JPS6199372A - 電極配線 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は電極配線に係り、特に各種素子の微細化および
信頼性向上に好適な電極配線に関する。

〔発明の背景〕

近年、半導体素子あるいは表面弾性波素子などの微細化
が進むにともなって、素子に用いられるど多くの問題が
発生するようになった。このような問題を解決するため
、たとえば、特公開５５−３１６１９などいくつかの方
法が提案されている。しかし、これら従来の方法では、
配線の断線などの不良発生を有効に防止することが困難
であった。

〔発明の目的） 本発明の目的は上記従来の間頭を解決し、特に、配線中
の結晶粒界にお↓する断線発生の恐れがなく。

高い信頼性を有する半導体素子あるいは表面弾性波素子
など各種素子や装置に用いられる微ＪＩ電極配線を提供
することである。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するため、本発明は、配線層として単結
晶のＲ電膜を使用することにより、配線中の結晶粒界に
おけるＷＲＩＩＲ発生を防止するものである。

すなわち、アルミニウムもしくはアルミニウム合金を配
線材料とし、現在の半導体製造プロセスを経ると、３μ
ｍ以下の幅と厚さを有する配線では、エツチングによっ
て所望パターンに加工する際１粒界部分における幅や厚
さが減少し、その部本発明は、導電性材料の単結晶膜を
使用することにより、上記エツチングにともな°う配線
の幅や厚さの減少を防止し、使用による断線の発生を有
効に防止するものである。

（発明の実施例〕 以下、実施例により本発明の詳細な説明する。

位（ＯＯｏｔ））上の全面にわたり、電子ビーム加熱法
により１μｍ厚のアルミニウム配線層を被着した。該基
板をＡｒ雰囲気中において５゛００℃に加熱保持し、カ
ーボン・ストリップヒータにより基板表面を局部的にア
ルミニウムの融点まで加熱し、基板の一端から基板上の
アルミニウム層を除々に融解、凝固させた。この場合、
ストリップ・ヒータの移動速度は、たとえば、０．５ｎ
ｏ／秒であったが、これが５ｍ／秒以下にすれば上記ア
ルミニウム層は単結晶になった。基板上のアルミニウム
層全面が単結晶化した後１通常のフォトエツチング法に
より配線パターンを形成した。

また、基板上に形成した配線が上記処理により単結晶化
していることは、表面反射Ｘ１１！トポグラフイおよび
電子線回折により容易に確認することができた。このよ
うにして１作製した単結晶Ａｆｉ配線に対し高温放置試
験を施し、断線不良の発生率を調べた。パッシベーショ
ン膜として約２μｍ厚のＳｉｎ、膜を上記ＡΩ膜上に形
成し、厚さ１μｍ、長さ１ｍ９幅を１，２および３μｍ
とした配線の各々１００ケの試料を２５０℃に保ち、適
な 当Ｗ時間間隔で断線不良を調べた。比較のため、バンブ
ー構造（１つの結晶粒界が配線を横断する　　　　　　
１構造）を有する多結晶配線についても同様の試験を施
した。第１図にその結果を示す、この図から明・らかな
ように、本発明による単結晶配線では１０００時間放置
しても、１μｍ幅の最も細い配線でも不良の発生はなか
った。

一方、バンブー構造を有する従来の配線では線幅１μｍ
の場合は、１０時間の放置で５％の不良が発生した。

実施例２ 実施例１と同様の方法で作製した単結晶Ａ円配線に通電
試験を施し、断線不良率を調べた。厚さ１μｍ１幅１，
２．３μｍ、長さ１ｍの配線、各々１０ケを２５０℃に
保ち、電流密度Ｉ　Ｘ　１０”Ａ／ａＪで通電し、断線
までの寿命を測定した。尚、配線にはパシベーション膜
は設けていない、測定した寿命から平均寿命を求め第１
表に示した。この表からエレクトロマイグレーションが
発生するまでの寿命は、バンブー配線（多結晶Ａ１１）
に比べ単結晶ＡＱの方が２〜３倍程度優れていることが
認められた。

第１表 平均寿命（時間） ２５０℃、ｌＸｌ０″Ａ／ｄ 実施例３ Ｓｉ単結晶基板（面方位（００１））上に絶縁膜として
ＡΩ２０．膜（厚さ５０００人）を被着した後、実施例
１に示した方法で単結晶ＡａＩ！ｉ！ＡＩ層を形成した
。この配線層に配線パターンニングを行ない、さらに単
結晶ＡＱとＡＪ、Ｏ，膜を貫通するコンタクトパターン
ニングも行なった。この接触孔部にＡＱを被着して、Ｓ
ｉ基板とＡｌｌ配線との電気的接続をさせることにより
Ｓｉ半導体装置を構成した。

本実施例においても、線幅３μｍ以下の微細配線の寿命
が従来のバンブー構造を有する配線よりもはるかに長い
ことが認められた。

実施例４ Ｓｉ単結晶基板上に厚さ９００℃人のＳｉＯよ絶縁膜を
形成した後、実施例１と同様の方法で厚さ２μｍのＡＱ
配線層を形成した。このＡＱ膜を実施例１と同様にして
、単結晶化し１通常のパターンニングを行ない、電極配
線を構成した。

このように形成された配線は、従来のバンブー構造の配
線（多結晶Ａｆｌ）よりも２〜３倍長邦命であった。

ζ 実施例Ｉ Ｓｉ単結晶基板上に厚さ３００℃人のＳ　ｉ　Ｏ。

絶縁膜を形成した後、さらに厚さ１００人のアルミナ（
ＡＭ、Ｏａ）膜をスパッタ法により被着した。

この絶縁膜−ヒに、実施例１と同様の方法で厚さ１μｍ
のＡΩ配線層を形成したにのＡΩ膜を実施例１と同様に
して単結晶化し１通常肩パターンニングを行ない電極配
線を構成した。得られた配置水 線チ、従来の配線よりはるかに長寿命であることが認め
られた。

なお、上記実施例では、Ａｆｌ配線層の単結晶化に際し
て、ストリップヒーターを用いて加熱を行なったが、た
とえば、赤外線ランプ、レーザー等の各種加熱方法を用
いても同様に、ＡＭ配線層を単結晶化することができる
。

乙 実施例ノ 好施例１に示した方法で、配線層の面方位が（１１１）
および（１００）であるそれぞれの単結晶ＡＱ配線に対
し通電試験を施し、断線不良率を調べた。厚さ１μｍ、
幅２μｍ、長さｉｎｎの配線（パッシベーション膜は設
けていない）を２５０℃に保ち、電流密度ｌＸｌ０’Ａ
／ｃ＋＃で通電し、断線までの寿命を測定した。ｍ定結
果を第２図に示す、ここでは、比較のために、従来方法
により形成されたバンブー構造を有する多、結晶配線に
ついて同様の試験を施した結果も示しである。これらの
バンブー配線中の各々の結晶粒の面方位は（１１１）あ
るいは（１００）であったため、Ｘ線ディフラクトメー
タ測定により、＜１１１＞反射強度工い、１）と＜２０
０＞反射強度工。。。、を測定し。

■（□１□）の比率として ■６．□ｍｌ／（Ｉい、□、＋Ｉい。。、）を第２図の
横軸にとっである。この図から、（１１１）単結晶配線
、（１００）単結晶配線のいずれもが、バンブー配線に
比べて数倍の平均寿命を有しており、さらに、（１００
）配線より（１１１）配線の方が優れた信頼性を有する
ことがわかった。

〔発明の効果〕

本発明によれば、配線の微細化にともなうエレクトロマ
イグレーションなどの障害は効果的に防止され、かつ、
配線中を横断して存在する結晶粒界における断線発生も
防止されるため、高集積密度を有する半導体素子な各種
素子あるいは装置の電極配線として極めて有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、それぞれ本発明の効果′ＶＩ　
１　口

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、導電部が単結晶の導電性材料からなることを特徴と
   する電極配線。 ２、上記電極配線において、該導電材料をアルミニウム
   もしくはアルミニウム合金であり、該配線層の面方位を
   ｛１１１｝とすることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の電極配線。 ３、上記半導体素子用電極配線において、該アルミニウ
   ムもしくはアルミニウム合金配線と半導体基板間の絶縁
   膜間には少なくともＡｌ＿２Ｏ＿３膜が介在しているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の電極配線。