JPH06209002A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
- Publication number
- JPH06209002A JPH06209002A JP283693A JP283693A JPH06209002A JP H06209002 A JPH06209002 A JP H06209002A JP 283693 A JP283693 A JP 283693A JP 283693 A JP283693 A JP 283693A JP H06209002 A JPH06209002 A JP H06209002A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- aluminum
- wiring
- layer
- semiconductor device
- grain boundary
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 エレクトロマイグレーションおよびストレス
マイグレーションを低減することができる半導体装置を
提供する。 【構成】 所定の添加元素が添加されたアルミニウムを
蒸着することによって配線層が形成され、且つパッケー
ジング後にエージングされることによって該配線のアル
ミニウム粒界（グレインバンダリ）に沿って添加元素あ
るいはアルミとの合金の析出層が形成された配線構造を
備えるようにした。
マイグレーションを低減することができる半導体装置を
提供する。 【構成】 所定の添加元素が添加されたアルミニウムを
蒸着することによって配線層が形成され、且つパッケー
ジング後にエージングされることによって該配線のアル
ミニウム粒界（グレインバンダリ）に沿って添加元素あ
るいはアルミとの合金の析出層が形成された配線構造を
備えるようにした。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＩＣやＬＳＩ等の半導
体装置に関し、特に、エレクトロマイグレーション及び
ストレスマイグレーションを低減することができる配線
層を有する半導体装置に関する。
体装置に関し、特に、エレクトロマイグレーション及び
ストレスマイグレーションを低減することができる配線
層を有する半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置では、金属配線膜としてアル
ミニウム（Ａｌ）蒸着膜が多く用いられている。これ
は、導電性、シリコン（Ｓｉ）とのオーミック接触性、
ワイヤボンディング性および加工性など、総合的に有利
な点が多いからである。ところで、蒸着技術によってア
ルミニウムの配線膜をシリコン基板上に形成すると、そ
の配線膜はアルミニウム粒子の多結晶構造となる。即
ち、図４に示すように、アルミニウム単結晶粒（グレイ
ン）１の集合体となり、夫々のアルミニウム単結晶粒１
の間に粒界（グレインバウンダリ）２が存在する構造に
よって導電性を有する配線が実現されている。
ミニウム（Ａｌ）蒸着膜が多く用いられている。これ
は、導電性、シリコン（Ｓｉ）とのオーミック接触性、
ワイヤボンディング性および加工性など、総合的に有利
な点が多いからである。ところで、蒸着技術によってア
ルミニウムの配線膜をシリコン基板上に形成すると、そ
の配線膜はアルミニウム粒子の多結晶構造となる。即
ち、図４に示すように、アルミニウム単結晶粒（グレイ
ン）１の集合体となり、夫々のアルミニウム単結晶粒１
の間に粒界（グレインバウンダリ）２が存在する構造に
よって導電性を有する配線が実現されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
蒸着膜は一般に用いられる電線とは異なる特殊な問題、
即ち、エレクトロマイグレーション現象とストレスマイ
グレーション現象に起因して断線状態を招く問題があ
り、このエレクトロマイグレーションとストレスマイグ
レーションを低減することが半導体装置の寿命向上を図
るために重要となっている。
蒸着膜は一般に用いられる電線とは異なる特殊な問題、
即ち、エレクトロマイグレーション現象とストレスマイ
グレーション現象に起因して断線状態を招く問題があ
り、このエレクトロマイグレーションとストレスマイグ
レーションを低減することが半導体装置の寿命向上を図
るために重要となっている。
【０００４】エレクトロマイグレーション現象は、金属
配線膜中の金属原子とこの配線膜を通る電子との相互作
用による拡散現象の一種であり、金属原子が電子の移動
に伴って同方向へ移送されることにより、図４中の拡大
図に示すように、金属原子の移動した跡に原子空孔（ボ
イド）が発生したり、金属原子が移動し蓄積した所には
ヒロックが貯留する現象である。そして、ボイドが発生
すると、金属配線膜の断面積が減少して電流密度がさら
に大きくなり、ジュール熱による温度上昇が生じるの
で、ボイドの成長が益々加速され、ついには断線に至
る。一方、ヒロックが拡大すると、高集積化による近接
配線間が短絡するという故障を招くこととなる。
配線膜中の金属原子とこの配線膜を通る電子との相互作
用による拡散現象の一種であり、金属原子が電子の移動
に伴って同方向へ移送されることにより、図４中の拡大
図に示すように、金属原子の移動した跡に原子空孔（ボ
イド）が発生したり、金属原子が移動し蓄積した所には
ヒロックが貯留する現象である。そして、ボイドが発生
すると、金属配線膜の断面積が減少して電流密度がさら
に大きくなり、ジュール熱による温度上昇が生じるの
で、ボイドの成長が益々加速され、ついには断線に至
る。一方、ヒロックが拡大すると、高集積化による近接
配線間が短絡するという故障を招くこととなる。
【０００５】又、ストレスマイグレーション現象は、そ
のメカニズムが完全に解明されていない点もあるが、ア
ルミニウム単結晶粒（グレイン）１への機械的応力によ
って断線に至るものと考えられている。
のメカニズムが完全に解明されていない点もあるが、ア
ルミニウム単結晶粒（グレイン）１への機械的応力によ
って断線に至るものと考えられている。
【０００６】本発明は、このようなエレクトロマイグレ
ーションおよびストレスマイグレーションを低減するこ
とができる配線層を有する半導体装置を提供することを
目的とする。
ーションおよびストレスマイグレーションを低減するこ
とができる配線層を有する半導体装置を提供することを
目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明は、所定の添加元素が添加されたアルミ
ニウムを蒸着することによって配線層が形成され、且つ
パッケージング後にエージングされることによって該配
線のアルミニウム粒界（グレインバンダリ）に沿って添
加元素の析出層が形成された配線構造を備えるようにし
た。
るために本発明は、所定の添加元素が添加されたアルミ
ニウムを蒸着することによって配線層が形成され、且つ
パッケージング後にエージングされることによって該配
線のアルミニウム粒界（グレインバンダリ）に沿って添
加元素の析出層が形成された配線構造を備えるようにし
た。
【０００８】
【作用】かかる配線構造を有する半導体装置によれば、
アルミニウム粒界（グレインバンダリ）に沿って析出し
た添加元素の層が、アルミニウム粒子（グレイン）の振
動や拡散を低減する機能を発揮する。この結果、エレク
トロマイグレーションおよびストレスマイグレーション
が低減され、寿命及び信頼性が向上した半導体装置が実
現される。
アルミニウム粒界（グレインバンダリ）に沿って析出し
た添加元素の層が、アルミニウム粒子（グレイン）の振
動や拡散を低減する機能を発揮する。この結果、エレク
トロマイグレーションおよびストレスマイグレーション
が低減され、寿命及び信頼性が向上した半導体装置が実
現される。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面と共に説明す
る。尚、シリコン（Ｓｉ）を用いたＭＯＳＩＣなどを製
造する場合を製造工程順に述べれば、基板にロコス（Ｌ
ＯＣＯＳ）を形成するなどの素子間分離工程と、ゲート
酸化膜を介してゲート電極を形成し且つイオン注入によ
ってドレイン及びソース領域を形成するなどの素子形成
工程と、銅（Ｃｕ）等の添加元素を含むアルミニウム
（Ａｌ）を蒸着により必要な配線層を形成する配線工程
を経て、最終的にウェハーにチップを形成し、更に各々
のチップにスクライブして半導体パッケージ内にパッケ
ージングする。即ち、周知の半導体製造プロセスによっ
て半導体装置を製造する。
る。尚、シリコン（Ｓｉ）を用いたＭＯＳＩＣなどを製
造する場合を製造工程順に述べれば、基板にロコス（Ｌ
ＯＣＯＳ）を形成するなどの素子間分離工程と、ゲート
酸化膜を介してゲート電極を形成し且つイオン注入によ
ってドレイン及びソース領域を形成するなどの素子形成
工程と、銅（Ｃｕ）等の添加元素を含むアルミニウム
（Ａｌ）を蒸着により必要な配線層を形成する配線工程
を経て、最終的にウェハーにチップを形成し、更に各々
のチップにスクライブして半導体パッケージ内にパッケ
ージングする。即ち、周知の半導体製造プロセスによっ
て半導体装置を製造する。
【００１０】次に、このように製造された半導体装置
を、所定温度で所定時間において加熱処理（エージン
グ）する。
を、所定温度で所定時間において加熱処理（エージン
グ）する。
【００１１】このように半導体装置をエージングする
と、図１に示すように、配線層のアルミニウム粒子（グ
レイン）３間の粒界（グレインバンダリ）に沿って、添
加元素である銅（Ｃｕ）あるいは、Ａｌ−Ｃｕ合金が析
出し、更に図２の要部斜視図に示すように、グレイン３
の面に銅あるいはＡｌ−Ｃｕ合金の析出層４が形成され
る。
と、図１に示すように、配線層のアルミニウム粒子（グ
レイン）３間の粒界（グレインバンダリ）に沿って、添
加元素である銅（Ｃｕ）あるいは、Ａｌ−Ｃｕ合金が析
出し、更に図２の要部斜視図に示すように、グレイン３
の面に銅あるいはＡｌ−Ｃｕ合金の析出層４が形成され
る。
【００１２】そして、この析出層４が形成されると、こ
の析出層４が、アルミニウム粒子（グレイン）３の振動
や拡散を低減する機能を発揮するので、エレクトロマイ
グレーションおよびストレスマイグレーションが低減さ
れ、寿命及び信頼性が向上した半導体装置が実現され
る。
の析出層４が、アルミニウム粒子（グレイン）３の振動
や拡散を低減する機能を発揮するので、エレクトロマイ
グレーションおよびストレスマイグレーションが低減さ
れ、寿命及び信頼性が向上した半導体装置が実現され
る。
【００１３】ここで、エージングの条件を各種変化させ
たときの析出層４の形成状態を図３の実験結果に基づい
て説明する。尚、０．５％の銅（Ｃｕ）を含有するアル
ミニウム（Ａｌ）を、厚さ０．９μｍ、幅１．２μｍ、
長さ６ｍｍでウェハーに蒸着することによって配線を形
成し、０．２μｍのＰＳＧと０．８μｍのｐ−ＳｉＮを
堆積することによってパッシベーション膜を形成した半
導体装置について実験した。エレクトロマイグレーショ
ン試験は、配線に６Ｅ６Ａ／ｃｍ2 の電流を流し、環境
温度は室温で行った。配線の寿命は、１０％累積故障率
の時間で比較した。
たときの析出層４の形成状態を図３の実験結果に基づい
て説明する。尚、０．５％の銅（Ｃｕ）を含有するアル
ミニウム（Ａｌ）を、厚さ０．９μｍ、幅１．２μｍ、
長さ６ｍｍでウェハーに蒸着することによって配線を形
成し、０．２μｍのＰＳＧと０．８μｍのｐ−ＳｉＮを
堆積することによってパッシベーション膜を形成した半
導体装置について実験した。エレクトロマイグレーショ
ン試験は、配線に６Ｅ６Ａ／ｃｍ2 の電流を流し、環境
温度は室温で行った。配線の寿命は、１０％累積故障率
の時間で比較した。
【００１４】まず、図３の熱処理（エージング）を施さ
ない場合には、銅（Ｃｕ）はアルミニウム粒子中に存在
したままとなり、粒界に沿って銅あるいはＡｌ−Ｃｕ合
金の析出層が形成されない。この場合には、１０％累積
故障率が２５０時間となった。
ない場合には、銅（Ｃｕ）はアルミニウム粒子中に存在
したままとなり、粒界に沿って銅あるいはＡｌ−Ｃｕ合
金の析出層が形成されない。この場合には、１０％累積
故障率が２５０時間となった。
【００１５】次に、２００°Ｃで約１００時間のエージ
ングを行った場合には、アルミニウム粒子中の銅（Ｃ
ｕ）が粒界側へ移動し、この粒界に沿って銅あるいはＡ
ｌ−Ｃｕ合金の析出層が形成される。この場合には、１
０％累積故障率が５５０時間となった。
ングを行った場合には、アルミニウム粒子中の銅（Ｃ
ｕ）が粒界側へ移動し、この粒界に沿って銅あるいはＡ
ｌ−Ｃｕ合金の析出層が形成される。この場合には、１
０％累積故障率が５５０時間となった。
【００１６】又、２５０°Ｃで約１００時間のエージン
グを行った場合には、アルミニウム粒子中の銅（Ｃｕ）
が粒界側へ移動し、この粒界に沿って銅あるいはＡｌ−
Ｃｕ合金の析出層が形成される。この場合には、１０％
累積故障率が６５０時間となった。一方、３００°Ｃで
約１００時間のエージングを行った場合には、アルミニ
ウム粒子中の銅（Ｃｕ）が粒界側へ移動するが、この粒
界に沿って銅の析出層が形成されるのではなく、３つの
粒界が１箇所に集まる部分(tripple point) や粒子中に
銅あるいはＡｌ−Ｃｕ合金が塊状となって析出する。こ
のように、粒界に沿って析出層が形成されない場合に
は、１０％累積故障率が２０時間と短くなる。
グを行った場合には、アルミニウム粒子中の銅（Ｃｕ）
が粒界側へ移動し、この粒界に沿って銅あるいはＡｌ−
Ｃｕ合金の析出層が形成される。この場合には、１０％
累積故障率が６５０時間となった。一方、３００°Ｃで
約１００時間のエージングを行った場合には、アルミニ
ウム粒子中の銅（Ｃｕ）が粒界側へ移動するが、この粒
界に沿って銅の析出層が形成されるのではなく、３つの
粒界が１箇所に集まる部分(tripple point) や粒子中に
銅あるいはＡｌ−Ｃｕ合金が塊状となって析出する。こ
のように、粒界に沿って析出層が形成されない場合に
は、１０％累積故障率が２０時間と短くなる。
【００１７】このように、この析出層４が形成された配
線層は、アルミニウム粒子（グレイン）３の振動や拡散
を低減する機能を発揮するので、エレクトロマイグレー
ションおよびストレスマイグレーションが低減され、寿
命及び信頼性が向上した半導体装置が実現されることが
実験的に確かめられた。尚、これらの実験の結果、約１
５０°Ｃないし約３００°Ｃで約１００時間エージング
することが効果的であることが確かめられた。
線層は、アルミニウム粒子（グレイン）３の振動や拡散
を低減する機能を発揮するので、エレクトロマイグレー
ションおよびストレスマイグレーションが低減され、寿
命及び信頼性が向上した半導体装置が実現されることが
実験的に確かめられた。尚、これらの実験の結果、約１
５０°Ｃないし約３００°Ｃで約１００時間エージング
することが効果的であることが確かめられた。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、所
定の添加元素が添加されたアルミニウムを蒸着すること
によって形成された配線層を有し、且つパッケージング
後にエージングされることによって該配線のアルミニウ
ム粒界に沿って添加元素の析出層が形成された構造を有
するようにすると、アルミニウム粒界（グレインバンダ
リ）に沿って析出した添加元素の層が、アルミニウム粒
子（グレイン）の振動や拡散を低減する機能を発揮する
ので、エレクトロマイグレーションおよびストレスマイ
グレーションが低減され、寿命及び信頼性が向上した半
導体装置を実現することができる。
定の添加元素が添加されたアルミニウムを蒸着すること
によって形成された配線層を有し、且つパッケージング
後にエージングされることによって該配線のアルミニウ
ム粒界に沿って添加元素の析出層が形成された構造を有
するようにすると、アルミニウム粒界（グレインバンダ
リ）に沿って析出した添加元素の層が、アルミニウム粒
子（グレイン）の振動や拡散を低減する機能を発揮する
ので、エレクトロマイグレーションおよびストレスマイ
グレーションが低減され、寿命及び信頼性が向上した半
導体装置を実現することができる。
【図１】一実施例の配線の要部構造を示す説明図であ
る。
る。
【図２】一実施例の配線の要部構造を更に示す要部斜視
図である。
図である。
【図３】一実施例の効果を説明するための実験結果を示
す図表である。
す図表である。
【図４】従来技術の問題点を説明するための説明図であ
る。
る。
３…粒子（グレイン）、４…粒界（グレインバンダリ）
に沿って形成される析出層。
に沿って形成される析出層。
Claims (2)
- 【請求項１】 所定の添加元素が添加されたアルミニウ
ムを蒸着することによって形成された配線層を有し、且
つパッケージング後にエージングされることによって該
配線のアルミニウム粒界に沿って添加元素の析出層が形
成された構造を有することを特徴とする半導体装置。 - 【請求項２】 前記添加元素は、銅であることを特徴と
する請求項１に記載の半導体装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP283693A JPH06209002A (ja) | 1993-01-11 | 1993-01-11 | 半導体装置 |
| EP93310511A EP0606761A3 (en) | 1992-12-28 | 1993-12-23 | Semiconductor device and method for manufacturing the same. |
| US08/172,716 US5565380A (en) | 1992-12-28 | 1993-12-27 | Semiconductor device and process for production thereof |
| KR1019930030158A KR940016511A (ko) | 1992-12-28 | 1993-12-28 | 반도체 장치 및 그 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP283693A JPH06209002A (ja) | 1993-01-11 | 1993-01-11 | 半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06209002A true JPH06209002A (ja) | 1994-07-26 |
Family
ID=11540506
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP283693A Pending JPH06209002A (ja) | 1992-12-28 | 1993-01-11 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06209002A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6208000B1 (en) | 1998-05-08 | 2001-03-27 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor element having charge accumulating layer under gate electrode and using single electron phenomenon |
| US6403462B1 (en) | 1998-05-29 | 2002-06-11 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Method for manufacturing high reliability interconnection having diffusion barrier layer |
-
1993
- 1993-01-11 JP JP283693A patent/JPH06209002A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6208000B1 (en) | 1998-05-08 | 2001-03-27 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor element having charge accumulating layer under gate electrode and using single electron phenomenon |
| US6403462B1 (en) | 1998-05-29 | 2002-06-11 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Method for manufacturing high reliability interconnection having diffusion barrier layer |
| US6552434B2 (en) | 1998-05-29 | 2003-04-22 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
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