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
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 36
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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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