JP3279295B2 - 半導体装置の配線切断加工方法 - Google Patents

半導体装置の配線切断加工方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の配線切断加
工方法に関する。特に、半導体装置や高密度配線基板の
配線変更にレーザ切断を周辺にダメージなく実施するレ
ーザによる半導体装置の配線切断加工方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、レーザによるLSI配線切断技術
については、冗長化技術として、アイ・イー・イー・イ
ー ジャーナル オブ ソリッド・ステートサーキッ
ト,エス・シー16巻5号1981年10月号第506
頁から第513頁(IEEE Journal of
Solid−State Circuits,vol,
SC−16,No.5,Oct.1981,pp506
〜513)において述べられている。
【0003】また、他の従来技術として、LSIのAl
配線の切断についてアナルズ オブザ シーアイアール
ピー28/1巻1979年号第113頁から第116頁
(Aunals of the CIRP Vol.2
8/1,1979,p113〜116)に述べられてい
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、ダ
メージを与えずに加工できるレーザパワーの有効範囲が
狭く、かつ、レーザ光が配線から外れるとなおダメージ
が発生しやすい等の課題があった。
【0005】本発明の目的は、半導体装置に対し、下層
の基板や配線等にダメージを与えることなく、広いレー
ザパワー範囲に亘って配線切断加工ができるようにした
レーザによる半導体装置の配線切断加工方法提供するこ
とにある。
【0006】また、本発明の他の目的は、被加工物に対
し、所望のパターンを投影して広いレーザパワー範囲に
亘ってレーザ加工できるようにした半導体装置の配線切
断加工方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、半導体装置の配線切断加工方法におい
て、表面を光学的に透明な膜で被われた半導体装置の配
線パターンの所望の領域に10−9秒以下のパルス幅の
レーザ光を照射することにより、配線パターンの所望の
領域の下の層に影響を与えることなく配線パターンの所
望の領域とその上の層の光学的に透明な膜を除去加工す
るようにした。
【0008】また、本発明では、半導体装置の配線切断
加工方法において、配線パターンが形成された半導体装
置の配線パターンの所望の領域に10−9秒以下のパル
ス幅のレーザ光を照射することにより配線パターンの所
望の領域が熱現象により飛散する前にレーザ光の照射を
停止し、レーザ光の照射を停止した状態で照射したレー
ザ光のエネルギにより試料の所望の領域を飛散させて除
去加工するようにした。また、本発明では、半導体装置
の配線切断加工方法において、配線パターンが形成され
た半導体装置の配線パターンの所望の領域に10−9
以下のパルス幅のレーザ光を所望の領域の形状に合わせ
て照射することにより、配線パターンの下の層にレーザ
光を直接照射することなく配線パターンの所望の領域を
除去加工するようにした。
【0009】
【0010】
【0011】
【0012】
【0013】
【0014】
【0015】
【0016】即ち本発明は、レーザ光源のパルス幅を、
除去現像の超るより短いパルスにし、レーザ光の照射域
を、液晶投影マスクにより、加工される配線の幅に成形
して照射するようにしたことにより、正確に照射できる
ようにし、また、広いパワー範囲でダメージなく加工で
きるようにしたものである。
【0017】レーザ光による配線切断除去加工において
は、熱現象としての飛散除去が起るには、1ns以上の
時間を要することを見出したことにある。そこで、本発
明者は、パルス幅が1ns以下のパルスの高出力のレー
ザ光を、半導体装置又は高密度多層配線基板上の配線の
所望箇所に照射して配線切断加工を行えば、配線材料が
無くなった跡に、レーザパルスが侵入することは起こら
ないと見出した。即ち、パルス幅が1ns以下のパルス
レーザ光であれば、配線切断加工ができるように照射レ
ーザのパワーが大きくなってもレーザパルスが続いてい
る間(1ns以下)は、配線材料が元の場所に存在し、
全てのレーザエネルギを配線材料が受け止めることにな
る。このため、半導体装置又は高密度多層配線基板にお
いて、熱伝導率の低いSiO2等の絶縁膜をはさんで下
層に存在するSi等の基板又は薄膜配線はレーザ光にさ
らされることがなく、ダメージを発生させることがな
い。なお、配線切断に要するピークパワーPは概略パル
ス幅Sの2重根に反比例し、次のような関係にある。
【0018】
【数1】
【0019】ここで、P0,S0は元のピークパワーと元
のパルス幅であり、Kは比例定数である。
【0020】従って、パルス幅を従来の100ns前後
から本発明のように、例えば100ps〜300ps前
後に2桁短くするとピークパワーは従来より約10〜2
0倍前後大きくする必要がある。但し、必要となるエネ
ルギーEは、ピークパワーとパルス幅の積、E=P・S
であるため、Kが1前後の場合はパルス幅の2重根に比
例し、従来より1桁程度少なくてすむ。しかし、全ての
レーザエネルギを配線材料が受け止める関係で、下層へ
のダメージを及ぼすことなく、配線を切断することがで
きる。
【0021】この様子を図に示すと図4のようになる。
A1の沸点は約2270℃である。そこで、1ns以下
の短いパルス幅のレーザ光が、例えばA1等の配線表面
に照射されると、そのエネルギ吸収は10-15sec前
後の短い時間で行われ、一方、そのエネルギがA1等の
配線内において熱に変換するには、1ns前後の時間を
必要とすることを見出した。従って、1ns以下の短い
パルスレーザ光であれば、いくら強いパルスレーザ光を
照射しても、いくら強いレーザ光を照射しても、照射さ
れた配線が熱現象による変化を起こす前に、レーザパル
スの照射が終了するため、熱現象による除去のあとにレ
ーザ光が侵入することは起りえず、配線の下層にダメー
ジを及ぼすことなく、配線の所望箇所を切断することが
できる。
【0022】また、レーザ照射の領域を液晶投影マスク
等で配線の所望箇所の位置(幅)寸法に正確に整合させ
ることができるため、配線外にレーザ光が当たることが
なく、周辺及び下層にダメージを発生させることもな
く、正確な除去加工を行うことができる。
【0023】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図1に
より説明する。
【0024】数mjoulでパルス幅が1ns以下(1
00〜300ps)のピコ秒レーザ1から出たレーザ光
2は反射ミラー3で90゜屈折され、透過形液晶マスク
4に導かれる。そして液晶マスク4の光透過パターン部
を通った光5は観察用ハーフミラー6と投影加工レンズ
7を通過して、液晶パターンの像が投影される形で半導
体装置又は高密度多層基板等の被加工物8の表面に照射
される。被加工物8はXYテーブル9に載せられて、テ
ーブル制御電源10によって自動運転される。液晶マス
ク4は投影パタン照明ランプ11によって照明されてお
り、被加工物8は物体照明ランプ12によりハーフミラ
ー13を介して照明されている。ハーフミラー13の後
方には撮像管または固体撮像素子などよりなる撮像器1
4を配し、被加工物8の加工部を撮像する。撮像された
像は画像判定処理器15に入り、その像のレーザ照射す
べき場所をパターン認識し、その像16とレーザ照射す
べきエリア17をTVモニタ18上に出すとともに、液
晶パターン制御器19にその信号を送り込み、液晶マス
タ4に、照射すべきエリア17に相当する部分を透過パ
ターンとして正確に半導体装置又は高密度多層基板8上
の配線の所望箇所に整合するように発生させる。そし
て、液晶マスクパターンが照射されるべきエリアに作ら
れ、配線の所望箇所に投影パタン照明ランプで正確に照
明されていることが撮像器14と画像判定処理器15で
確認されると画像判定処理器15からレーザ照射信号が
レーザ電源制御部20に送られ、レーザ発振が行われ
る。かくして、レーザ加工部の必要な箇所のみに正確に
レーザ照射できるようになった。
【0025】また、画像判定処理器15に、複数の照射
箇所の位置情報を与える加工位置入力器21を接続し、
情報入力を与えることにより、投影加工により、一度に
複数の箇所のレーザ加工を行うことができ、LSIメモ
リビット救済等について大幅に処理速度を上げることが
できるようになった。
【0026】図2は本発明の一実施例で、(a)は被加
工物の撮像表示例である。また(b)は液晶マスクのパ
タン発生状態の例である。液晶マスクのエリアに対応す
る部分の被加工物の像32は図3に示すように大容量L
SIメモリーの欠陥ビット救済リンクである。外側を不
純物をドーピングしたガードリング33で囲まれた例え
ばPoly−Si等の救済リンク34a〜34dの4本
が示されている。そのうち、加工位置入力器21によっ
て与えられた情報により、34bと34dのリンクを切
断しようとしていることを示している。そして図2
(b)に示す如く、液晶マスクは35aと35bだけが
レーザ光を透過する領域としてパターンが発生されてい
る。図2(c)に示したaはこのパタンにより投影照射
されたレーザ光により加工が行われた救済リンクの加工
後の状態である。このように複数のリンクを1回の加工
で正確に切断することができるようになった。
【0027】例えば、大容量の半導体メモリチップは数
万〜数十万個の機能素子を数mm角のチップ内に作るた
め、生産歩留りを上げるのには大変な困難をともなう。
そこで予備のメモリーセルをチップ内に設けておき、切
換用配線をレーザで切断することにより、欠陥の発生し
たメモリーを外し、予備のメモリを接続することができ
る。即ち大容量LSIメモリーの欠陥ビット救済の場
合、図3に示すように形成されている。図3(a)はそ
の平面構成を、図3(b)はその断面構成を示す。即ち
Al配線35に接続されたPoly−Si等の切換用配
線34に約106〜109w/cm2のパワーでピコ秒レ
ーザ光を投影パターンとして配線幅にほぼ合せて照射
し、この切換用配線34の所望箇所を切断する。これに
より、予備のメモリに接続することができる。切換用配
線34は基板Si37の上に敷かれた絶縁用熱酸化膜S
iO238の上に形成され、その材料は、Poly−S
iや、Al,金属シリサイド等が用いられる。その上に
SiO2膜(保護膜)39をコートし、保護膜としてい
る。しかし、上記実施例によれば、全てのレーザエネル
ギが切換用配線34で受け止められ、熱伝導率の低いS
iO2等の絶縁膜38をはさんで下層に存在するSi等
の基板37はレーザ光にさらされることなく、切換用配
線34の所望箇所35が切断でき、Si等の基板37に
ダメージの発生を防止することができる。
【0028】また前記実施例ではLSIメモリの欠陥ビ
ット救済の場合について説明したが、薄膜多層構造を有
する半導体装置又は高密度多層基板へも適用できること
は明かである。即ち、下層の薄膜配線にダメージを与え
ることなく、上層の薄膜配線を切断することができる。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、レ
ーザ光により下層にダメージを与えることなく、容易に
配線を切断加工することができる。(図5に示す)。
【0030】また本発明によれば、液晶投影による自己
整合方式を用いたことにより、正確にレーザ照射ができ
るようになったため、切断すべきリンクの外にレーザが
当ってダメージを起すということがなくなった。
【0031】また、本発明によれば1回での加工域を一
つに限定されなくなったため、加工効率が大幅に上っ
た。
【0032】また、本発明によれば液晶マスクを用いた
ことにより、電気的にパターンの変更ができるため、十
分高速に次々と新しい場所をマスキング加工できるよう
になった。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明のレーザ加工装置の一実施例を示
す構成図である。
【図2】図2は図1に示す装置を半導体メモリのビット
欠陥救済に適用した場合の投影パターン発生と配線切断
結果とを示す図である。
【図3】図3は半導体メモリのビット欠陥救済リンクの
平面と断面とを示す図である。
【図4】図4は本発明の作用を示す図である。
【図5】図5は本発明の作用効果を示す図である。
【符号の説明】
1…ピコ秒レーザ,2…レーザ光,4…液晶マスク,7
…投影加工レンズ,8…半導体装置又は高密度多層基板
(被加工物),9…XYテーブル,10…制御電源,1
2…物体照明ランプ,14…撮像器,15…画像判定処
理器,18…TVモニタ,19…液晶パターン制御器,
21…加工位置入力器,34…救済リンク(切換用配
線),36…投影パターン(切断箇所),37…Si基
板。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 水越 克郎 神奈川件横浜市戸塚区吉田町292番地 株式会社日立製作所生産地術研究所内 (72)発明者 山口 博司 神奈川件横浜市戸塚区吉田町292番地 株式会社日立製作所生産地術研究所内 (72)発明者 森田 光洋 東京都小平市上水本町五丁目20番1号 株式会社日立製作所武蔵野工場内 (56)参考文献 特開 昭61−290719(JP,A) 特開 昭58−93257(JP,A) 特開 昭56−38888(JP,A) 特開 昭60−174671(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/82 B23K 26/00

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】表面を光学的に透明な膜で被われた半導体
    装置の配線パターンの所望の領域に10-9秒以下のパル
    ス幅のレーザ光を照射することにより、前記配線パター
    ンの所望の領域の下の層に影響を与えることなく前記配
    線パターンの所望の領域とその上の層の前記光学的に透
    明な膜を除去加工することを特徴とする半導体装置の配
    線切断加工方法。
  2. 【請求項2】配線パターンが形成された半導体装置の前
    記配線パターンの所望の領域に10-9秒以下のパルス幅
    のレーザ光を照射することにより前記配線パターンの所
    望の領域が熱現象により飛散する前にレーザ光の照射を
    停止し、該レーザ光の照射を停止した状態で前記照射し
    たレーザ光のエネルギにより前記試料の所望の領域を飛
    散させて除去加工することを特徴とする半導体装置の配
    線切断加工方法。
  3. 【請求項3】配線パターンが形成された半導体装置の前
    記配線パターンの所望の領域に10-9秒以下のパルス幅
    のレーザ光を前記所望の領域の形状に合わせて照射する
    ことにより、前記配線パターンの下の層に前記レーザ光
    を直接照射することなく前記配線パターンの所望の領域
    を除去加工することを特徴とする半導体装置の配線切断
    加工方法。
  4. 【請求項4】前記10-9秒以下のパルス幅のレーザ光を
    照射する前記配線パターンの所望の領域が、欠陥ビット
    救済リンク部であることを特徴とする請求項1乃至3の
    何れかに記載の半導体装置の配線切断加工方法。
  5. 【請求項5】前記レーザ光のパルス幅が、200〜30
    0psであることを特徴とする請求項1乃至3の何れか
    に記載の半導体装置の配線切断加工方法。
  6. 【請求項6】前記レーザ光を、マスクを介して前記欠陥
    ビット救済リンク部または前記配線パターンの所望の領
    域の形状に合わせて整形して前記欠陥ビット救済リンク
    部または前記所望の領域に照射することを特徴とする請
    求項1乃至3の何れかに記載の半導体装置の配線切断加
    工方法。
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