JP2527292B2 - Ｉｃ素子およびｉｃ素子における配線接続方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、多層配線層を有する半
導体集積回路（以下ＩＣと呼ぶ）において全てが正常に
動作しないチップを製作後、その内部下層配線を上層配
線と短絡することなく接続してデバック、修正・不良解
析等を行って正常に動作するように完成させるようにし
たＩＣ素子およびＩＣ素子における配線接続方法に関す
る。 【０００２】 【従来の技術】近年ＩＣの高集積化、微細化に伴い、開
発工程においてＬＳＩのチップ内配線の一部を切断した
り、接続したり不良箇所のデバッグや修正を行うことに
より設計ミス、プロセスミスを発見したり、不良解析を
行ってこれをプロセス条件に戻し、製品歩留まりを向上
させることがますます重要になってきている。このよう
な目的のため従来レーザやイオンビームによりＩＣの配
線を切断する例が報告されている。 【０００３】すなわち、第１の従来技術としてはテク
ノ、ダイジェストオブクレオ81 １９８１第１６０頁
（Ｔech. Ｄigest of ＣＬＥＯ′ 81 1981 ｐ16
0）「レーザストライプカッティングシィステムフォー
アイシーデバッキング（Ｌasre ＳtripeＣutting Ｓy
stem for ＩＣ debugging）」があり、これにおいて
は、レーザにより配線を切断し、不良箇所のテバックを
行う例が報告されている。更に第２の従来技術として
は、特願昭５８−４２１２６号があり、これには、微細
な配線に対処できるように、液体金属イオン源からのイ
オンビームを0.5μｍ以下のスポットに集束して配線を
切断したり、穴あけを行い、またイオンビームでこの穴
に蒸着して上下の配線を接続する技術が示されている。 【０００４】更に第３の従来技術としては、イクステン
ディッドアブストラクトオブ第17コンファレンスオンソ
リッドスティトデバイシズアンドマティリアル1985第19
3頁（Ｅxtended Ａbstruct of 17th Ｃonf. on
Ｓolid state Ｄevices and Ｍaterial 1985，ｐ1
93）「ダイレクトライティングオブハイリイコンダクテ
ィブモリブデンラインズバイレーザーインデューストケ
ミカルベイパーディポジッション（Ｄirect Ｗriting
of Ｈighly Ｃonductive Ｍo Ｌines byＬaser
Ｉnduced ＣＶＤ）」がある。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】上記第１の従来技術に
おいては配線の切断の手段のみが示され、配線間の接続
については何ら手段が示されていない。またレーザ加工
法を用いる場合(1)加工過程が熱的なものであり、周囲
への熱伝導がありまた蒸発・噴出などのプロセスを経る
ことなどのため0.5μｍ以下の微細な加工を行うことは
きわめて困難である。（２）レーザ光はＳiＯ₂，Ｓi₃Ｎ
₄などの絶縁膜に吸収されにくく、このため下層のＡlや
poli Ｓiの配線などに吸収され、これが蒸発・噴出を行
う際に、上部の絶縁膜を爆発的に吹飛ばすことにより絶
縁膜の加工が行われる。このため絶縁膜が２μｍ以上厚
い場合は加工が困難である。また周辺（周囲、上下層）
へのダメージが大きく不良発生の原因となる。これらの
結果から多層配線・微細高集積の配線の加工は困難であ
る。 【０００６】また、第２の従来技術においては（１)′
集束イオンビームによる切断および穴あけ、（２)′集
束イオンビームを用いた上下配線の接続の手段が示され
ている。集束イオンビームによる加工は0.5μｍ以下の
加工が可能であること、どのような材料でもスパッタリ
ングにより上層から順次容易に加工が行えることなどか
ら、第１の従来技術における問題点をカバーしている。
しかしながら（２)′の配線間の接続手段については、
上下の配線の接続の手順が示されているのみであり、一
つの配線から別の場所の配線へと接続を行う手段に関し
ては何ら触れられていない。 【０００７】第３の従来技術においては、Ｍｏ（ＣＯ）
₆（モリブデンカルボニル）などの金属の有機化合物の
ガス中において、紫外のレーザをＳｉＯ₂をコートした
Ｓｉ基板上に照射して、光熱的（photothermal）あるい
は光化学的（photochemical）なレーザ誘起ＣＶＤプロ
セスにより、Ｍｏ（ＣＯ）₆を分解し、基板上にＭｏな
どの金属を堆積させて金属配線を直接に描画形成する方
法が示されている。しかしながらこの場合、単に絶縁膜
の上にＭｏの配線が形成されたのみであり、実際のＩＣ
において保護膜や層間絶縁膜などの絶縁膜の下部にある
配線同志を接続する技術については示されていなかっ
た。 【０００８】本発明の目的は、従来技術の課題を解決す
べく、多層配線層からなるＬＳＩ等の半導体集積回路
（ＩＣ素子）において、全てが正常に動作しないＩＣチ
ップを製作後、その内部において既存の上層配線と平面
的に拘る既存の下層配線の箇所から表面まで新たな金属
配線部を、既存の上層配線と短絡させることなく導き出
して他の配線と電気的に接続することによって、デバッ
ク、修正・不良解析等を行って正常に動作するように完
成させたＩＣ素子およびＩＣ素子における配線接続方法
を提供することにある。 【０００９】 【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、多層配線層を形成したＩＣ素子における
既存の上層配線と既存の下層配線とが平面的に見て拘る
所望の箇所において既存の上層配線の少なくとも一部を
含めてその上の絶縁膜に穿設して得られる微細穴内の側
壁に露出した前記既存の上層配線の端部を新たな絶縁膜
で被覆し、前記微細穴内の前記新たな絶縁膜の内側にお
いて前記既存の下層配線が露出されるように少なくとも
既存の層間絶縁膜に対して穿設して得られる微細穴に金
属を析出させて前記既存の下層配線と電気的に接続して
ＩＣ素子の表面まで導き出す新たな金属配線部を形成し
たことを特徴とするＩＣ素子である。また本発明は、前
記ＩＣ素子において、前記微細穴は、内部から表面に向
かって拡がっていることを特徴とする。また本発明は、
前記ＩＣ素子において、前記下層配線を露出した前記微
細穴の底は、下層配線の表面を僅か堀込むことを特徴と
する。 【００１０】また本発明は、多層配線層を形成したＩＣ
素子における既存の上層配線と既存の下層配線とが平面
的見て拘る所望の箇所において既存の上層配線の少なく
とも一部を含めてその上の絶縁膜上に、集束イオンビー
ムを照射して少なくとも既存の上層配線まで加工を行っ
て既存の上層配線の端部を側壁に露出させた微細穴を穿
設し、その後この微細穴内の既存の上層配線の端部を露
出させた側壁において絶縁膜用化合物ガスの雰囲気中に
第１の集束エネルギービームを照射してエネルギビーム
誘起ＣＶＤにより新たな絶縁膜で被覆し、その後前記微
細穴内の前記新たな絶縁膜の内側において集束イオンビ
ームを照射して前記既存の上層配線と既存の下層配線と
の間の既存の層間絶縁膜を加工して微細穴を穿設して既
存の下層配線の表面を露出させ、金属化合物ガスの雰囲
気中に第２の集束エネルギービームを照射してエネルギ
ビーム誘起ＣＶＤにより前記微細穴内に金属を析出させ
て前記既存の下層配線と電気的に接続してＩＣ素子の表
面まで導き出す金属配線部を形成することを特徴するＩ
Ｃ素子における配線接続方法である。また本発明は、Ｉ
Ｃ素子における配線接続方法において、前記第１の集束
エネルギビームが集束レーザビームであることを特徴と
する。また本発明は、ＩＣ素子における配線接続方法に
おいて、前記第１の集束エネルギビームが集束イオンビ
ームであることを特徴とする。また本発明は、ＩＣ素子
における配線接続方法において、前記第２の集束エネル
ギビームが集束レーザビームであることを特徴とする。
また本発明は、ＩＣ素子における配線接続方法におい
て、前記第２の集束エネルギビームが集束イオンビーム
であることを特徴とする。 【００１１】 【作用】この構成により、多層配線層からなるＬＳＩ等
の半導体集積回路（ＩＣ素子）において、全てが正常に
動作しないＩＣチップを製作後、その内部において既存
の上層配線と平面的に拘る既存の下層配線の箇所から表
面まで新たな金属配線部を、既存の上層配線と短絡させ
ることなく導き出して他の配線と電気的に接続すること
によって、デバック、修正・不良解析等を行って正常に
動作するように完成させたＩＣ素子を実現することがで
きる。特に多層配線層からなるＩＣ素子において、既存
の下層配線層から表面まで新たな金属配線部を導きだす
場合において、どうしても既存の上層配線と拘る既存の
下層配線層の箇所から金属配線部を導きだす必要性が生
じる場合においても、図６（ｅ）に示すように、既存の
上層配線８０の端部を新たな絶縁膜８３で被覆すること
によって金属配線部８５を既存の上層配線８０と短絡す
ることなく既存の下層配線８１から表面まで導きだすこ
とができ、その結果他の配線と電気的に接続して完成さ
せたＩＣ素子を実現することができる。 【００１２】 【実施例】図１は本発明によるＩＣへの接続配線形成を
示す図である。図１（ａ）はＩＣチップを一部切断した
断面をふくむ部分を斜め上方から見た図を示している。
断面において基板４（Ｓiなど）の上に絶縁膜３（ＳiＯ
₂など）があり、その上に配線（Ａlなど）２ａ，２ｂ，
２ｃが形成され、さらに最上部に保護膜（ＳiＯ₂，Ｓi₃
Ｎ₄など）１が形成されている。今、配線２ａと２ｃを
電気的に接続したい場合、集束イオンビームにより配線
２ａおよび２ｃの上の保護膜１に穴５ａ，５ｃをあけ、
配線２ａの一部６ａ、配線２ｃの一部６ｃをそれぞれ露
出される。 【００１３】その後イオンビーム誘起ＣＶＤ技術または
レーザ誘起ＣＶＤ技術により図１（ｂ）に示すように穴
５ａと５ｃとを結ぶ方向に金属配線７を形成する。この
ようにして配線２ａと２ｃとが金属配線７を通じて接続
される。 【００１４】図２は本発明による配線接続装置の一実施
例を示すものである。配線接続箇所を有するＩＣチップ
１８が取り付けられた反応容器１６は、バルブ２１を介
して修正物質（Ａｌ（ＣＨ₃）₃，Ａｌ（Ｃ₂Ｈ₅）₃，Ａ
ｌ（Ｃ₄Ｈ₉）₃，Ｃｄ（ＣＨ₃）₂，Ｃｄ（Ｃ₂Ｈ₅）₂等の
金属アルキル化合物、Ｍｏ（ＣＯ）₆等の金属カルボニ
ル化合物等の有機金属化合物）が納められた修正物質容
器１９と、バルブ２５を介して真空ポンプ２６と、そし
て、バルブ２９を介して不活性ガスボンベ２８と配管に
より接続されている。 【００１５】レーザ発振器８ａで発振されたレーザ光
は、シャッタ30ａを介してダイクロイックミラー９ａで
反射され、対物レンズ２で集光されて、反応容器16に設
けた窓15を通ってＬＳＩアルミ配線修正箇所に照射でき
るようになっており、照射光学系14、ハーフミラー10、
レーザ光カットフィルタ11、プリズム12、接眼レンズ13
を介して修正箇所を観察しながら行えるように構成され
ている。 【００１６】反応容器16にはこの他のバルブ22を介して
予備ガスボンベ20が接続されている。ＩＣチップはＸＹ
ステージ17の上にのせられた載物台24の上にとりつけら
れている。ゲートバルブ25を介して反応容器16の隣にイ
オンビーム加工用真空容器39がとりつけられており、そ
の上部にはイオンビーム鏡筒用真空容器26がとりつけら
れている。真空容器39の中にはＸＹステージ40が有り、
ステージ17とステージ40がゲートバルブ25の近くに移動
したときゲートバルブが開けられた状態において、図示
していないがステージ17および40に設置されたチャック
機構によってステージ17と40の間で載物台24の受け渡し
が可能なようになっている。したがってこの受け渡しと
その後のステージの移動により載物台24およびその上に
とりつけられたＩＣチップ18はＸＹステージ40の上24
ａ，18ａの一に来ることができる。この位置において上
部のイオンビーム鏡筒26中の高輝度イオン源（例えばＧ
a等の液体金属イオン源）27からその下部に設置された
引出し電極30により引出されたイオンビーム40が静電レ
ンズ31、ブランキング電極32、デフレクター電極33等を
通り集束偏向されて、試料18ａに照射されるようになっ
ている。また真空容器39には２次電子ディラクター34が
設置されており偏向電極用電源37の偏向用信号に同期さ
せて試料からの２次電子信号を増幅してモニタ38上に試
料の走査イオン顕微鏡像を映し出しこれにより試料の拡
大像を得て試料の検出、位置合わせができるようになっ
ている。真空容器にはバルブ35を介して真空ポンプ36が
接続されており排気を行う。真空容器16，39には試料を
出し入れするための予備排気室43が設けられている。 【００１７】すなわちゲートバルブ41を開いた時、ステ
ージ40の上の載物台24ａはその上のＩＣ181aとともに移
動ステージ42の上の24ｂ，18ｂの位置に移動可能であ
る。 【００１８】そしてバルブ45、排気ポンプ46により予備
排気管は排気される。フタ44を44ａの位置に開くことに
より、試料の交換ができる。 【００１９】以下この装置の動作法を説明する。フタ44
を開き、ＩＣチップ18ｂをステージ42の上の載物台24ｂ
の上に設置する。フタ44を閉じバルブ45を開き排気ポン
プ46により試料交換室43を真空に排気する。その後ゲー
トバルブ41を開き、載物台を24ｂの位置に移送する。ゲ
ートバルブ41を閉じて後、十分排気をしてから、ステー
ジ40を移動しながらイオンビームを集束してモニタ38上
で走査イオン像を観察し、ＩＣテープ上の接続すべき箇
所を検出する。その後図１に示したようにイオンビーム
を接続すべき箇所にのみ照射して絶縁膜の加工を行う。
次にゲートバルブ25を開き、載物台を24の位置へ移送す
る。 【００２０】Ｘ−Ｙテーブル１７によりレーザ光の照射
位置にＬＳＩチップを移動させ、配線修正箇所の位置合
わせを行う。しかる後に、バルブ２１およびバルブ２９
を開け、前記修正物質と不活性ガスを適当な混合比にな
るように流量計（図示せず）を見ながら調整し、全圧力
が数＋〜数百Ｔｏｒｒになる様、バルブ２５を調整す
る。この後、シャッタ３０ａを開き、配線修正箇所にレ
ーザ光を照射し、一定時間後シャッタ３０ａを閉じる。
このレーザア照射により、レーザ照射部近傍の有機金属
ガスは分解され、ＡｌあるいはＣｄ、Ｍｏ等の金属薄膜
が析出して配線修正が行われる。必要に応じてＬＳＩチ
ップ内の全てのアルミ配線修正箇所を修正する。次に、
バルブ２５を開け、反応容器１６内を十分排気してから
試料をチャンバ３９に、更に予備排気室４３へと移し、
外部へとり出す。本実施例のようにレーザ誘起ＣＶＤ用
のチャンバとイオンビーム加工用チャンバが一体となっ
ているので、イオンビーム加工後一旦大気へとり出した
ときに配線の露出部が汚れ、または酸化することなく、
その上にレーザＣＶＤによる配線を形成することができ
るため、ＩＣの配線とＣＶＤによる配線の接合性がよ
く、導電性が良好となるという特徴を有する。 【００２１】図３は反応容器とイオンビーム加工用真空
容器との間のゲートバルブをとり除き、一体としたもの
であって、二つの容器の間の移動にともなう排気操作を
ゲートバルブの開閉が不要となり、操作性が向上してい
る。一方、イオンビームの容器の方に反応ガスが入って
くるため、イオンビーム鏡筒の汚れを防ぐために、反応
ガスは局所的にノズル51，52により、試料近辺へ吹付け
るようにし、またイオンビーム鏡筒と試料室の間にイオ
ンビームが通る細いオリフィス（開孔）50を設け、さら
にイオンビーム鏡筒側にも排気系53，54を設けるなどの
対策がほどこされている。 【００２２】図４は本発明の別の実施例の装置の説明図
である。この場合はレーザ発振器８ａ，８ｂが２つ設け
られているのが特徴である。９ａはハーフミラー、９ｂ
はダイクロイックミラーである。 【００２３】一例として、図１の発明で述べたような金
属配線を形成した後、この金属膜が露出したままでは、
特性、信頼性上問題が多いため、この上に保護膜をコー
トする必要がある。そこでＡrレーザの第２高調波を発
生する８ａの他にＡrレーザの第３高調波８ｂを設けて
補助ガスボンベ20，20ａに充たされたＳi₂Ｈ₆（ジシラ
ン）およびＮ₂Ｏ（笑気）ガスを導入しこれを集光して
形成された配線上にＳiＯ₂を形成する。図では二つのレ
ーザ発振器を示しているが、この場合はＡrレーザ１台
を切換えミラーで切換え、第２高調波発生用結晶、第３
高調波発生用結晶に導いてもよい。 【００２４】図４のこの他の例としては、レーザ８ｂと
して加工用の大出力レーザを用意し、イオンビームによ
りあけた穴において上下配線を接続するのに、加工用レ
ーザ８ｂにより下層配線を加工してその一部を噴出さ
せ、上下を接続することができる。 【００２５】図５は、穴をあけて配線から接続を行う接
続端部の実施例を示している。 【００２６】図５（ａ）においてＡl配線62が下方に存
在する場合、上部に保護膜60、絶縁膜61など厚い絶縁層
が存在する場合がある。このような場合、イオンビーム
により同図(a)のような垂直に近い断面形状の穴あけを
行うとアスペクト比が高いため、レーザビームまたはイ
オンビーム63による照射により接続端部を形成する場
合、図５（ｂ)のように段切れをおこす可能性が大き
い。これはレーザビームまたはイオンビームが垂直穴の
奥に届きにくいこと、上部に成膜するとこれに妨げられ
て中へ届くことが困難になること、穴の内部へ金属有機
物ガスが入りにくいことなどの理由による。 【００２７】そこでイオンビーム加工を行う場合、ビー
ムの走査幅を変化させつつ加工を行うことにより、図５
（ｃ）に示すごとく、上部が広く、下部に狭い傾斜断面
を有するように加工できる。このように上面に露出する
構造であるから、レーザビームまたはイオンビーム67を
照射した際、金属膜69は穴の内面に断切れを生じること
なく広く形成できる。更に保護膜60および絶縁膜61への
微細穴加工として図５（ａ）および（ｃ）に示す如く、
配線62の表面を僅か堀込むまで加工することによって配
線62の表面に絶縁膜が残ることが完全に防止することが
できる。更に図５（ｅ）に示すように配線62の表面を僅
か堀込むまで加工された微細な穴内および保護膜60上
に、レーザビームまたはイオンビーム70を照射して金属
化合物ガスから金属を析出して配線71を形成する。これ
により配線62と配線71とが高信頼度で、且つ確実に電気
的に接続することができる。 【００２８】またこの上に図４によって説明したように
SiＯ₂などの絶縁膜72を保護膜として形成したものを図
５（ｆ）に示す。 【００２９】図６は本発明による金属配線形成の別の実
施例である。この実施例は、上層Ａl 80と下層Ａl 81か
らなる２層配線構造になっていて、下層Ａl 81のみから
別の場所にある配線へと接続配線を形成したい場合を示
す。この場合、前記したような方法（図６（ａ）に示す
方法）では、配線82が下層Ａl 81 にも上層Ａl 80にも
接続されてしまう。そこでイオンビームにより図６
（ｂ）に示すように上層Ａl 80 まで穴あけを行った
後、図６（ｃ）に示すように前記した方法によりＳiＯ₂
などの絶縁膜83を形成し、その後図６（ｄ）に示すよう
に更に層間絶縁膜84に加工し、下層Ａl 81 を露出させ
る。この後、レーザまたはイオンビーム誘起ＣＶＤによ
り配線85をして下層Al 81 と他の配線との接続を行う。 【００３０】図７、図８は本発明の別の実施例で、同一
箇所において上下の配線を接続することを目的としてい
る。図７においては、図４に示したように加工用のレー
ザを備え、イオンビームを図７（ａ）のように下層配線
81が露出するまで加工し、加工用レーザにより下層配線
Ａl 81 を加工し、Ａlが溶融飛散して上部の配線Ａl80
と接続するようにする。図7(c)はその後、レーザまたは
イオンビーム誘起ＣＶＤ法でＳiＯ₂などの保護膜86を形
成したものである。 【００３１】図８においては上下の配線を接続する場
合、集束イオンビーム加工における再付着現象を用いて
いる。これはジャーナル・バキューム・ソサイアクテイ
・テクノロジーＢ３（１）１月／２月1985 第71頁〜第7
4頁（Ｊ．Ｖac．Ｓci．Ｔechnol Ｂ３（１），Ｊan／
Ｆeb 1985 ｐ71〜ｐ74）「キヤラクタリスティックオ
ブシリコンレムーバルバイファインフォーカストガリュ
ームイオンビーム（Ｃharacteristics of silicon r
emoval by fine focussed gallium ion beam）」
に見られるものであって、イオンビームにより材料を加
工する場合、繰り返し走査加工の条件により加工結果が
異なり（１）高速で繰返し加工を行えば周囲への再付着
は少ないが（ii）低速走査で繰返し数を少なくすると側
面へ著しい再付着が行われることを利用するものであ
る。 【００３２】すなわち、図８において、（ａ）図に示す
ように下層配線81の上部まで集束イオンビームにより上
記（i）の条件にて加工した後、上記（ii）の条件にて
下層Ａl 81 を矢印方向に加工すれば（ｂ）図のように
紙面に低速で垂直に走査しつつそのビームを矢印方向に
移動すればＡlが再付着して87のような再付着領域を生
成する。また（ｄ）図のように紙面に垂直に低速で走査
しつつそのビームを二つの矢印のように加工穴の両端か
ら中央へ移動すれば両側に再付着素層89が形成される。
いずれも上層と下層との配線80，81間の接続が可能とな
る。その後(ｃ），（ｅ）に示すようにレーザまたはイ
オンビーム誘起ＣＶＤ法によりＳiＯ₂などの保護膜88，
89を上部へ形成する。 【００３３】上記の他、同一箇所において、上下配線を
接続する場合、集束イオンビームにより、上部配線80お
よび保護膜84に穴あけを行い、その後レーザまたはイオ
ンビーム誘起ＣＶＤ法により加工穴に金属を析出させて
上下の接続ができることは本発明の前記したところによ
り明らかである。 【００３４】これまでの記述においては、レーザまたは
イオンビーム誘起ＣＶＤ法の成膜材料として金属化合物
をとっているが、導電性材料膜を形成するものなら使用
できる。またＣＶＤをひきおこすエネルギービームとし
てレーザまたはイオンビームの他の電子ビーム等のエネ
ルギービームも可能である。 【００３５】穴あけ加工の手段として集束イオンビーム
を用いているがサブミクロン加工が可能な他のエネルギ
ービームを用いることもできる。 【００３６】図９は本発明による配線接続装置の他の一
実施例を示すものである。配線接続箇所を有するＩＣチ
ップ１８ａが取り付けられた反応容器３９ａは、バルブ
２１を介して修正物質（Ａｌ（ＣＨ₃）₃，Ａｌ（Ｃ
₂Ｈ₅）₃，Ａｌ（Ｃ₄Ｈ₉）₃，Ｃｄ（ＣＨ₃）₂，Ｃｄ（Ｃ
₂Ｈ₅）₂，Ｍｏ（ＣＯ）₆等の有機金属化合物）が納めら
れた修正物質容器１９と、バルブ３５を介して真空ポン
プ３６と、そして、バルブ２９を介して不活性ガスボン
ベ２８と配管により接続されている。反応容器３９ａに
は、この他バルブ２２を介して予備ガスボンベ２０が接
続されている。ＩＣチップ１８ａはＸ−Ｙステージ４０
の上にのせられた載物台２４ａの上にとりつけられてい
る。容器３９ａの上部にはイオンビーム鏡筒用真空容器
２６がとりつけられている。そして上部のイオンビーム
鏡筒２６中の高輝度イオン源（例えばＧａ等の液体金属
イオン源）２７からその下部に設置された引出し電極３
０により引出されたイオンビーム４０が、静電レンズ３
１、ブランキング電極３２、デフレクター電極３３等を
通り集束偏向されて、試料１８ａに照射されるようにな
っている。また真空容器３９ａには２次電子ディテクタ
ー３４および２次イオン質量分析管３４ａが設置されて
おり、偏向電極用電源３７の偏向用信号に同期させて試
料１８ａからの２次電子信号あるいは２次イオン電流を
増幅してモニタ３８上に試料の走査イオン顕微鏡像を映
し出し、これにより試料１８ａの拡大像を得て試料の検
出、位置合わせができるようになっている。真空容器に
は、バルブ３５を介して真空ポンプ３６が接続されてお
り、排気を行う。真空容器３９ａには、試料を出し入れ
するための予備排気室４３が設けられている。 【００３７】すなわちゲートバルブ41を開いた時、ステ
ージ40の上の載物台24ａはその上のＩＣ18ａとともに移
動ステージ42の上の24ｂ，18ｂの位置に移動可能であ
る。そしてバルブ45、排気ポンプ46により予備排気室は
排気される。フタ44を44ａの位置に開くことにより、試
料の交換ができる。 【００３８】以下この装置の動作を説明する。フタ
（蓋）４４を開きＩＣチップ１８ｂをステージ４２の上
の載物台２４ｂの上に設置する。フタ４４を閉じ、バル
ブ４５を開き、排気ポンプ４６により試料交換室４３を
真空に排気する。その後ゲートバルブ４１を開き、載物
台を２４ｂの位置に移送する。ゲートバルブ４１を閉じ
て後、十分に排気をしてからステージ４０を移動しなが
らイオンビームを集束してモニタ上で走査イオン像を観
察し、ＩＣチップ上の接続すべき箇所を検出する。その
後、図１に示したようにイオンビームを接続すべき箇所
にのみ照射して絶縁膜加工を行う。しかる後に、バルブ
２１およびバルブ２９を開け、前記修正物質と不活性ガ
スを適当な混合比になるように流量計（図示せず）を見
ながら調整し、全圧力が数＋〜数百Ｔｏｒｒになる様、
バルブ３５を調整する。この後、配線修正箇所にイオン
ビームを照射する。この照射により、照射部近傍の有機
金属ガスは分解され、ＡｌあるいはＣｄ，Ｍｏ等の金属
薄膜が析出して配線修正が行われる。必要に応じてＬＳ
Ｉチップ内の全てのアルミ配線修正箇所を修正する。次
に、バルブ３５を開け、反応容器３９ａ内を十分排気し
てから試料を予備排気室４３へと移し、外部へとり出
す。 【００３９】図１０は他の形の装置の実施例を示す。イ
オンビーム鏡筒の汚れを防ぐために、反応ガスは局所的
にノズル51，52により、試料近辺へ吹付けるようにし、
またイオンビーム鏡筒26と試料室の間にイオンビームが
通る細いオリフィス（開孔）50を設け、さらにイオンビ
ーム鏡筒側にも排気系53，54を設けるなどの対策がほど
こされている。 【００４０】図１０の装置の使用法の一例として、図１
の説明で述べたような金属配線を形成した後のこの金属
膜が露出したままでは、特性上、信頼性上、問題が多い
ため、この上に保護膜をコートする必要がある。 【００４１】このため補助ガスボンベ20，20ａに入れた
ＳiＨ₆（ジシラン）ガスとＮ₂Ｏ（笑気）ガスを容器へ
導入し、ノズルよりＩＣに吹付け、先に集束イオンビー
ムを照射して形成した配線の上に、更に集束イオンビー
ムを照射してイオンビーム誘起ＣＶＤ及び酸化のプロセ
スによってＳiＯ₂の保護膜を形成する。 【００４２】前記実施例ではレーザ照射の場合について
説明したが、このようにイオンビーム照射に換えること
もできることは明らかである。 【００４３】 【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、多
層配線層からなるＬＳＩ等の半導体集積回路（ＩＣ素
子）において、全てが正常に動作しないＩＣチップを製
作後、その内部において既存の上層配線と平面的に交叉
する等して拘る既存の下層配線の箇所から表面まで新た
な金属配線部を、既存の上層配線と短絡させることなく
導き出して他の配線と電気的に接続することによって、
デバック、修正・不良解析等を行って正常に動作するよ
うに完成させたＩＣ素子を実現することができる効果を
奏する。特に本発明によれば、多層配線層からなるＩＣ
素子において、既存の下層配線層から表面まで新たな金
属配線部を導きだす場合において、どうしても既存の上
層配線と交叉する等して拘る既存の下層配線層の箇所か
ら金属配線部を導きだす必要性が生じる場合において
も、既存の上層配線の端部を新たな絶縁膜で被覆するこ
とによって金属配線部を既存の上層配線と短絡すること
なく既存の下層配線から表面まで導きだすことができ、
その結果他の配線と電気的に接続して完成させたＩＣ素
子を実現することができる効果を奏する。 【００４４】また、本発明によれば、多層配線層を有す
るＩＣ素子構造において、微細穴の底は、接続すべき配
線の表面を僅か堀込んで形成することにより、接続すべ
き下層配線と金属配線部とを高い信頼度で確実に電気的
に接続して高信頼度のＩＣ素子を得ることができる効果
を奏する。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明に係るＩＣの配線間の接続法を説明する
ための図である。 【図２】本発明によるＩＣの配線接続装置を示す図であ
る。 【図３】本発明によるＩＣの配線接続装置を示す図であ
る。 【図４】本発明によるＩＣの配線接続装置を示す図であ
る。 【図５】本発明による配線形成および上下配線の接続を
行う方法を示したＩＣの断面を示す図である。 【図６】本発明による配線形成および上下配線の接続を
行う方法を示したＩＣの断面を示す図である。 【図７】本発明による配線形成および上下配線の接続を
行う方法を示したＩＣの断面を示す図である。 【図８】本発明による配線形成および上下配線の接続を
行う方法を示したＩＣの断面を示す図である。 【図９】図２乃至図４に示す本発明によるＩＣの配線接
続装置の他の実施例を示した図である。 【図１０】図２乃至図４に示す本発明によるＩＣの配線
接続装置の他の実施例を示した図である。 【符号の説明】 １，６０…保護膜、 ２ａ〜２ｅ，６２，８０，８４…
配線 ３，６１，８４…絶縁膜、 ４…基板 ６，７１，８３，８７，８９…配線、 ８ａ，８ｂ…レ
ーザ発振器 １６…反応容器、 １７，４０…ＸＹステージ、 １９
…修正物質容器 ２７…イオン源、 ２８…不活性ガスボンべ、 ３１…
静電レンズ ３９…イオンビーム加工用真空器、 ７２，８５，８
８，９０…保護膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 嶋瀬 朗 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 原市 聡 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 高橋 貴彦 東京都青梅市今井2326番地株式会社日立 製作所デバイス開発センタ内 (72)発明者 斎藤 啓谷 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (56)参考文献 特開 平７−63064（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−278348（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−104141（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−245227（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−168652（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−21347（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−237446（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−216555（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−119853（ＪＰ，Ａ) 特公 平７−12056（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平５−14416（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平５−73052（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平８−1928（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．多層配線層を形成したＩＣ素子における既存の上層
   配線と既存の下層配線とが平面的に見て拘る所望の箇所
   において既存の上層配線の少なくとも一部を含めてその
   上の絶縁膜に穿設して得られる微細穴内の側壁に露出し
   た前記既存の上層配線の端部を新たな絶縁膜で被覆し、
   前記微細穴内の前記新たな絶縁膜の内側において前記既
   存の下層配線が露出されるように少なくとも既存の層間
   絶縁膜に対して穿設して得られる微細穴に金属を析出さ
   せて前記既存の下層配線と電気的に接続してＩＣ素子の
   表面まで導き出す新たな金属配線部を形成したことを特
   徴とするＩＣ素子。 ２．前記微細穴は、内部から表面に向かって拡がってい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のＩＣ素
   子。 ３．前記下層配線を露出した前記微細穴の底は、下層配
   線の表面を僅か堀込むことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載のＩＣ素子。 ４．多層配線層を形成したＩＣ素子における既存の上層
   配線と既存の下層配線とが平面的見て拘る所望の箇所に
   おいて既存の上層配線の少なくとも一部を含めてその上
   の絶縁膜上に、集束イオンビームを照射して少なくとも
   既存の上層配線まで加工を行って既存の上層配線の端部
   を側壁に露出させた微細穴を穿設し、その後この微細穴
   内の既存の上層配線の端部を露出させた側壁において絶
   縁膜用化合物ガスの雰囲気中に第１の集束エネルギービ
   ームを照射してエネルギビーム誘起ＣＶＤにより新たな
   絶縁膜で被覆し、その後前記微細穴内の前記新たな絶縁
   膜の内側において集束イオンビームを照射して前記既存
   の上層配線と既存の下層配線との間の既存の層間絶縁膜
   を加工して微細穴を穿設して既存の下層配線の表面を露
   出させ、金属化合物ガスの雰囲気中に第２の集束エネル
   ギービームを照射してエネルギビーム誘起ＣＶＤにより
   前記微細穴内に金属を析出させて前記既存の下層配線と
   電気的に接続してＩＣ素子の表面まで導き出す金属配線
   部を形成することを特徴するＩＣ素子における配線接続
   方法。 ５．前記第１の集束エネルギビームが集束レーザビーム
   であることを特徴とする特許請求の範囲第４項記載のＩ
   Ｃ素子における配線接続方法。 ６．前記第１の集束エネルギビームが集束イオンビーム
   であることを特徴とする 特許請求の範囲第４項記載のＩ
   Ｃ素子における配線接続方法。 ７．前記第２の集束エネルギビームが集束レーザビーム
   であることを特徴とする特許請求の範囲第４項記載のＩ
   Ｃ素子における配線接続方法。 ８．前記第２の集束エネルギビームが集束イオンビーム
   であることを特徴とする特許請求の範囲第４項記載のＩ
   Ｃ素子における配線接続方法。