JPS5874053A - 半導体装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体装置にかかｐ、とくに中導体装置におい
て広く用いられているアルミニウム配線の配線構造に関
するものである。

本発明は高集積化を目的とする半導体集積回路において
その故障要因として近年ますます重要な問題となってい
るエレクトロマイグレーシ冒ンによるアルミニウム配線
の断線を防止することにあ一〕、高集積化の為更にアル
１−ラム配線が縮少された場合においても十分な寿命を
有するアル電ニウム配線構造を提供するものである。

エレクトロマイグレイシｌＩｙとは基本的には拡散現象
の一種で金属原子のランダムな自己拡散が電流との相互
作用によりある方向を持ったものである。エレクトロマ
イグレーシ璽ンにおける金属原子の流れは金属膜中の結
晶粒界にｅｖで起こ多金属配線の温度勾配、材質（結晶
粒界の径、酔及び方向）、電流密度、幾何学的形状寸法
等の原因によシネ連続を起こしその不連続な点でボイド
やヒロックを発生しボイドが集まった所で断線する。

温度は拡散係数に大急な変化を与え、高い温度ではエレ
クトロマイグレーシ胃ンの速度が速い。エレクトロマイ
グレーシ璽ンの方向にｅ−）で温度が低温から高温に変
化する場所で金属原子の欠乏が生じてボイドが出来、高
温から低温に変化する場所で金属原子が蓄積されヒロッ
クを生ずる。エレクトロマイグレーシ雪ンの原因として
は、このように１１度勾配による断線が多い。

従来の半導体集積回路の配線−造は第１図に示すように
厚い素子絶縁用のシリコン酸化膜上にアルミニウム配線
を配しである。また従来のシリコンゲートトランジスタ
の構造を第３図に示す、第１図及び第３図に於いて、ｔ
ｔｉＰ形シリコン基板。

２はＰ形シリコン基板ｌの表面がｎ形に反転することを
防止する為に添加されたＰ形不純一層、３は素子絶縁用
のシリコン酸化膜、４はゲート電極下のシリコン酸化膜
、５はソースあるいはドレインとして用いられるｎ形不
純物層、６はゲート電極として用いられる多結晶シリコ
ン膜、８はソース・ドレイン電極及び配線として用いら
れるアル＜＝ラム嗅、９Ｌ誘電体保１［、ｌｏはｎ形拡
散層である。この場合シリコン酸化膜の熱伝導率が低い
為に熱の発生源となるｎ形不純物拡散層と接するアルミ
ニウム膜の１度とフィールドの素子絶祿用の厚いシリコ
ン酸化膜上のアルミニウム膜との間に大きな温度勾配が
起こ〕、エレクトロマイグレーシーンを起こしやすいと
いう難点があり九。

本発明の目的は上記欠点を除去した半導体装置を提供す
ることにあシ、その特徴は配線として用いられるアルミ
ニウム膜の下にシリコン酸化膜よシ熱伝導率が約１０倍
優れているアルミニウムの酸化物であるアル建すをＣＶ
Ｄ法あるいはアル建化成法によ〕形成し、アル１＝クム
嘆の温度勾配を従来の数分の一以下に減少させることに
よ〕アルミニウム配線の寿命を伸ばし、近年の高集積化
に伴い高信頼性を有する半導体集積口Ｉ６を実現する丸
めのアル１＝ウム配線構造である。

下記の第１表にアルミナとシリコン酸化膜の熱伝導率を
示す。

前表中のデータは理科年表によるものである。このよう
にアル電すの熱伝導率はシリコン酸化膜のそれより約ｌ
θ倍優れてお夛、アルミニウム配總下にアルミナを形成
することにより、アル（＝ラム配線の温度勾配を従来の
数分の一以下にし、該配線のエレクトロマイグレーシー
ンによって決定される寿命を伸ばすことが可能である。

次に本発明の実施例を図を用いて説明する。

配線構造は第２図に、トランジスタ部分の断面図は第４
図に示す０図においてｌはＰ形シリコン基板、２はＰ形
シリコン基板ｌの表面がｎ形に反転することを防止する
丸めに添加されたＰ形不純物層、３は素子絶縁用のシリ
コン酸化膜、４はゲート電極下のシリコン酸化膜、５は
ソースあるいはドレインとして用いられるｎ形不純物拡
散層、６はゲート電極として用いられる多結晶シリコン
嘆、）はアルミナ喚、８はソース・ドレイン電極及び配
線として用いられるアルミニウム膜、９は誘電体保１１
暎、１０はｎ形拡散層である。

次に本発明の製造プルセスを第５図を用いて説明する。

ｔず、Ｐ形シリコン基板ｌがｎ形に反転することを防止
する為にＰ形不純物層２を設け、素子絶縁用のシリコン
酸化膜３を形成し、第５図（ａ）のような構造とする０
次に、第５図（ｂ）のようにゲート酸化膜４を形成し、
多結晶シリコン暎を全面に形成し選択的除去法にょシゲ
ート電極６を形成し、リン拡散にょシソース・ドレイン
領域５を形成する０次にアルミナ７をＣＶＤ法にょ〕全
面く形成し、ソース・ドレイン電極となる部分を除去し
て第５図（Ｃ）のような構造とする。次にアルミニウム
膜８を全面に蒸着し、選択的除去法によ〕、ソース・ド
レイン電極及び配線を形成し、第５図（ｄ）のような構
造とする。次に全面に誘電体保＠膜をＣＶＤ法にょ〕形
成し第５図（ｅ）のような構造にする。

このような配線構造は、アルミニウム配置１がどのよう
な形状及び寸法であっても適用できる。

以上から本発明によればアル１＝ウム配線の下地は熱伝
導率の高いアル建すとなり、エレクト。

マイクレイシロンによりて決定されるアルミニウム配線
寿命が伸びることになるので高集積化に伴い高信頼性を
有する半導体集積回路の実現に極めて有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の配線構造を示す断面図である。 第２図は本発明の一実施例の配線構造を示す断面図であ
る。第３図は従来のトランジスタの断面図である。第４
図は本発明の他の実施ガのトランジスタの断面図である
。第５図は本発明の製造プロセスを説明する為のトラン
ジスタの断面図である。 尚図において、ｌ・・・・・・Ｐ形シリコン基板、２・
・・・・・Ｐ形不純物層、３・・・・・・素子絶縁用シ
リコン酸化膜、４・・・・・・ゲート酸化暎としてのシ
リコン酸化膜、５、ｌＯ・・・・・・ｎ形不純物拡散層
、６・・・・・・ゲート電極用多結晶シリコン暎、７・
・・・・・アルミナ模、８・・・・・アルミニウムｖＡ
ｓ　ｓ・・・・・・誘電体保ｇｔ＊である。 を１父 半３０ ［

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 半導体装置において、アルミニウム配線の下に。 アルミナを配、したことを特徴とする半導体装置。