を形成後、室温まで冷却した
時に熱応力が生じ、配線を構成する金属を移動させるこ
とをいう。ストレスマイグレーションにより、熱応力を
緩和する工程で配線にボイドが形成され、断線に至る。
【０００５】従って、耐エレクトロマイグレーション性
と耐ストレスマイグレーション性は半導体装置の信頼性
を向上させる上で極めて重要な問題である。
と耐ストレスマイグレーション性は半導体装置の信頼性
を向上させる上で極めて重要な問題である。
【０００６】これまで、耐エレクトロマイグレーション
性と耐ストレスマイグレーション性の改善手段として、
アルミニウムーシリコンー銅（Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ）配線
に代表されるような配線の合金化により粒界部に金属間
化合物を析出させ粒界を強化する方法、あるいはアルミ
ニウム（Ａｌ）合金配線に下敷き、上敷き等を施す積層
化により、アルミニウム（Ａｌ）合金配線が破断しても
積層した配線で寿命を持たせる方法が知られているが、
いまだ十分な特性が得られていない。
性と耐ストレスマイグレーション性の改善手段として、
アルミニウムーシリコンー銅（Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ）配線
に代表されるような配線の合金化により粒界部に金属間
化合物を析出させ粒界を強化する方法、あるいはアルミ
ニウム（Ａｌ）合金配線に下敷き、上敷き等を施す積層
化により、アルミニウム（Ａｌ）合金配線が破断しても
積層した配線で寿命を持たせる方法が知られているが、
いまだ十分な特性が得られていない。
【０００７】また耐エレクトロマイグレーション性、耐
ストレスマイグレーション性の有力な改善方法として、
単結晶配線による方法がある。例えば、 F.d′Heurleら
が“Electromaigration in Single-Crystal Aluminum F
ilms”, Appl. Phys. Lett., Vol.16,No.2,pp.80-81,19
70. において、単結晶アルミニウム（Ａｌ）配線は耐エ
レクトロマイグレーション性に優れた特性を有すると報
告している。また、S. Shingubara らは“Electromaigr
ation ina Single Crystal SubmicronWidth Aluminum I
nterconnection”, SSDM 1990, pp.251-254, 1990,にお
いて、単結晶アルミニウム（Ａｌ）配線はエレクトロマ
イグレーションによりアルミニウム（Ａｌ）の最稠密面
である（１１１）面を伴ったボイドが形成され、そのボ
イドはマイナス（−）側へ移動するため配線は全く健全
であり、耐エレクトロマイグレーション性は極めて優れ
ていると報告している。また、M. Hasunuma らは“Sing
le Crystal Aluminum Lines With Excelent Endurance
Against StressInduced Failure”, IEDM 1989, pp.677
-680, 1989,において、ストレスマイグレーションによ
るアルミニウム（Ａｌ）配線のボイドは結晶粒界で起こ
るため、結晶粒界を持たない単結晶アルミニウム（Ａ
ｌ）配線は優れた耐ストレスマイグレーション性を有す
ること、配線の結晶方位を適切に選べば、ストレスマイ
グレーションによるボイド形状を制御できることを報告
している。
ストレスマイグレーション性の有力な改善方法として、
単結晶配線による方法がある。例えば、 F.d′Heurleら
が“Electromaigration in Single-Crystal Aluminum F
ilms”, Appl. Phys. Lett., Vol.16,No.2,pp.80-81,19
70. において、単結晶アルミニウム（Ａｌ）配線は耐エ
レクトロマイグレーション性に優れた特性を有すると報
告している。また、S. Shingubara らは“Electromaigr
ation ina Single Crystal SubmicronWidth Aluminum I
nterconnection”, SSDM 1990, pp.251-254, 1990,にお
いて、単結晶アルミニウム（Ａｌ）配線はエレクトロマ
イグレーションによりアルミニウム（Ａｌ）の最稠密面
である（１１１）面を伴ったボイドが形成され、そのボ
イドはマイナス（−）側へ移動するため配線は全く健全
であり、耐エレクトロマイグレーション性は極めて優れ
ていると報告している。また、M. Hasunuma らは“Sing
le Crystal Aluminum Lines With Excelent Endurance
Against StressInduced Failure”, IEDM 1989, pp.677
-680, 1989,において、ストレスマイグレーションによ
るアルミニウム（Ａｌ）配線のボイドは結晶粒界で起こ
るため、結晶粒界を持たない単結晶アルミニウム（Ａ
ｌ）配線は優れた耐ストレスマイグレーション性を有す
ること、配線の結晶方位を適切に選べば、ストレスマイ
グレーションによるボイド形状を制御できることを報告
している。
【０００８】本発明者らは、このような優れた耐エレク
トロマイグレーション性、耐ストレスマイグレーション
性を有する単結晶配線においても、エレクトロマイグレ
ーションにより配線形状の変化する部位にはボイドがた
まり、配線抵抗が増大し使用限界があることを明らかに
した。
トロマイグレーション性、耐ストレスマイグレーション
性を有する単結晶配線においても、エレクトロマイグレ
ーションにより配線形状の変化する部位にはボイドがた
まり、配線抵抗が増大し使用限界があることを明らかに
した。
【０００９】例えば、配線部−パッド部間において配線
形状の変化する部位を有する従来の配線である図２に示
すような単結晶アルミニウム（Ａｌ）配線を用いて、一
定温度下で定直流電流を流すエレクトロマイグレーショ
ン加速試験を行うと、試験後プラス（＋）側の配線形状
の変化する部位付近ではヒロック、マイナス（−）側の
同様な部位では図３に示すような（１１１）面を伴った
ボイド３が内部に多数形成されていた。従って、更に試
験を継続すればボイドは成長し断線に至ると予測され
る。
形状の変化する部位を有する従来の配線である図２に示
すような単結晶アルミニウム（Ａｌ）配線を用いて、一
定温度下で定直流電流を流すエレクトロマイグレーショ
ン加速試験を行うと、試験後プラス（＋）側の配線形状
の変化する部位付近ではヒロック、マイナス（−）側の
同様な部位では図３に示すような（１１１）面を伴った
ボイド３が内部に多数形成されていた。従って、更に試
験を継続すればボイドは成長し断線に至ると予測され
る。
【００１０】またエレクトロマイグレーション試験中の
図２に示すＡ、Ｂ間における抵抗変化を測定したところ
図４が得られた。配線の抵抗変化Ｒ／Ｒ0 は、試験開始
初期に顕著な変化は認められないが徐々に上昇し（区間
Ｃ）、その後激しい変化（区間Ｄ）が認められた。
図２に示すＡ、Ｂ間における抵抗変化を測定したところ
図４が得られた。配線の抵抗変化Ｒ／Ｒ0 は、試験開始
初期に顕著な変化は認められないが徐々に上昇し（区間
Ｃ）、その後激しい変化（区間Ｄ）が認められた。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】以上のように従来の半
導体装置においては、単結晶配線を用いても誤動作の原
因となる激しい抵抗変化を伴う場合がある。従って、更
に素子の微細化や高集積化を図るためには、金属単結晶
配線において、耐エレクトロマイグレーション性や耐ス
トレスマイグレーション性がより充分な特性を有するこ
と、およびボイド形状や電気抵抗の増大に対しても充分
な対策がなされていること等が望まれる。本発明は、以
上の課題を解決するためになされたもので、素子の微細
化、高集積化を可能とした信頼性の高い半導体装置を提
供することを目的とする。
導体装置においては、単結晶配線を用いても誤動作の原
因となる激しい抵抗変化を伴う場合がある。従って、更
に素子の微細化や高集積化を図るためには、金属単結晶
配線において、耐エレクトロマイグレーション性や耐ス
トレスマイグレーション性がより充分な特性を有するこ
と、およびボイド形状や電気抵抗の増大に対しても充分
な対策がなされていること等が望まれる。本発明は、以
上の課題を解決するためになされたもので、素子の微細
化、高集積化を可能とした信頼性の高い半導体装置を提
供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明の半導体
装置は、半導体基板上に金属単結晶からなる配線を有す
る半導体装置において、前記金属単結晶からなる配線の
配線幅が変化する部位で配線の長手方向の一辺が直線状
に形成されていることを特徴とする。
装置は、半導体基板上に金属単結晶からなる配線を有す
る半導体装置において、前記金属単結晶からなる配線の
配線幅が変化する部位で配線の長手方向の一辺が直線状
に形成されていることを特徴とする。
【００１３】本発明の半導体装置において、金属単結晶
からなる配線の配線幅が変化する部位とは、例えば、配
線部−パッド部間等における配線形状の変化する部位を
いう。具体的には、図２に示すような配線形状を図１に
示すような形状とすること、図９に示すような配線形状
を図８に示すような形状とすること等をいう。さらにパ
ッド部を長方形の形状とすることもできる。
からなる配線の配線幅が変化する部位とは、例えば、配
線部−パッド部間等における配線形状の変化する部位を
いう。具体的には、図２に示すような配線形状を図１に
示すような形状とすること、図９に示すような配線形状
を図８に示すような形状とすること等をいう。さらにパ
ッド部を長方形の形状とすることもできる。
【００１４】また、本発明の半導体装置においては、金
属単結晶の最稠密面のうちの一面が配線の長手方向と平
行になるように結晶方位を配向させることが好ましい。
さらには、前記半導体装置の断面図を示す図１０におい
て、配線４の直線状に形成されていない側面５から直線
状に形成された側面６へ向う方向のベクトルをとったと
きに前記最稠密面７の法線ベクトル８と配線４の底面の
面方向のベクトル９となす角度１０が正で、かつ鋭角と
なるように結晶方位を配向させることがより好ましい。
なお図１０中、１１は半導体基板上に形成された絶縁層
である。このためには、例えば、シリコンウェハー基板
上に、ＣＶＤ法等により、金属単結晶の薄膜を形成した
後に結晶方位を同定し、前記金属単結晶の最稠密面が配
線の長手方向と平行になるように配線を加工すればよ
い。具体的には、本発明の半導体装置に使用できるアル
ミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃ
ｕ）等の金属単結晶では、（１１１）面が最稠密面とな
ることから、（１１１）面が配線の長手方向と平行にな
るように結晶方位を配設すればよい。
属単結晶の最稠密面のうちの一面が配線の長手方向と平
行になるように結晶方位を配向させることが好ましい。
さらには、前記半導体装置の断面図を示す図１０におい
て、配線４の直線状に形成されていない側面５から直線
状に形成された側面６へ向う方向のベクトルをとったと
きに前記最稠密面７の法線ベクトル８と配線４の底面の
面方向のベクトル９となす角度１０が正で、かつ鋭角と
なるように結晶方位を配向させることがより好ましい。
なお図１０中、１１は半導体基板上に形成された絶縁層
である。このためには、例えば、シリコンウェハー基板
上に、ＣＶＤ法等により、金属単結晶の薄膜を形成した
後に結晶方位を同定し、前記金属単結晶の最稠密面が配
線の長手方向と平行になるように配線を加工すればよ
い。具体的には、本発明の半導体装置に使用できるアル
ミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃ
ｕ）等の金属単結晶では、（１１１）面が最稠密面とな
ることから、（１１１）面が配線の長手方向と平行にな
るように結晶方位を配設すればよい。
【００１５】なお、金属単結晶の最稠密面を配線の長手
方向と平行になるように結晶方位を配設する場合におい
て、前記最稠密面と配線の長手方向とが完全に平行関係
に位置していることが最も効果的ではあるが、これらの
間の角度を 20 度以下にすることで本発明の効果を得る
ことができ、これを 10 度以下にすればより大きな効果
が得られる。また、垂直方向の配向については、最稠密
面のうちの一面の法線と配線の底面の法線のなす角度が
10 度以内になるように配向させることで、顕著な効果
を得ることができる。
方向と平行になるように結晶方位を配設する場合におい
て、前記最稠密面と配線の長手方向とが完全に平行関係
に位置していることが最も効果的ではあるが、これらの
間の角度を 20 度以下にすることで本発明の効果を得る
ことができ、これを 10 度以下にすればより大きな効果
が得られる。また、垂直方向の配向については、最稠密
面のうちの一面の法線と配線の底面の法線のなす角度が
10 度以内になるように配向させることで、顕著な効果
を得ることができる。
【００１６】本発明者らの研究結果では、単結晶配線で
も配線幅が変化する部位では、電流密度の変化により温
度分布が不均一になり、ボイド、ヒロックが発生する。
も配線幅が変化する部位では、電流密度の変化により温
度分布が不均一になり、ボイド、ヒロックが発生する。
【００１７】ボイドは通電時間とともに成長し、ボイド
の成長と共に配線抵抗が増大し、やがては断線に至るエ
レクトロマイグレーションが発生する。
の成長と共に配線抵抗が増大し、やがては断線に至るエ
レクトロマイグレーションが発生する。
【００１８】エレクトロマイグレーションによるボイド
は配線内で生成されマイナス（−）側に移動する。配線
内で次々にボイドが生成されるため、配線幅の変化する
部位、例えば配線の細い部分と太い部分では温度の低い
太い部分にボイドがたまる。ボイドが次々にたまると
き、ボイドはより安定な形状をとるために変形する。こ
のとき、配線長手方向の一辺が直線状であれば、配線が
直線状に形成されている辺の近傍では、配線が直線状に
形成されていない他辺の近傍よりもボイドの変形は緩和
される。従って、配線長手方向の二辺のいずれにおいて
も配線形状が変化する場合に比較して、エレクトロマイ
グレーションの発生を抑えることが可能となる。さらに
本発明では、金属単結晶の最稠密面のうちの一面が配線
の長手方向と平行になるように結晶方位を配向させれ
ば、耐エレクトロマイグレーション性をより向上せしめ
ることができる。例えば、単結晶アルミニウム（Ａｌ）
配線において、（１１１）面が配線の長手方向に平行な
場合は、ボイドは長さ方向に容易に成長するため、形状
を大きく変形しないでたまってくるボイドを吸収するこ
とができる。そのため、配線形状を直線状に保ち、（１
１１）面を配線の長手方向に平行にすれば、ボイドは長
さのみを変えることにより成長するので配線内部にボイ
ドは成長することなく、配線の長手方向のみで緩和でき
断線に至ることはない。またボイドが配線の長手方向の
みに成長する場合は、その形状を大きく変化させないの
で、ボイド形状の変化に伴う配線の激しい抵抗変化も起
こらない。
は配線内で生成されマイナス（−）側に移動する。配線
内で次々にボイドが生成されるため、配線幅の変化する
部位、例えば配線の細い部分と太い部分では温度の低い
太い部分にボイドがたまる。ボイドが次々にたまると
き、ボイドはより安定な形状をとるために変形する。こ
のとき、配線長手方向の一辺が直線状であれば、配線が
直線状に形成されている辺の近傍では、配線が直線状に
形成されていない他辺の近傍よりもボイドの変形は緩和
される。従って、配線長手方向の二辺のいずれにおいて
も配線形状が変化する場合に比較して、エレクトロマイ
グレーションの発生を抑えることが可能となる。さらに
本発明では、金属単結晶の最稠密面のうちの一面が配線
の長手方向と平行になるように結晶方位を配向させれ
ば、耐エレクトロマイグレーション性をより向上せしめ
ることができる。例えば、単結晶アルミニウム（Ａｌ）
配線において、（１１１）面が配線の長手方向に平行な
場合は、ボイドは長さ方向に容易に成長するため、形状
を大きく変形しないでたまってくるボイドを吸収するこ
とができる。そのため、配線形状を直線状に保ち、（１
１１）面を配線の長手方向に平行にすれば、ボイドは長
さのみを変えることにより成長するので配線内部にボイ
ドは成長することなく、配線の長手方向のみで緩和でき
断線に至ることはない。またボイドが配線の長手方向の
みに成長する場合は、その形状を大きく変化させないの
で、ボイド形状の変化に伴う配線の激しい抵抗変化も起
こらない。
【００１９】すなわちボイドがたまるとき、ボイドは最
も安定する形状に変形するが、変形に伴って激しい抵抗
変化が起こるため、ボイドの変形を抑えることは配線の
抵抗値の増大をも抑制でき、配線のダメージを最少に抑
えることができる。
も安定する形状に変形するが、変形に伴って激しい抵抗
変化が起こるため、ボイドの変形を抑えることは配線の
抵抗値の増大をも抑制でき、配線のダメージを最少に抑
えることができる。
【００２０】従って、配線の長手方向の少なくとも一辺
を直線状にすることにより、耐エレクトロマイグレーシ
ョン性に優れた信頼性の高い配線を得ることができる。
また、結晶粒界を持たない単結晶配線であるため、耐ス
トレスマイグレーション性にも優れている。
を直線状にすることにより、耐エレクトロマイグレーシ
ョン性に優れた信頼性の高い配線を得ることができる。
また、結晶粒界を持たない単結晶配線であるため、耐ス
トレスマイグレーション性にも優れている。
【００２１】
【実施例】以下に、本発明の実施例を詳細に説明する。
【００２２】実施例１ （１１１）シリコンウェハー基板上に、トリイソブチル
アルミニウムを原料とした熱ＣＶＤ法により、（１１
１）面配向の単結晶アルミニウム（Ａｌ）膜を4000オン
グストロームの厚さに形成した。その後エックス線（Ｘ
−ｒａｙ）ラウエ法により結晶方位を同定後、図１に示
すように、図示を省略した前記（１１１）シリコンウェ
ハー基板上で、所定の間隔を有して配置された相対的に
大きな面積の矩形のパッド部１とこれらを結ぶ細い配線
部２が配置され、前記パッド部１と前記配線部２の接続
部において長手方向の一辺が直線状になるような形状に
配線を加工した。この時、前記配線を構成するアルミニ
ウム（Ａｌ）単結晶の最稠密面である（１１１）面が前
記配線の長手方向と平行であり、前述したようにベクト
ル方向を規定したとき（１１１）面の法線ベクトルと基
板の面方向のベクトルとなす角度が正で、かつ鋭角とな
るように結晶方位を配設した。
アルミニウムを原料とした熱ＣＶＤ法により、（１１
１）面配向の単結晶アルミニウム（Ａｌ）膜を4000オン
グストロームの厚さに形成した。その後エックス線（Ｘ
−ｒａｙ）ラウエ法により結晶方位を同定後、図１に示
すように、図示を省略した前記（１１１）シリコンウェ
ハー基板上で、所定の間隔を有して配置された相対的に
大きな面積の矩形のパッド部１とこれらを結ぶ細い配線
部２が配置され、前記パッド部１と前記配線部２の接続
部において長手方向の一辺が直線状になるような形状に
配線を加工した。この時、前記配線を構成するアルミニ
ウム（Ａｌ）単結晶の最稠密面である（１１１）面が前
記配線の長手方向と平行であり、前述したようにベクト
ル方向を規定したとき（１１１）面の法線ベクトルと基
板の面方向のベクトルとなす角度が正で、かつ鋭角とな
るように結晶方位を配設した。
【００２３】得られた配線の信頼性を評価するため、エ
レクトロマイグレーション加速試験を行った。試験条件
は、電流密度 4×107 Ａ／ｃｍ2 、基板温度 150℃であ
る。参考例１として、実施例１と同一の材料、同一の方
法で成膜した単結晶アルミニウム（Ａｌ）膜を、（１１
１）面が配線部の長手方向と平行であるが、（１１１）
面の法線ベクトルと基板の面方向のベクトルとなす角度
が負でかつ鋭角となるように結晶方位を選択し、図１と
同様の形状に加工した。
レクトロマイグレーション加速試験を行った。試験条件
は、電流密度 4×107 Ａ／ｃｍ2 、基板温度 150℃であ
る。参考例１として、実施例１と同一の材料、同一の方
法で成膜した単結晶アルミニウム（Ａｌ）膜を、（１１
１）面が配線部の長手方向と平行であるが、（１１１）
面の法線ベクトルと基板の面方向のベクトルとなす角度
が負でかつ鋭角となるように結晶方位を選択し、図１と
同様の形状に加工した。
【００２４】また上記サンプルのエレクトロマイグレー
ション加速試験中の配線の抵抗値Ｒを測定し試験開始直
後の初期抵抗値Ｒ0 との比で表したところ、図５が得ら
れた。（ａ）は実施例１における配線の抵抗変化であ
り、配線抵抗Ｒ／Ｒ0 の激しい変化は認められなかっ
た。一方（ｂ）は参考例１の結果であり、図４に示した
従来の配線よりも抵抗変化は改善されているが、実施例
１よりも、配線抵抗Ｒ／Ｒ0 の激しい変化が観察され
た。
ション加速試験中の配線の抵抗値Ｒを測定し試験開始直
後の初期抵抗値Ｒ0 との比で表したところ、図５が得ら
れた。（ａ）は実施例１における配線の抵抗変化であ
り、配線抵抗Ｒ／Ｒ0 の激しい変化は認められなかっ
た。一方（ｂ）は参考例１の結果であり、図４に示した
従来の配線よりも抵抗変化は改善されているが、実施例
１よりも、配線抵抗Ｒ／Ｒ0 の激しい変化が観察され
た。
【００２５】エレクトロマイグレーション加速試験後の
それぞれのマイナス（−）側の配線幅が変化している部
位を観察した結果を図６に示す。実施例１における観察
結果を示す（ａ）では、配線が直線状に形成されている
辺側で配線の長手方向と平行にボイド３が形成されてお
り、パッド部内部にはボイド３が生成されていなかっ
た。一方参考例１における観察結果を示す（ｂ）では、
ボイド３はパッド部内部にまで成長していた。
それぞれのマイナス（−）側の配線幅が変化している部
位を観察した結果を図６に示す。実施例１における観察
結果を示す（ａ）では、配線が直線状に形成されている
辺側で配線の長手方向と平行にボイド３が形成されてお
り、パッド部内部にはボイド３が生成されていなかっ
た。一方参考例１における観察結果を示す（ｂ）では、
ボイド３はパッド部内部にまで成長していた。
【００２６】また、参考例２として、実施例１と同一の
材料、同一の方法で（１１１）シリコンウェハー基板上
に単結晶アルミニウム（Ａｌ）膜を形成した。その後、
配線の長手方向と直角にアルミニウム（Ａｌ）（１１
１）面を配設し、図１と同一な形状に加工しエレクトロ
マイグレーション加速試験を行った。試験後のマイナス
（−）側の配線幅の変化する部位を観察した結果を図７
に示すが、パッド部内部にまでボイド３が成長してい
た。
材料、同一の方法で（１１１）シリコンウェハー基板上
に単結晶アルミニウム（Ａｌ）膜を形成した。その後、
配線の長手方向と直角にアルミニウム（Ａｌ）（１１
１）面を配設し、図１と同一な形状に加工しエレクトロ
マイグレーション加速試験を行った。試験後のマイナス
（−）側の配線幅の変化する部位を観察した結果を図７
に示すが、パッド部内部にまでボイド３が成長してい
た。
【００２７】実施例２ 実施例１と同一の材料、同一の方法で（１１１）シリコ
ンウェハー基板上に単結晶アルミニウム（Ａｌ）膜を形
成した。その後、図８に示すように配線の長手方向の少
なくとも一辺を直線状に形成し、（１１１）面が配線の
長手方向と平行であり、かつ（１１１）面の法線ベクト
ルと基板の面方向のベクトルとなす角度が正で、かつ鋭
角となるように結晶方位を配設した。その後エレクトロ
マイグレーション加速試験を行った。また、参考例３と
して図９に示すように配線の長手方向の二辺のいずれに
おいても配線形状が変化するように形成し、実施例２と
同一の試験を行った。試験中の配線の抵抗値を測定した
ところ、実施例２では抵抗値の変動は認められなかっ
た。一方参考例３では、抵抗値は 10 ％も変動した。
ンウェハー基板上に単結晶アルミニウム（Ａｌ）膜を形
成した。その後、図８に示すように配線の長手方向の少
なくとも一辺を直線状に形成し、（１１１）面が配線の
長手方向と平行であり、かつ（１１１）面の法線ベクト
ルと基板の面方向のベクトルとなす角度が正で、かつ鋭
角となるように結晶方位を配設した。その後エレクトロ
マイグレーション加速試験を行った。また、参考例３と
して図９に示すように配線の長手方向の二辺のいずれに
おいても配線形状が変化するように形成し、実施例２と
同一の試験を行った。試験中の配線の抵抗値を測定した
ところ、実施例２では抵抗値の変動は認められなかっ
た。一方参考例３では、抵抗値は 10 ％も変動した。
【００２８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
エレクトロマイグレーションによる金属単結晶配線のボ
イド成長による断線や電気抵抗の増大を防止できる。ま
た、この金属単結晶配線は耐ストレスマイグレーション
にも優れ、高集積かつ信頼性の高い半導体装置が得られ
る。
エレクトロマイグレーションによる金属単結晶配線のボ
イド成長による断線や電気抵抗の増大を防止できる。ま
た、この金属単結晶配線は耐ストレスマイグレーション
にも優れ、高集積かつ信頼性の高い半導体装置が得られ
る。
【図１】本発明の金属単結晶配線における配線部−パッ
ド部の形状の一例を示す平面図である。
ド部の形状の一例を示す平面図である。
【図２】従来の配線部−パッド部の形状の一例を示す平
面図である。
面図である。
【図３】エレクトロマイグレーション加速試験後のマイ
ナス（−）側でのボイド形成を示す平面図である。
ナス（−）側でのボイド形成を示す平面図である。
【図４】従来例のエレクトロマイグレーション加速試験
中の配線の抵抗変化の時間依存性を示す特性図である。
中の配線の抵抗変化の時間依存性を示す特性図である。
【図５】（ａ）実施例１の試験片のエレクトロマイグレ
ーション加速試験中の配線の抵抗変化の時間依存性を示
す特性図である。 （ｂ）参考例１の試験片のエレクトロマイグレーション
加速試験中の配線の抵抗変化の時間依存性を示す特性図
である。
ーション加速試験中の配線の抵抗変化の時間依存性を示
す特性図である。 （ｂ）参考例１の試験片のエレクトロマイグレーション
加速試験中の配線の抵抗変化の時間依存性を示す特性図
である。
【図６】（ａ）実施例１の試験片のマイナス（−）側で
のボイド形成を示す平面図である。 （ｂ）参考例１の試験片のマイナス（−）側でのボイド
形成を示す平面図である。
のボイド形成を示す平面図である。 （ｂ）参考例１の試験片のマイナス（−）側でのボイド
形成を示す平面図である。
【図７】参考例２の試験片のエレクトロマイグレーショ
ン試験後のマイナス（−）側でのボイド形成を示す平面
図である。
ン試験後のマイナス（−）側でのボイド形成を示す平面
図である。
【図８】実施例２の金属単結晶配線における配線部−パ
ッド部の形状を示す平面図である。
ッド部の形状を示す平面図である。
【図９】参考例３の金属単結晶配線における配線部−パ
ッド部の形状を示す平面図である。
ッド部の形状を示す平面図である。
【図１０】本発明における金属単結晶配線の結晶方位の
一例を示す断面図である。
一例を示す断面図である。
１………パッド部、２………配線部、３………ボイド、
４………配線、５………配線４の直線状に形成されてい
ない側面、６………配線４の直線状に形成された側面、
７………最稠密面、８………最稠密面７の法線ベクト
ル、９………底面の面方向のベクトル、１０………最稠
密面７の法線ベクトルと底面の面方向のベクトルとの角
度、１１………絶縁層。
４………配線、５………配線４の直線状に形成されてい
ない側面、６………配線４の直線状に形成された側面、
７………最稠密面、８………最稠密面７の法線ベクト
ル、９………底面の面方向のベクトル、１０………最稠
密面７の法線ベクトルと底面の面方向のベクトルとの角
度、１１………絶縁層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 蓮沼 正彦 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝総合研究所内 (72)発明者 豊田 啓 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝総合研究所内
Claims (1)
- 【請求項１】 半導体基板上に金属単結晶からなる配線
を有する半導体装置において、前記金属単結晶からなる
配線の配線幅が変化する部位で配線の長手方向の一辺が
直線状に形成されていることを特徴とする半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21218691A JPH0555221A (ja) | 1991-08-23 | 1991-08-23 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21218691A JPH0555221A (ja) | 1991-08-23 | 1991-08-23 | 半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0555221A true JPH0555221A (ja) | 1993-03-05 |
Family
ID=16618352
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21218691A Withdrawn JPH0555221A (ja) | 1991-08-23 | 1991-08-23 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0555221A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003282574A (ja) * | 2003-02-26 | 2003-10-03 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置 |
| US7032043B1 (en) | 1999-07-05 | 2006-04-18 | Fujitsu Limited | Keyboard storage device for a computer system |
| JP2016027994A (ja) * | 2015-10-22 | 2016-02-25 | セイコーエプソン株式会社 | 記録装置 |
-
1991
- 1991-08-23 JP JP21218691A patent/JPH0555221A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7032043B1 (en) | 1999-07-05 | 2006-04-18 | Fujitsu Limited | Keyboard storage device for a computer system |
| JP2003282574A (ja) * | 2003-02-26 | 2003-10-03 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置 |
| JP2016027994A (ja) * | 2015-10-22 | 2016-02-25 | セイコーエプソン株式会社 | 記録装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19981112 |