JP3523346B2

JP3523346B2 - 半導体装置における配線修正方法

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Publication number: JP3523346B2
Application number: JP27686694A
Authority: JP
Inventors: 幹雄本郷; 克郎水越; 敦仁高田; 文和伊藤; 朗嶋瀬; 利夫山田
Original assignee: Renesas Technology Corp
Current assignee: Renesas Technology Corp
Priority date: 1994-11-11
Filing date: 1994-11-11
Publication date: 2004-04-26
Anticipated expiration: 2019-04-26
Also published as: JPH08139099A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、幅が約１．２μｍ以下
の複数の配線層を有する高性能化（高微細化）・多層化
が進んだ半導体装置に対する補修配線・変更配線の修正
を実現する半導体装置における配線修正方法及び及びそ
の装置並びに半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】第１の従来技術としては、特開昭６３−
１６４２４０号公報が知られている。この第１の従来技
術には、集束イオンビームによるスパッタ加工を利用し
た半導体装置の配線の切断や絶縁膜への穴あけと、レー
ザＣＶＤによる配線間の接続のための配線布設により、
チップ上で直接修正する手順が示されている。この中
で、詳細には１）半導体装置表面のクリーニング２）ＦＩＢ加工による接続穴の形成３）半導体装置表面への密着性の優れた膜の形成４）レーザＣＶＤによる接続穴への導電物質の埋め込み５）レーザＣＶＤによる接続配線の形成６）工程３）で形成した膜の不要部分の除去の工程からなる配線形成方法が示されている。

【０００３】また、第２の従来技術としては、特開昭６
４−３７０３５号公報が知られている。この第２の従来
技術には、集束イオンビーム加工により形成した接続穴
に集束イオンビームＣＶＤを用いて一部あるいは全体を
金属で埋め込み、レーザＣＶＤにより接続配線を形成す
る技術が示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記第１及び第２の従
来技術においては、超微細化、高集積化が進んだ半導体
装置に対して、素子特性の劣化を起こさせずに、短時間
で配線の修正を実現しようとする課題については、考慮
されていなかった。

【０００５】本発明の目的は、上記従来技術の課題を解
決すべく、幅が約１．２μｍ以下の複数の配線層を有す
る超微細化、高集積化が進んだ半導体装置に対して、迅
速、且つ高信頼性で、補修配線・変更配線の修正を高歩
留まりで実現できるようにした半導体装置における配線
修正方法及びその装置を提供することにある。また、本
発明の他の目的は、高性能で、且つ高速化を実現した補
修配線・変更配線の修正が施された半導体装置を提供す
ることにある。

【０００６】

【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、半導体装置内の切断しようとする配線の
所望個所を位置決めし、該位置決めされた配線の所望個
所を少なくともエッチングガス雰囲気にして該配線の所
望個所に集束されたイオンビームを照射走査して集束イ
オンビーム・アシスト・エッチングにより前記配線の上
層の絶縁層に切断用の穴加工を施し、更に集束されたイ
オンビームを照射走査してその下の配線を切断する配線
切断修正工程を備え、半導体装置上に付加配線を施そう
とする接続個所である配線の所望個所を位置決めし、該
位置決めされた配線の所望個所を少なくともエッチング
ガス雰囲気にして該配線の所望個所に集束されたイオン
ビームを照射走査して集束イオンビーム・アシスト・エ
ッチングにより前記配線の上層の絶縁層に接続用の穴加
工を施して前記配線を露出する接続用の穴加工工程と、
該接続用の穴加工工程で配線が露出した接続用の穴を位
置決めし、該位置決めされた接続用の穴部に付加配線形
成用のＣＶＤガスを供給して、集束されたエネルギビー
ムを照射走査して接続用の穴の内部へ導電物質を析出さ
せて露出した配線と接続し、更に前記接続用の穴に接続
された半導体装置上の所望の経路に沿って付加配線形成
用のＣＶＤガスを供給して、集束されたエネルギビーム
を照射走査して前記導電物質と接続された付加配線を形
成する付加配線形成工程とを有する接続配線修正工程を
備えたことを特徴とする半導体装置における配線修正方
法である。

【０００７】また本発明は、半導体装置内の切断しよう
とする配線の所望個所を位置決めし、該位置決めされた
配線の所望個所を少なくともエッチングガス雰囲気にし
て該配線の所望個所に集束されたイオンビームを照射走
査して集束イオンビーム・アシスト・エッチングにより
前記配線の上層の絶縁層に切断用の穴加工を施し、更に
集束されたイオンビームを照射走査してその下の配線を
切断する配線切断修正工程を備え、半導体装置上に付加
配線を施そうとする接続個所である配線の所望個所を位
置決めし、該位置決めされた配線の所望個所を少なくと
もエッチングガス雰囲気にして該配線の所望個所に集束
されたイオンビームを照射走査して集束イオンビーム・
アシスト・エッチングにより前記配線の上層の絶縁層に
接続用の穴加工を施して前記配線を露出する接続用の穴
加工工程と、該接続用の穴加工工程で配線が露出した接
続用の穴を位置決めし、該位置決めされた接続用の穴部
に金属薄膜形成用のＣＶＤガスを供給して、集束された
イオンビームを照射走査して接続用の穴の底に露出した
配線の表面との間で低抵抗化した接続をすべく前記露出
した配線の表面および前記接続用の穴の側壁とに金属薄
膜を析出させ、更に前記接続用の穴の側壁に析出された
金属薄膜に対して付加配線形成用のＣＶＤガスを供給し
て、集束されたレーザビームを照射走査して接続用の穴
の内部へ導電物質を析出させて前記側壁に析出された金
属薄膜と接続し、更に前記接続用の穴に接続された半導
体装置上の所望の経路に沿って付加配線形成用のＣＶＤ
ガスを供給して、集束されたレーザビームを照射走査し
て前記導電物質と接続された付加配線を形成する付加配
線形成工程とを有する接続配線修正工程を備えたことを
特徴とする半導体装置における配線修正方法である。

【０００８】また本発明は、２μｍ以下の幅の配線を複
数層形成した半導体装置における配線修正方法におい
て、前記半導体装置内の切断しようとする配線の所望個
所を位置決めし、該位置決めされた配線の所望個所を少
なくともＸｅＦ₂のエッチングガス雰囲気にして該配線
の所望個所に０．２μｍ以下に集束されたイオンビーム
を照射走査して集束イオンビーム・アシスト・エッチン
グにより前記配線の上層の絶縁層に切断用の穴加工を施
し、更に０．２μｍ以下に集束されたイオンビームを照
射走査してその下の配線を切断する配線切断修正工程を
備え、前記半導体装置上に付加配線を施そうとする接続
個所である配線の所望個所を位置決めし、該位置決めさ
れた配線の所望個所を少なくともＸｅＦ₂のエッチング
ガス雰囲気にして該配線の所望個所に０．２μｍ以下に
集束されたイオンビームを照射走査して集束イオンビー
ム・アシスト・エッチングにより前記配線の上層の絶縁
層に接続用の底部がほぼ２μｍ×２μｍ以下で深さが
３．５μｍ以上の穴加工を施して前記配線を露出する接
続用の穴加工工程と、該接続用の穴加工工程で配線が露
出した接続用の穴を位置決めし、該位置決めされた接続
用の穴部にＷ薄膜形成用のＷカルボニルからなるＣＶＤ
ガスを供給して、集束されたイオンビームを照射走査し
て接続用の穴の底に露出した配線の表面との間で低抵抗
化した接続をすべく前記露出した配線の表面および前記
接続用の穴の側壁とにＷ薄膜を析出させ、更に前記接続
用の穴の側壁に析出されたＷ薄膜に対して付加配線形成
用の金属カルボニル又はアルキル金属からなるＣＶＤガ
スを供給して、集束されたレーザビームを照射走査して
接続用の穴の内部へ導電物質を析出させて前記側壁に析
出されたＷ薄膜と接続し、更に前記接続用の穴に接続さ
れた半導体装置上の所望の経路に沿って付加配線形成用
のＣＶＤガスを供給して、集束されたレーザビームを照
射走査して前記導電物質と接続された付加配線を形成す
る付加配線形成工程とを有する接続配線修正工程を備え
たことを特徴とする半導体装置における配線修正方法で
ある。

【０００９】また本発明は、前記半導体装置における配
線修正方法において、前記接続配線修正工程の付加配線
形成工程には、前記接続用の穴の底に露出した配線の表
面および前記接続用の穴の側壁とに金属薄膜を析出させ
る前に、前記接続用の穴の底に露出した配線の表面に集
束されたイオンビームを照射して配線の表面をスパッタ
エッチングする工程を含むことを特徴とする。また本発
明は、前記半導体装置における配線修正方法において、
前記接続配線修正工程の付加配線形成工程には、付加配
線を形成する前に、半導体装置の表面をクリーニングす
る工程を含むことを特徴とする。また本発明は、前記半
導体装置における配線修正方法において、前記接続配線
修正工程には、前記付加配線形成工程で形成された付加
配線に対してレーザ光を照射してアニールする工程を有
することを特徴とする。また本発明は、前記半導体装置
における配線修正方法において、前記接続配線修正工程
の付加配線形成工程には、前記金属カルボニル又はアル
キル金属からなるＣＶＤガスとして、Ｍｏカルボニルか
らなるＣＶＤガスにし、Ｍｏを主体にした導電物質を析
出させ、Ｍｏを主体にした付加配線を形成することを特
徴とする。

【００１０】また本発明は、半導体装置内の切断しよう
とする配線の所望個所を位置決めし、該位置決めされた
配線の所望個所を少なくともエッチングガス雰囲気にし
て該配線の所望個所に集束されたイオンビームを照射走
査して集束イオンビーム・アシスト・エッチングにより
前記配線の上層の絶縁層に切断用の穴加工を施し、更に
集束されたイオンビームを照射走査してその下の配線を
切断する配線切断修正手段を備え、半導体装置上に付加
配線を施そうとする接続個所である配線の所望個所を位
置決めし、該位置決めされた配線の所望個所を少なくと
もエッチングガス雰囲気にして該配線の所望個所に集束
されたイオンビームを照射走査して集束イオンビーム・
アシスト・エッチングにより前記配線の上層の絶縁層に
接続用の穴加工を施して前記配線を露出する接続用の穴
加工手段と、該接続用の穴加工手段で配線が露出した接
続用の穴を位置決めし、該位置決めされた接続用の穴部
に付加配線形成用のＣＶＤガスを供給して、集束された
エネルギビームを照射走査して接続用の穴の内部へ導電
物質を析出させて露出した配線と接続し、更に前記接続
用の穴に接続された半導体装置上の所望の経路に沿って
付加配線形成用のＣＶＤガスを供給して、集束されたエ
ネルギビームを照射走査して前記導電物質と接続された
付加配線を形成する付加配線形成手段とを有する接続配
線修正手段を備えたことを特徴とする半導体装置におけ
る配線修正装置である。

【００１１】なお、本発明における半導体装置には、超
ＬＳＩはもとより、超微細化、多層化された多層薄膜基
板、多層薄膜デバイスも含むものである。

【００１２】また本発明は、半導体装置内の切断しよう
とする配線の所望個所を位置決めし、該位置決めされた
配線の所望個所を少なくともエッチングガス雰囲気にし
て該配線の所望個所に集束されたイオンビームを照射走
査して集束イオンビーム・アシスト・エッチングにより
前記配線の上層の絶縁層に切断用の穴加工を施し、更に
集束されたイオンビームを照射走査してその下の配線を
切断する配線切断修正手段を備え、半導体装置上に付加
配線を施そうとする接続個所である配線の所望個所を位
置決めし、該位置決めされた配線の所望個所を少なくと
もエッチングガス雰囲気にして該配線の所望個所に集束
されたイオンビームを照射走査して集束イオンビーム・
アシスト・エッチングにより前記配線の上層の絶縁層に
接続用の穴加工を施して前記配線を露出する接続用の穴
加工手段と、該接続用の穴加工手段で配線が露出した接
続用の穴を位置決めし、該位置決めされた接続用の穴部
に金属薄膜形成用のＣＶＤガスを供給して、集束された
イオンビームを照射走査して接続用の穴の底に露出した
配線の表面との間で低抵抗化した接続をすべく前記露出
した配線の表面および前記接続用の穴の側壁とに金属薄
膜を析出させ、更に前記接続用の穴の側壁に析出された
金属薄膜に対して付加配線形成用のＣＶＤガスを供給し
て、集束されたレーザビームを照射走査して接続用の穴
の内部へ導電物質を析出させて前記側壁に析出された金
属薄膜と接続し、更に前記接続用の穴に接続された半導
体装置上の所望の経路に沿って付加配線形成用のＣＶＤ
ガスを供給して、集束されたレーザビームを照射走査し
て前記導電物質と接続された付加配線を形成する付加配
線形成手段とを有する接続配線修正手段を備えたことを
特徴とする半導体装置における配線修正装置である。

【００１３】また本発明は、プロセス室（メインチャン
バ）にはゲートバルブを介してイオン源やイオン光学系
を含む集束イオンビーム発生部を格納したイオン源室、
レーザ光透過窓を介してレーザ光集光及び観察用光学
系、配管を介して真空ポンプ、配管を介してレーザＣＶ
Ｄ用材料ガス格納容器、配管を介してエッチングガス格
納容器が接続され、プロセス室内には試料である半導体
装置を載置するためのステージ、集束イオンビーム照射
による電荷を中和する電子銃、集束イオンビーム照射領
域にエッチングガスおよび金属膜形成用ガスを供給する
ためのノズル、二次電子あるいは二次イオンを検出する
検出器のうち少なくとも一方を備え、集束イオンビーム
・アシスト・エッチングによる不要配線の切断および接
続穴の形成、レーザＣＶＤによる接続穴の埋め込みおよ
び接続配線の形成が一台の装置で実施できるように構成
したことを特徴とする配線修正装置である。また本発明
は、前記配線修正装置において、プロセス室にゲートバ
ルブを介してロードロック室が接続され、搬送機構によ
り該ロードロック室内に載置された半導体装置を上記プ
ロセス室に出し入れ自在に構成したことを特徴とする。
また本発明は、前記配線修正装置において、ロードロッ
ク室がロードロック室内に載置された半導体装置表面を
クリーニンするための、不活性ガス原子あるいは不活性
ガスイオンを発生、照射する機構を備えたことを特徴と
する。

【００１４】また本発明は、幅が約２μｍ以下の複数の
配線層を有し、且つ表面及び配線層間に絶縁膜を形成し
た半導体装置であって、前記絶縁膜を貫通してＡｌまた
はＭｏまたはＷの配線の表面を露出するように穴底の寸
法が□２μｍ以下で、深さが３．５μｍ以上の複数の接
続穴が形成され、該複数の接続穴の各々には前記配線の
表面及び穴の側壁には前記配線と低抵抗化して接続され
た金属薄膜が形成され、前記複数の接続穴の各々に形成
された金属薄膜の各々を絶縁膜上に形成された比抵抗が
２０μΩ・cm以下の金属配線で接続したことを特徴とす
る半導体装置である。また本発明は、前記半導体装置に
おいて、前記金属薄膜がＷ薄膜で形成したことを特徴と
する。

【００１５】また本発明は、半導体装置表面の絶縁膜へ
の穴（窓）あけを、単なるＦＩＢによるスパッタ加工で
はなく、エッチングガス雰囲気でのＦＩＢ加工（ＦＩＢ
アシストエッチングあるいはガスアシストＦＩＢ加工）
により、穴加工時間の短縮を図ると共に、半導体表面全
面への密着性向上のための膜形成を行わずにスパッタエ
ッチングで表面コンタミを除去することによる密着性の
確保と、ＦＩＢＣＶＤによる局所バリア膜の形成による
低抵抗接続の確保することを特徴とするものである。

【００１６】

【作用】液体金属イオン源等の高輝度イオン源からの高
輝度イオンビームを静電光学系を用いて数１０〜数１０
０μｍの開口を有するアパーチヤで微細に絞って最終的
に得られるφ０．１〜０．２μｍ程度の集束イオンビー
ムを用いて偏向電極で走査しながら加工しても、１箇所
当りスパッタ加工だけでは１００〜１５０ＰＡのビーム
電流で、例えば□２μｍ×深さ５μｍの場合、加工時間
は５〜１０分（平均で７分）を必要とし、６０箇所では
４２０分即ち、７時間必要となる。但し、搬送時間、位
置決め時間等は除いてある。これにレーザＣＶＤによる
穴埋め、配線形成、さらには配線抵抗を低減するための
レーザアニールに要する時間が加わる。穴埋めに０．５
分／穴、配線形成に１分／配線（配線長を平均１ｍｍ、
形成速度を１ｍｍ／分と仮定）レーザアニールに０．５
分／配線（アニール速度を配線形成速度の２倍と仮定）
として、５０分必要である。ただし、搬送、位置決め、
真空排気、ガス導入、スパッタエッチ、スパッタ成膜等
に要する時間は別途必要である。当然、修正規模が増大
すれば、その分だけ加工時間が増大する。

【００１７】集束イオンビームＣＶＤで接続穴全部を埋
め込む場合、レーザＣＶＤによる穴埋めに比べて長時間
を必要とする。例えば、□２μｍ、深さ５μｍの接続穴
を考えると、接続穴あたり５〜１０分を必要とし、レー
ザＣＶＤで埋め込む場合の１０倍もかかる。このこと
は、修正規模が拡大した場合、さらに加工時間が増大す
ることを意味する。

【００１８】また、半導体装置表面にレーザＣＶＤで形
成する配線の密着性を確保する為、および、ＬＳＩ配線
であるＡｌとの低抵抗接続を実現するためのバリア膜と
して機能する膜をスパッタ成膜、真空蒸着などで形成す
るが、Ａl配線の有無などに起因するＬＳＩ表面の無数
の段差部側壁に付着した膜は、スパッタエッチでは完全
には除去できない。このため、接続配線間あるいは入出
力端子間で電流のリークが発生し、デバイス特性を劣化
させたり、デバイスを不良にする。

【００１９】さらには、半導体装置をセラミックパッケ
ージなどに仮封止した状態で修正する場合などでは、Ｌ
ＳＩチップ端面やボンディングワイヤの下に付着した膜
はスパッタエッチでは除去できず、各入出力端子間が短
絡状態となって半導体装置は不良となってしまう。

【００２０】一方、高性能化、高速化をめざして半導体
装置の超微細化、高集積化が急速に進んでいる。例え
ば、大形電子計算機用の論理ＬＳＩにおいては、配線層
は１μｍ以下のライン、１μｍ以下のスペースで、配線
膜厚は０．５〜２μｍの４〜６層で構成され、層間絶縁
膜は膜厚０．５〜２μｍ、保護膜は膜厚１〜４μｍで形
成される。このように超微細化及び高集積化が進むに伴
い、半導体装置の開発が難しくなっており、開発期間の
長期化を招いている。このような状況において、ＬＳＩ
の設計・開発においてもカットアンドトライなる回路設
計技法が必要であることを示している。即ち、当初の目
的通りに動作しない超微細化、高集積化が進んだ半導体
装置、例えばチップ上で、不良である可能性のある部分
の配線を切断したり任意箇所に配線を布設したりして不
良部分を特定したり、不良部分に存在する配線を切断し
たり布線を施したりして不良部分を補修し、暫定的に完
全な動作が得られる半導体装置を製造すれば、特性評価
や設計変更が迅速に行なえ、これにより開発期間の大幅
な短縮化を図ることができる。

【００２１】しかし、上記の如く、超微細化・高集積化
が進んだ半導体装置においては、不良個所が急激に増大
し、即ち修正規模（修正個所）が急激に拡大することに
なり、その結果切断数や接続配線数が増加し、高精度の
位置決め技術が伴なわれた超微細で、深い切断用及び接
続用の穴加工と、大幅な穴加工時間短縮とが必要とされ
る。即ち、超微細化、高集積化が進んだ半導体装置にお
いては、２０個所程度以上の配線切断加工と２０個所程
度以上の配線接続加工（付加配線加工）とが必要とな
り、合計６０個所程度以上の高精度の位置決め技術が伴
なわれた超微細の穴加工が必要となる。例えば、大形電
子計算機用の論理ＬＳＩにおいては、位置決め精度とし
て０．５μｍ程度より高精度が要求され、該高精度の位
置決め技術が伴われたところの□（断面が矩形に近似し
た形、角部は丸みが帯びてもよい。

【００２２】）２μｍ程度（断面が円形近い形でも良い
ことは明らかである。）以下で、深さ３．５μｍ以上の
超微細の接続穴形成が必要となる。

【００２３】そこで、本発明は、このように超微細化・
多層化が進んだ半導体装置の修正を迅速、且つ高性能
で、高歩留まりで実現できるようにしたことにある。

【００２４】即ち、本発明は、エッチングガス雰囲気に
置かれた試料にＦＩＢを照射することにより、エッチン
グ速度を数倍〜数十倍に加速できる。例えば、半導体装
置表面のＳiＯ₂絶縁膜に接続穴を形成する場合、エッチ
ングガスとしてＸeＦ₂を使用すると、加工速度は約十倍
となる。上記□２μｍ、深さ５μｍの穴を考えると、前
後の処理を含めても、１〜２分で加工が完了し、高速化
を図ることができる。

【００２５】更に、密着性を低下させる原因である表面
のコンタミ（水分、有機物）を除去し、そのあと処理が
終了するまでコンタミとの接触を避けることにより、密
着性を確保することができる。更に、半導体装置内の例
えばＡl配線とレーザＣＶＤで形成した配線との間に高
抵抗合金を生成しないようにすることが必要である。そ
こで、ＦＩＢＣＶＤにより接続穴内部のＡl配線が露出
した部分に３００〜１０００ÅのＷ等の薄膜（バリア
層）を形成して、例えばＡl配線との間に少なくとも数
１０Å以上のＡｌとＷとの合金層（ＡｌとＭｏとの高抵
抗合金層に比べ著しく低抵抗である。）を形成すること
にある。そして接続穴の側壁には、５°〜７°の傾斜角
がついているので、上記穴底（Ａl配線が露出した部
分）に形成されたＷ等の薄膜につながった０．０５〜
０．２μｍ程度の厚さのＷ等の薄膜が形成される。これ
らにより、高速加工と密着性の確保と低抵抗接続を実現
することができ、超微細化・多層化が進んだ半導体装置
の修正に適用することが可能となった。

【００２６】

【実施例】本発明について、図に従い詳細に説明する。
図１及び図２は、本発明に係る半導体装置における配線
修正方法を実現するための修正工程の一実施例を示した
ものである。図３は、本発明に係る集束イオンビーム加
工装置の概略構成を示す斜視図である。

【００２７】半導体装置１は、例えば大形電子計算機用
の論理ＬＳＩを示したものであり、図１（ａ）に示すよ
うに、拡散層を含むＳi基板２上に絶縁膜３を介して、
約１μｍライン、約１μｍスペースで膜厚約０．５〜２
μｍで４〜６層の配線層４、５、６（アース層は広く形
成されている。）と膜厚約０．５〜２μｍの層間絶縁膜
７、８及び膜厚約１〜４μｍの保護膜９が形成されてい
る。配線層４、５、６は一般的にはＡl配線であり、配
線としての特性（耐エレクトロ・マイグレーション性な
ど）を向上させるために、ＳiあるいはＣuなどが添加さ
れている場合もあり、またそれらの配線の上面あるいは
下面あるいは両面にＷ、Ｔi、ＴiＮ、Ｍo、Ｐtなどの薄
膜が形成され、多層構造となっている場合もあるが、本
発明はこれらの条件によらず、適応可能である。また、
半導体装置１はウエハ、チップあるいはパッケージに仮
封止した状態の何れの形態でも実施しうる。但し、仮封
止状態では半導体装置表面が上向きで、封止キャップが
外されている必要がある。

【００２８】半導体装置１はまず必要に応じて、その表
面に付着している水分、有機物などのコンタミを除去す
るため、スパッタエッチなどの手法によるクリーニング
を行う。このクリーニングは後で述べるように、レーザ
ＣＶＤで穴埋め・配線形成を行う直前でも良い。

【００２９】半導体装置１上に形成された位置合わせ用
のマーク１２０を基準にしてＣＰＵ１３６に入力手段１
３１で入力された配線のＣＡＤデータ（設計値データ）
に基づいて接続穴を形成する個所１３、１４を、高精度
に集束イオンビームの光軸に位置合わせをし、更に０．
１〜０．２μｍに集束された集束イオンビーム１２を電
極コントローラ１３２により偏向電極１０６を制御して
走査照射して２次荷電粒子を２次荷電粒子検出器１０
８、１０９で検出して得られるＳＩＭ画像をＣＰＵ１３
６内に備えられた画像メモリに記憶し、それをディスプ
レイ等の表示手段１３７に表示させ、該表示されたＳＩ
Ｍ画像に基づいてマウス等の手段１３８で加工領域を設
定し、ＣＰＵ１３６からの加工領域設定の応答に基づい
て中央コントローラ１３０は、バルブコントローラ１４
０を制御してバルブ１１２を開いて図１（ｂ）に示すよ
うに、ＦＩＢＡＥ（集束イオンビームアシスト・エッチ
ング）加工装置内で、ＸeＦ₂のエッチングガス１１雰囲
気にし、前記設定された加工領域に対してＣＰＵ１３６
は電極コントローラ１３２により偏向電極１０６を制御
して、試料上で０．１〜０．２μｍに集束された集束イ
オンビーム１２を走査照射し、ＳｉＯ₂等で形成された
保護膜９および層間絶縁膜７、８（下層の配線層の場
合）に対してＸeＦ₂のエッチングガスによる化学反応を
誘起させてＦＩＢＡＥにより除去加工を促進させて底の
大きさが□１．５μｍ程度で傾斜角が５°〜７°で拡開
した穴で除去して、接続を必要とする配線層が露出する
ように接続穴１３、１４（接続穴１４の場合深さが３．
５μｍ以上となる。）が形成される。ここでは、目的の
配線層が露出した時点でエッチングガスの供給と集束イ
オンビームの照射を停止する。なお、目的の配線層が露
出した時点は、ＣＰＵ１３６が例えば半導体装置１から
発生する２次イオンの変化を２次イオン検出器１０９で
検出するか又は２次電子の変化を２次電子検出器１０８
で検出することによって検知することができ、中央コン
トローラ１３０を介してバルブコントローラ１４０によ
りバルブ１４１を閉じてエッチングガスの供給を停止
し、更に電極コントローラ１３２によりブランキング電
極１０５を作動させて集束イオンビーム１２の照射を停
止することができる。

【００３０】集束イオンビーム１２としては、Ｇa、Ａ
u、Ｉnなどの液体金属イオン源１０１から発生した高輝
度イオンビームが用いられる。これらの中で、Ｇaイオ
ンビームが高イオン電流密度、イオン電流の安定性など
の点で最も望ましいが、それに限定されることはない。
この他、不活性ガスをイオン種とするプラズマイオン源
でも、微細に集束でき、十分に高いイオン電流密度が得
られるならば、適用可能である。また、保護膜９および
層間絶縁膜７、８には、主にＳiＯ₂、ＳiＮなどが用い
られているため、エッチングガス１１としてはＸeＦ₂が
最も適しているが、必要に応じて種々選択が可能であ
る。即ち、除去すべき材料と反応して気体あるいは昇華
性の物質を生成し、且つ他の部分を腐食させたり、ダメ
ージを与えたりしない性質を有していれば良い。また上
記エッチングガス１１は、ノズル１１２より局所的に吹
き付けてもよいことは明らかである。

【００３１】同様に、半導体装置１上に形成された位置
合わせ用のマーク１２０を基準にしてＣＰＵ１３６に入
力手段１３１で入力された配線のＣＡＤデータ（設計値
データ）に基づいて配線を切断する個所１７を、高精度
に集束イオンビームの光軸に位置合わせをし、更に０．
１〜０．２μｍに集束された集束イオンビーム１２を電
極コントローラ１３２により偏向電極１０６を制御して
走査照射して２次荷電粒子を２次荷電粒子検出器１０
８、１０９で検出して得られるＳＩＭ画像をＣＰＵ１３
６内に備えられた画像メモリに記憶し、それをディスプ
レイ等の表示手段１３７に表示させ、該表示されたＳＩ
Ｍ画像に基づいてマウス等の手段１３８で加工領域を設
定し、ＣＰＵ１３６からの加工領域設定の応答に基づい
て中央コントローラ１３０は、バルブコントローラ１４
０を制御してバルブ１１２を開いて図１（ｃ）に示すよ
うに、切断を要する部分（配線を切断する個所）にＸe
Ｆ₂のエッチングガス１１雰囲気にし、前記設定された
加工領域に対してＣＰＵ１３６は電極コントローラ１３
２により偏向電極１０６を制御して、試料上で０．１〜
０．２μｍに集束された集束イオンビーム１２を走査照
射し、ＳｉＯ₂等で形成された保護膜９および層間絶縁
膜７、８（下層の配線層の場合）に対してＸeＦ₂のエッ
チングガスによる化学反応を誘起させてＦＩＢＡＥによ
り除去加工を促進させて１．５μｍ（１μｍの配線幅よ
り僅か大きい）×１．５μｍ程度で傾斜角が５°〜７°
で拡開した穴で部分的に除去して切断すべき配線層を露
出させ、さらに露出した配線層に試料上で０．１〜０．
２μｍに集束された集束イオンビーム１２を走査照射し
て切断部１７を形成する。通常、集束イオンビーム１２
のよるＡl配線の除去は絶縁膜の加工に較べて高速であ
るので、エッチングガスは使用せず、集束イオンビーム
１２によるスパッタ加工のみで行っても良い。

【００３２】なお、配線の切断と接続穴の形成は、どち
らを先に行っても良く、ランダムに行っても良い。ま
た、必要に応じてＡlのエッチングガスを使用しても良
い。但し、Ａlのエッチングガスを使用する場合は、配
線用のエッチングガスが接続のために露出した配線表面
に接触するのを防ぐため、切断を接続穴形成の前に行う
方が良い。

【００３３】必要な配線の切断と接続穴の形成を全て終
えた後、中央コントローラ１３０からの指令でバルブコ
ントローラ１４０によりバルブ１４４を作動させて真空
ポンプ１４７により排気系１４３を介して半導体装置１
の雰囲気（チャンバ１１１内）を十分に排気する。

【００３４】その後、真空中において、中央コントロー
ラ１３０からの指令でＣＰＵ１３６を作動させて接続穴
１３、１４を前記と同様に位置決めしてアパーチヤ１１
６を切り替えて０．５〜１μｍ程度に集束させた集束イ
オンビームを走査照射して集束イオンビームの照射領域
を設定し、前記接続穴１３、１４の内部に前記０．５〜
１μｍ程度に集束させた集束イオンビームを照射し、露
出している配線の表面を短時間だけ加工し、配線表面に
吸着しているエッチングガスあるいは反応生成物を除去
する。この場合、０．１〜０．２μｍに集束された集束
イオンビーム１２を用いて走査照射しても良いことは明
らかである。

【００３５】そして、中央コントローラ１３０からの指
令でバルブコントローラ１４０を介してバルブ１４２を
開いてＷ（ＣＯ）₆ガス等の金属膜形成用ガスをノズル
１１３から供給して、図２（ａ）に示すように、Ｗ（Ｃ
Ｏ）₆ガス等の金属膜形成用ガスの雰囲気にし、前記と
同様に位置決めして設定された０．１〜０．２μｍに集
束された集束イオンビームの走査照射領域（少なくとも
接続穴１３、１４の内壁および露出した配線層：接続穴
の入り口寸法よりも１〜５μｍ広い領域）に０．１〜
０．２μｍに集束された集束イオンビーム１２を走査照
射し、Ｗ等の金属薄膜２１、２２を形成する。金属膜と
しては特に、Ａlと接続配線の接触界面で高抵抗合金の
生成を防ぐバリアとして機能する材料が選ばれる。Ｃ
r、Ｔi、ＴiＮ、Ｗなどがバリアとしての機能を有して
おり、ここではＦＩＢＣＶＤ（集束イオンビームによる
ＣＶＤ）の材料ガスとして一般的に使用されているＷ
(ＣＯ)₆（タングステン・ヘキサカルボニル）を使用す
る。また、このＷ等の金属薄膜２１、２２の厚さは、Ａ
l配線とレーザＣＶＤで形成する接続配線の接続界面で
高抵抗合金が形成されるのを防ぐためのバリアとして機
能すれば良く、接続穴の底部において１００〜３００オ
ングストロームの厚さで十分である。そして、接続穴１
３、１４の底部においては、Ｗ(ＣＯ)₆の場合Ｗの薄膜
が形成されると共にＡｌ配線との接触界面に少なくとも
数１０Å以上の厚さのＡｌとＷの合金が形成され、例え
ば、Ｍｏ(ＣＯ)₆を使用してＡｌとＭｏとの合金を形成
する場合に比べると著しく低抵抗化されたＡｌ配線との
接続が可能となる。一方接続穴１３、１４の側壁には、
５°〜７°の傾斜角が付いているので、該傾斜角効果に
よって底部の約５〜７倍の０．０５〜０．２μｍ程度の
厚さのＷ等の金属薄膜が形成され、Ａｌ配線との接触界
面に形成されたＡｌとＷの合金によりＡｌ配線とＷ薄膜
とは低抵抗にて確実に接続することが可能となる。この
ことについて、実験により確認できた。

【００３６】次に、半導体装置１を図４に示すレーザＣ
ＶＤ装置に移す。ここで、図には示さないが、半導体装
置１の表面を、スパッタエッチ室２０６に設けられたス
パッタエッチなどの手段２１３、２１４により、短時間
のエッチングを行い、表面に吸着しているエッチングガ
スや成膜用のガスを除去することが望ましい。このスパ
ッタエッチは、ＳiＯ₂膜に換算して１００〜３００オン
グストロームの厚さをエッチングする条件で行われる。
レーザＣＶＤ装置内にスパッタエッチなどを行う手段が
付属していない場合には、別置きのエッチング装置で処
理しても良い。

【００３７】図４に示すレーザＣＶＤ装置内のステージ
２１５上に半導体装置１を固定し、ＴＶカメラ２２２及
びモニタ（ディスプレイで構成された表示手段）２２３
により前記半導体装置１の表面を観察してＣＰＵ２０９
は、ステージ２１５を制御して接続穴１３、１４の中心
がレーザビーム光軸に一致するように位置決めし、その
位置におけるステージ２１５の位置座標を読み取り、該
読み取ったステージ２１５の位置座標とＣＡＤデータ入
力手段２４０で入力された半導体装置１の表面状態や付
加配線の目標抵抗値（所望の抵抗値）に基づいて付加配
線の経路を算出し、ＣＰＵ２０９からの駆動指令により
ステージ２１５を位置決めし、レーザＣＶＤ室２０７内
を十分に真空ポンプ２３２により真空排気した後、バル
ブコントローラ２４１によりバルブ２３４を制御してＭ
ｏ（ＣＯ）₆等の配線形成用のＣＶＤ材料ガス２５をボ
ンベ２３５から供給し、レーザ発振器２２０からレーザ
光を出力して半導体装置１に形成された接続穴１３、１
４内部に集光したレーザ光２６を照射して、レーザＣＶ
Ｄにより図２（ｂ）に示すように接続穴１３、１４内部
に析出されたＷ等の金属薄膜２１、２２の上にＭｏ等の
金属２７、２８を析出させて埋め込む。

【００３８】その後、ＣＰＵ２０９の駆動指令に基づい
て、ステージ２１５を移動制御して半導体装置１におけ
る接続すべき接続穴１３と接続穴１４との間をＭｏ（Ｃ
Ｏ）₆等の付加配線形成用のＣＶＤ材料ガス２５をボン
ベ２３５から供給してＭｏ（ＣＯ）₆等の付加配線形成
用のＣＶＤ材料ガス２５の雰囲気にして、レーザ発振器
２２０から出力したレーザ光２６を走査することでレー
ザＣＶＤにより付加配線３０を形成する。

【００３９】レーザＣＶＤの材料ガスとしてＭo(ＣＯ)₆
を選択した場合、Ｍo配線が形成される。必要な配線を
全て形成した後、付加配線形成用のＣＶＤ材料ガス２５
を十分に排気する。ここで、付加配線形成用のＣＶＤ材
料ガスとしてはレーザ照射による光分解あるいは熱分解
で金属を析出できるものが選択される。例えば、Ｍo(Ｃ
Ｏ)₆、Ｗ(ＣＯ)₆、Ｎi(ＣＯ)₄などの金属カルボニル、
Ａl(ＣＨ₃)₃、Ｃd(Ｃ₂Ｈ₅)₂などのアルキル金属などが
使用可能であるが、取扱いの容易さ、安全性、成膜の高
速性、配線としての安定性、低抵抗性などからＭo(Ｃ
Ｏ)₆が適している。この場合、析出する金属はＭo膜で
ある。また、レーザ発振器２２０として、出力の安定
性、微細に集光可能な波長などから、連続発振Ａrレー
ザ発振器を選択する。ただし、ＹＡＧレーザ光の基本波
あるいはその高調波の連続光あるいはパルス光を使用す
ることもできる。当然、連続発振光をＡＯモジュレータ
などの手段でパルス化して使用しても良い。

【００４０】ここで、低抵抗配線が必要な場合には、形
成したＭo配線上に再度、Ａrレーザ光を配線形成に使用
したよりも高いパワー密度、通常は配線形成に使用した
パワー密度の２倍のパワー密度で照射することにより、
Ｍo配線中に含まれていた不純物（酸素、炭素）を除去
することができ、即ちアニールすることにより配線の比
抵抗を１０〜２０μΩ・ｃｍと大幅に低減することが可
能である。それらの処理が終了した後、必要に応じて配
線修正の終了した半導体装置の表面を、スパッタエッチ
ングにより短時間だけエッチングを行い、半導体装置表
面に付着している材料ガスあるいは反応生成物を除去す
る。スパッタエッチイングは不活性ガス、例えばＡｒガ
スプラズマから引き出されたＡｒイオンが適している
が、これ以外の手法を用いても良い。これらの処理が終
った後、半導体装置１をレーザＣＶＤ装置から取りだし
て、全プロセスが完了する。

【００４１】次に本発明の配線修正方法を実施するのに
好適な装置を図に従って説明しながら、本発明の配線修
正方法の詳細を述べる。

【００４２】図３は、半導体装置１の修正を要する部分
の配線切断および接続穴を形成するためのＦＩＢＡＥ
（集束イオンビームアシストエッチング）加工装置の構
成を示す図である。この装置は、Ｇaなどのイオンを発
生する液体金属イオン源１０１、イオン源１０１からイ
オンビーム１０２を引出すための引出し電極１０３、イ
オンビーム１０２を集束するための２段の静電レンズ１
０４、イオンビビーム径を絞るための切り替え可能なア
パーチヤ１１６（該アパーチヤ１１６の開口径によって
試料上に集束される集束イオンビーム径は大きく変わ
る。微細加工のとき、試料上に約０．１〜０．２μｍの
ビーム径に集束させ、粗加工のとき、約０．５〜１μｍ
のビーム径に集束させる。開口径を多数、又は自由自在
に可変にすれば、様々なビーム径を得ることができ
る。）、ブランキング電極１０５、該ブランキング電極
１０５でブランキングさせるアパーチヤ１１７及び集束
されたイオンビーム１０２をＸＹに走査するための偏向
電極１０６から構成されており、半導体装置１がイオン
ビーム１０２により帯電するのを防ぐための電子シャワ
ー１０７、イオンビーム１０２の照射で発生する二次電
子を検出するための二次電子検出器１０８、イオンビー
ム１０２によりスパッタされた二次イオンを検出するた
めの二次イオン検出器１０９及び半導体装置１を載置す
るためのステージ１１０などをチャンバ１１１内に収納
している。さらに、イオンビーム１０２の照射位置にＸ
ｅＦ₂等のエッチングガスを供給するためのノズル１１
２とＷ（ＣＯ）₆等の金属薄膜形成用ガスを供給するノ
ズル１１３が付加されている。尚、ＸｅＦ₂等のエッチ
ングガスをノズル１１２へ供給するためのボンベ１４６
及びバルブ１４１があり、Ｗ（ＣＯ）₆等の金属薄膜形
成用ガスをノズル１１３へ供給するためのボンベ１４５
及びバルブ１４２がある。

【００４３】また、イオンビーム１０２の走査と同期を
とって二次電子検出器１０８あるいは二次イオン検出器
１０９からの信号を表示するモニタ１３７が設置されて
いる。イオン光学系と処理部の間には、プロセスガスで
イオン光学系が汚染されるのを防ぐため、開閉自在で開
状態でイオンビーム１０２が通過できるゲートバルブ１
１５が設置されている。また、図には示していないが、
チャンバ１１１内を真空排気するためのドライポンプ、
ターボ分子ポンプおよびプロセスガスを無害化するため
の除害装置が接続されており、プロセスガスを供給しな
い状態では、１×１０~⁶Ｐa以下の真空度に保たれる構
成となっている。

【００４４】そして、１３４は電源であり、液体金属イ
オン源１０１に接続され、例えばイオンビームの加速電
圧（液体金属イオン源１０１と試料との間に印加される
加速電圧：２０〜５０ｋＶ）を提供するものである。１
３５は、電源１３４から供給された電源に基づいて制御
電圧を出力するコントロール電源であり、引出し電極１
０３に供給する電圧、即ち液体金属イオン源１０１から
出力されるイオン電流（試料上におけるイオン電流（加
工に用いられるイオン電流）は、引出し電極１０３から
出力されるイオン電流で決まるものではなく、その下に
はアパーチヤ１１６、１１７が存在するため、次の通り
になる。即ち、試料上におけるイオン電流：１００〜３
００ｐＡ（集束イオンビーム径：０．１〜０．２μ
ｍ），２０００〜５０００ｐＡ（集束イオンビーム径：
０．５〜１μｍ））を最適値に制御し、集束させるため
の静電レンズ１０４に供給する電圧を制御するものであ
る。１３２は、電源１３４から供給された電源に基づい
て制御電圧を出力するコントロール電源で、ＣＰＵ１３
６の演算結果に基づいて出力される中央コントローラ１
３０からの制御指令信号に基づいて偏向電極１０６によ
る集束イオンビームのＸ軸及びＹ軸方向の偏向量（走査
変位量）を制御し、ブランキング電極１０５のＯＮ，Ｏ
ＦＦを制御するものである。ＣＰＵ１３６は、ＣＡＤデ
ータ入力手段１３１を備え、マウス１３８およびキーボ
ード１３９の入力手段を接続し、二次電子検出器１０８
で検出される二次電子信号と二次イオン検出器１０９で
検出される二次イオン信号を入力し、コントロール電源
１３２から偏向電極１０６に印加する偏向制御電圧信号
及びブランキング電極１０５に印加するブランキング信
号を入力し、更にステージ１１０の基準位置からのＸ軸
及びＹ軸方向の変位量を入力し、偏向量に基づく二次電
子信号の像（二次電子像）または偏向量に基づく二次イ
オン信号の像（二次イオン像）およびＣＡＤデータ入力
手段１３１で入力されたＣＡＤデータに基づく画像を作
成し、作成された画像並びにマウス１３８で指定された
領域データ及びキーボード１３９で入力されたデータを
一時格納する画像メモリを内蔵し、該画像メモリに格納
された画像またはデータをモニタ１３７に表示できるよ
うに構成している。そして、ＣＰＵ１３６は、半導体装
置１においてＣＡＤデータに対する実際製造された際の
各配線層ごとの位置ずれ量を予めレーザ顕微鏡等で測定
して入力するよう構成している。従って、ＣＰＵ１３６
は、ＣＡＤデータ入力手段１３１で入力されたＣＡＤデ
ータに対して各配線層毎に位置ずれ量を補正し、該補正
された各配線層毎のＣＡＤデータに基づく画像を作成
し、画像メモリに記憶させて、モニタ１３７に表示する
ことができる。一方中央コントローラ１３０からの指令
により、ＣＰＵ１３６は、コントロール電源１３２から
ブランキング電極１０５に印加するブランキング信号を
ＯＦＦさせ（集束イオンビームを照射させ）、コントロ
ール電源１３２から偏向電極１０６に印加する偏向制御
電圧信号を制御して半導体装置１上に集束されたイオン
ビームを走査照射して半導体装置１の表面から発生する
二次電子または二次イオンを二次電子検出器１０８また
は二次イオン検出器１０９で検出して画像メモリに二次
電子像または二次イオン像を記憶させて、モニタ１３７
に表示することができる。これらモニタ１３７に表示さ
れた２つの画像に基づいて、集束されたイオンビームを
走査照射して半導体装置１に対して加工を施す領域（配
線を切断する個所及び接続穴を施す個所等）をマウス１
３８等の入力手段で設定する。中央コントローラ１３０
は、前記設定された領域の座標をＣＰＵ１３６から得
て、ステージ１１０又は／及びコントロール電源１３２
から偏向電極１０６に印加する偏向制御電圧信号を制御
することにより、半導体装置１に対して加工を施す領域
（配線を切断する個所及び接続穴を施す個所等）のみに
集束されたイオンビームを走査照射して加工を施すこと
ができる。

【００４５】このＦＩＢＡＥ加工装置内のステージ１１
０上に半導体装置１を搭載した後、中央コントローラ１
３０からの指令に基づいて、半導体装置１上のターゲッ
トマーク１２０あるいは半導体装置１内の特定の点など
の基準点に集束オンビームを走査照射し、ＣＰＵ１３６
はそこからの二次電子像又は二次イオン像による表面観
察を行って検出し、ＣＡＤデータ入力手段１３１で入力
されたＣＡＤデータと対応させることにより、中央コン
トローラ１３０からの駆動指令に基づいてステージ１１
０を移動させて半導体装置１に対してＸ軸方向、Ｙ軸方
向およびθ回転方向のアライイメントを行う。その後、
ＣＰＵ１３６から得られるＣＡＤデータ入力手段１３１
で入力されたＣＡＤデータに含まれる修正を行うための
レイアウトデータ又はキーボード１３９等の入力手段で
入力された修正を行うためのレイアウトデータに従い、
中央コントローラ１３０はステージ１１０を駆動して、
切断あるいは接続すべき位置（切断箇所あるいは接続穴
位置）を集束イオンビーム１０２の光軸の位置に移動す
る。そして、中央コントローラ１３０からの指令によ
り、ＣＰＵ１３６は、コントロール電源１３２から偏向
電極１０６に印加する偏向制御電圧信号を制御して半導
体装置１上に集束されたイオンビームを走査照射して半
導体装置１の表面から発生する二次電子または二次イオ
ンを二次電子検出器１０８または二次イオン検出器１０
９で検出して画像メモリに二次電子像または二次イオン
像を記憶させて、モニタ１３７に表示する。そしてモニ
タ１３７に表示されたＳＩＭ画像とＣＡＤデータに基づ
く画像とに基づいて、集束されたイオンビームを走査照
射して半導体装置１に対して加工を施す領域（配線を切
断する個所及び接続穴を施す個所等）をマウス１３８等
の入力手段で設定する。中央コントローラ１３０は、前
記設定された領域の座標をＣＰＵ１３６から得て、ステ
ージ１１０又は／及びコントロール電源１３２から偏向
電極１０６に印加する偏向制御電圧信号を制御すること
により、半導体装置１に対して加工を施す領域（配線を
切断する個所及び接続穴を施す個所等）のみに集束され
たイオンビームを走査照射して加工を施すことができ
る。

【００４６】半導体装置１は、各配線層を形成する際
（投影露光する際）に、チップ周辺に位置合わせ用のマ
ーク（アライメントマーク）１２０を作り込む。このと
きに作り込まれた位置合わせマークの座標は、レチクル
のパターンから既知であるから、例えば、最上層の位置
合わせ用マークを基準として各層の位置合わせ用マーク
の相対的位置ずれ量を、予めレーザ顕微鏡等の光学手段
で検出することにより、各配線層の設計値からの実際に
製造された位置ずれ量を算出することができる。ここ
で、ＣＰＵ１３６は、レーザ顕微鏡等の光学手段で検出
された位置ずれ量分だけ設計データ（ＣＡＤデータ）を
補正することにより、レチクルの合わせずれをキャンセ
ルして半導体装置１において、各配線層の正確な加工位
置を算出することができる。なお、最上層の位置合わせ
マーク１２０については、保護膜で覆われても、最上層
の位置合わせマーク１２０の凹凸が保護膜の表面に忠実
に現れるので、窓開けすることなく、二次電子像または
二次イオン像として検出することができる。

【００４７】まず、接続穴１３、１４の形成を行う。対
象とする半導体装置１が、例えば大形電子計算機用の論
理ＬＳＩの場合、配線層は約１μｍ以下のライン、約１
μｍ以下のスペースで、配線膜厚は０．５〜２μｍの４
〜６層構成、層間絶縁膜は膜厚０．５〜２μｍ、保護膜
は膜厚１〜４μｍである。図１及び図２では３層構造を
例に説明したが、３層配線の最下層に接続するために
は、穴底において□１〜１．５μｍ、深さが３．５μｍ
以上（５〜６μｍ）の傾斜角５°〜７°程度で拡開した
接続穴１３、１４を形成する必要がある。

【００４８】前記の如く半導体装置１における接続穴１
３、１４を形成する個所を、集束イオンビームの光軸に
位置決めをした後、接続穴１３、１４を形成する領域座
標をＣＰＵ１３６に対して設定し、中央コントローラ１
３０からの指令でバルブコントローラ１４０によりバル
ブ１１２を開いてエッチングガスとしてＸeＦ₂をノズル
１１２から供給しながら（ＸｅＦ₂流量：約０．１〜
０．４ＳＣＣＭ）、中央コントローラ１３０からコント
ロール電源１３２を制御してブランキング電極１０５を
ＯＦＦしてＣＰＵ１３６から送信された設定領域座標に
基づいて中央コントローラ１３０からコントロール電源
１３２を制御して偏向電極１０６の偏向量（走査変位
量）を制御して半導体装置１上で０．１〜０．２μｍ程
度に集束した集束イオンビーム１０２（加速電圧：２０
〜５０ｋＶ，イオン電流：１００〜３００ｐＡ）を走査
照射し、保護膜９および層間絶縁膜７、８を局部的（部
分的）にスパッタ加工（加工速度：約１〜２μｍ³／ｎ
Ｃ（イオン電流：約２００〜３００ｐＡ）を施して約１
μｍ幅の配線に適応した穴底において□１．５〜２μ
ｍ、深さが３．５μｍ以上（５〜６μｍ）の傾斜角５°
〜７°で拡開した接続穴１３、１４を形成する。この
時、接続穴部から発生する二次電子の強度変化を二次電
子検出器１０８で、あるいは二次イオンのイオン電流強
度を二次イオン検出器１０９で検出した信号をＣＰＵ１
３６が受信し、画像メモリに記憶すると共にモニタ１１
４上に表示して観察する。集束イオンビーム照射により
発生する二次電子の強度変化（ＡlはＳiＯ₂より二次電
子放出率が高い）、あるいは二次イオンの強度変化、あ
るいは二次イオンとしてＡlイオンを検出した時点で、
Ａl配線が露出した接続穴加工終点として判断する。こ
の判断を画像メモリに記憶された内容（二次電子あるい
は二次イオンの強度変化）に基づいて自動的にＣＰＵ１
３６に行なわせても良く、またモニタ１１４上に表示さ
れた二次電子あるいは二次イオンの強度変化に基づいて
作業者が判断してキーボード１３９等の入力手段で接続
穴加工終点信号を入力するようにしても良い。尚、図に
は示していないが、イオンビーム励起発光を検出し、そ
の波長から接続穴加工している物質を特定することによ
り、接続穴加工の終点を判断することもできる。また、
予めエッチング速度を求めておき、エッチング時間をＣ
ＰＵ１３６が管理することで概ね絶縁膜を除去し、ＣＰ
Ｕ１３６からの信号に基づいて中央コントローラ１３０
がバルブコントローラ１４０を制御してバルブ１４１を
閉じてノズル１１２からのエッチングガスの供給を停止
した後、集束イオンビームのみによるスパッタ加工でＡ
l配線を完全に露出させ、その時点を接続穴加工終点と
しても良い。

【００４９】ＣＰＵ１３６は接続穴加工の終点を検出
後、ＣＰＵ１３６からの接続穴加工の終点信号に基づい
て中央コントローラ１３０がバルブコントローラ１４０
を制御してバルブ１４１を閉じてノズル１１２からのエ
ッチングガスの供給を停止し、０．１〜０．２μｍに集
束したイオンビーム１０２を走査照射によるスパッタ加
工のみで、配線膜厚の１０〜２０％を除去する。これは
Ａl配線の露出を確実にするためと、エッチングガスと
Ａl配線あるいはＳiＯ₂絶縁膜との反応生成物を除去す
るためである。この方法による接続穴（穴底において□
１〜１．５μｍ、深さが５〜６μｍ）を形成するの要す
る加工時間は接続穴１箇所当り、１分程度である。

【００５０】同様に、前記の如く、約１μｍ幅の配線を
切断する個所１７を集束イオンビームの光軸に位置決め
をした後、配線を切断する個所１７の領域座標をＣＰＵ
１３６に対して設定し、中央コントローラ１３０からの
指令でバルブコントローラ１４０によりバルブ１４１を
開いてエッチングガスとしてＸeＦ₂をノズル１１２から
供給しながら（ＸｅＦ₂流量：約０．１〜０．４ＳＣＣ
Ｍ）、中央コントローラ１３０からコントロール電源１
３２を制御してブランキング電極１０５をＯＦＦしてＣ
ＰＵ１３６から送信された設定領域座標に基づいて中央
コントローラ１３０からコントロール電源１３２を制御
して偏向電極１０６の偏向量（走査変位量）を制御して
半導体装置１上で０．１〜０．２μｍ程度に集束した集
束イオンビーム１０２（加速電圧：２０〜５０ｋＶ，イ
オン電流：１００〜３００ｐＡ）を走査照射し、保護膜
９および必要に応じて層間絶縁膜７、８を局部的（部分
的）にスパッタ加工（加工速度：約１〜２μｍ³／ｎＣ
（イオン電流：約２００〜３００ｐＡ）を施して約１μ
ｍ幅の配線に適応した１．５μｍ×１．５μｍ、深さが
３．５μｍ以上（５〜６μｍ）の穴を形成した後、ＣＰ
Ｕ１３６からの信号に基づいて中央コントローラ１３０
がバルブコントローラ１４０を制御してバルブ１４１を
閉じてノズル１１２からのエッチングガスの供給を停止
し、０．１〜０．２μｍに集束したイオンビーム１０２
を走査照射によるスパッタ加工を継続させてＡl配線を
切断除去する。この時、エッチングガスの供給は停止し
ても良いし、Ａl用のエッチングガスの供給ノズルをさ
らに追加して設置し、必要に応じてＡl用のエッチング
ガスを供給しても良い。エッチングガスの供給停止ある
いは切断加工終点の検出は、接続穴形成時と同様に、二
次電子検出器１０８あるいは二次イオン検出器１０９あ
るいは図示していないイオンビーム励起光検出器により
行うことができる。尚、配線切断加工に要する時間は接
続穴の形成とほぼ同じ１分程度である。

【００５１】上記の如く、半導体装置１の修正に必要な
配線切断と接続穴の形成を行った後、中央コントローラ
１３０は、チャンバ１１１内のエッチングガスを十分に
排気するようにバルブコントローラ１４０を通して排気
系を制御管理する。その後、中央コントローラ１３０
は、ＣＰＵ１３６からの半導体装置１に形成した接続穴
の位置座標データに基づいてステージ１１０を移動して
位置決めし、次に中央コントローラ１３０からの指令で
バルブコントローラ１４０によりバルブ１４２を開いて
金属薄膜形成用の材料ガスであるＷ(ＣＯ)₆ガスをノズ
ル１１３から供給しながら（Ｗ(ＣＯ)₆流量：約０．５
〜２．０ＳＣＣＭ）、中央コントローラ１３０からコン
トロール電源１３２を制御してブランキング電極１０５
をＯＦＦしてＣＰＵ１３６から送信された設定領域座標
（接続穴の入り口寸法よりも１〜５μｍ広い領域）に基
づいて中央コントローラ１３０からコントロール電源１
３２を制御して偏向電極１０６の偏向量（走査変位量）
を制御して半導体装置１上で０．１〜０．２μｍ程度に
集束した集束イオンビーム１０２（加速電圧：２０〜５
０ｋＶ，イオン電流：１００〜３００ｐＡ）を、接続穴
の入り口寸法よりも１〜５μｍ広い領域に走査照射し、
接続穴の底部において露出したＡl配線表面に１００〜
３００オングストロームの厚さのＷ薄膜（Ａl配線との
界面にはＷＡｌ₁ ₂の合金が形成され、ＭｏＡｌ₁₂の合金
に比較して低抵抗化された確実なＡl配線との接続が可
能となった。）を形成すると共に、接続穴の側壁は５°
〜７°の傾斜角が付いているため、この傾斜角効果によ
り底部よりは約５〜７倍の厚さ（０．０５〜０．２μｍ
程度）のＷ薄膜が形成される。上記の如く、接続穴の底
部における膜厚は３００〜５００オングストロームで
も、必要な接続機能を十分達成することができるという
ことが確認できた。それは、接続穴の側壁においては、
０．０５〜０．２μｍ程度の厚さのＷ薄膜が析出される
からである。

【００５２】特にイオンビームの場合は、０．１〜０．
２μｍ程度に集束できるため、接続穴の寸法が、半導体
装置１の超微細化、多層化に対応して穴底において□１
〜１．５μｍ、深さが３．５μｍ以上の傾斜角５°〜７
°程度で拡開したものになっても、高信頼度でもってＡ
ｌ配線との間において、低抵抗化した接続が可能となっ
た。

【００５３】接続穴の底部の寸法が、□２μｍの接続穴
の場合で、材料ガスの供給量、イオンビーム電流にもよ
るが、一箇所当り通常１０〜６０秒の照射で終了させる
ことができる。但し、修正箇所が少ない場合や時間に余
裕がある場合には、接続穴をＷで埋め込んでも良い。こ
の場合、この後の工程であるレーザＣＶＤによる穴埋め
は不要になる。

【００５４】上記接続穴において、レーザＣＶＤだけで
穴埋めしてＡｌ配線と接続をとろうとしても、レーザ光
の場合、集束できる限界は約２μｍで、上記接続穴に適
用することは困難であることは明らかである。

【００５５】尚、これまでの説明で、接続穴の形成と接
続穴内部への金属薄膜の形成を別工程として実施してき
たが、各接続穴に対して接続穴の形成と金属膜の形成を
連続して行っても良い。ただし、エッチングガスと成膜
用材料ガスの相互汚染に対して、ガスを切り換えるとき
に排気を十分に行うなど、注意を払う必要がある。

【００５６】全ての接続穴にＷ等の金属薄膜を形成した
後、チャンバ１１１内部を十分に真空排気し、半導体装
置１を取り出す。これらの工程に要する時間は、切断２
０箇所（平均１箇所１分）、接続２０箇所（平均１接続
穴形成１分、金属膜形成０．５分）で８０分である。こ
れだけでも、従来技術の４２０分に対して１／５以下に
短縮できる。但し、搬送時間、位置決め等に要する時間
は除いてある。

【００５７】次に、半導体装置１を図４に示すレーザ光
ＣＶＤ装置で処理する。レーザＣＶＤ装置は、搬送室
（チャンバ）２０１を中心に、ゲートバルブ２０２、２
０３、２０４を介してロードロック室（チャンバ）２０
５、スパッタエッチ室（チャンバ）２０６、レーザＣＶ
Ｄ室（チャンバ）２０７が接続された４室構成である。
ロードロック室２０５内には試料ホルダ２１０を受ける
ための試料台２１１が設置されている。搬送室２０１内
には半導体装置１を固定した試料ホルダ２１０を他の各
室に受け渡すための伸縮、回転自在に構成された搬送ア
ーム２１２が設置されている。スパッタエッチ室２０６
内には上部電極２１３、下部電極２１４が設置され、図
には示していないがＡｒガスを供給するためのＡrガス
ボンベ、配管、バルブなどが、また上部電極２１３に高
周波電力を供給するための高周波電源が接続されてい
る。また、レーザＣＶＤ室２０７内には半導体装置１を
固定した試料ホルダ２１０を載置し、Ｘ、Ｙ、Ｚ（必要
に応じて回転θ方向にも）に移動可能なステージ２１５
が、上蓋にはレーザ光を透過するための石英窓２１６
が、上部にはレーザ発振器２２０から発振されたレーザ
光２２１の集光と観察を行うための光学系２１８が設置
され、ＴＶカメラ２２２とモニタ２２３により半導体装
置１の表面が観察できる。また、各室は独立に、あるい
は数室まとめて配管２３０、バルブ２３１を介して真空
ポンプ２３２（通常はドライポンプとターボ分子ポンプ
の組合せ）で真空排気できる構成となっており、レーザ
ＣＶＤ室２０７には配管２３３、バルブ２３４を介して
ＣＶＤ材料ガスボンベ２３５からＭo（ＣＯ）₆等のＣＶ
Ｄ材料ガスを供給できる構成になっている。ＣＰＵ２０
９は、ＴＶカメラ２２２からの画像信号を取り込んで、
画像メモリに記憶させると共にモニタ２２３へ表示した
り、ステージ２１５からのＸ軸方向、Ｙ軸方向及びθ回
転方向の変位量信号を受信してステージ２１５の位置座
標を演算したりするもので、図３に示すＦＩＢＡＥ加工
装置のＣＰＵ１３６で演算された接続穴の位置座標デー
タ又はＣＡＤデータを入力する入力手段２４０と、モニ
タ２２３に表示された半導体装置１に関する画像に対し
て指示するマウスやキーボード等の入力手段を備えてい
る。コントローラ２４２は、ＣＰＵ２０９で決定された
信号に基づいて、光学系２１８内に設置されたシャッタ
のＯＮ，ＯＦＦを制御したり、バルブコントローラ２４
１を介してバルブ２３１、２３４、２３１’の開閉を制
御したり、またステージ２１５をＸ軸方向、Ｙ軸方向及
びθ回転方向に移動制御したりし、その他装置全体を駆
動制御するものである。

【００５８】図３に示すＦＩＢＡＥ加工装置で必要な配
線切断と接続穴の形成が終了した半導体装置１は試料ホ
ルダ２１０に取付けられ、ロードロック室２０５の扉
（図示せず）を開いて試料台２１１上に載置される。ロ
ードロック室２０５の扉（図示せず）を閉じ、真空ポン
プ（図示せず）あるいはゲートバルブ２０２をあけるこ
とにより、ロードロック室２０５内を真空排気する。一
定の真空度、例えば１×１０~⁴Ｐa 以下になった時点
で、ゲートバルブ２０２を開き、搬送室２０１内の搬送
アーム２１２を回転・伸長させて、ロードロック室２０
５内の試料台２１１上に載置してある試料ホルダ２１０
をつかみ、保持したまま搬送アーム２１２を縮退後、ゲ
ートバルブ２０２を閉じる。ついで、ゲートバルブ２０
３を開き、搬送アーム２１２を回転・伸長させて試料ホ
ルダ２１０をスパッタエッチ室２０６内の下部電極２１
４上に載置し、搬送アーム２１２を搬送室２０１内に戻
して、ゲートバルブ２０３を閉じる。

【００５９】スパッタエッチ室２０６内の真空度をチェ
ックし、例えば１×１０~⁵Ｐa 以下であればＡrガスの
供給を開始し、圧力１Ｐa程度の定常状態に達したら上
部電極２１３に高周波電力を印加し、上下電極間にＡr
プラズマを発生させる。この時、下部電極２１４をアー
スレベルとすることにより、Ａr イオンが試料ホルダ２
１０上に固定してある半導体装置１の表面をスパッタ
し、表面に付着している水分、有機物、あるいはエッチ
ングガス、エッチングガスとの反応生成物などのコンタ
ミを除去（クリーニング）することができる。尚、この
工程は別置きのエッチング装置で実施し、エッチング処
理後に半導体装置１を図４に示すレーザＣＶＤ装置に搬
送しても良い。

【００６０】クリーニング後、スパッタエッチ室２０６
を真空排気し、ゲートバルブ２０３を開いて搬送アーム
２１２で試料ホルダ２１０をレーザＣＶＤ室２０７内の
ステージ２１５上に受け渡す。ゲートバルブ２０４を閉
じて配管２３０、コントローラ２４２からの指令によっ
てバルブコントローラ２４１を介して制御されるバルブ
２３１を介して、真空ポンプ２３２で十分に真空排気し
た後で、コントローラ２４２からの指令によってバルブ
コントローラ２４１を介して制御されるバルブ２３４を
開き、ボンベ２３５に格納された材料ガスＭo(ＣＯ)₆を
レーザＣＶＤ室２０７内に供給する。ステージ２１５、
レーザＣＶＤ室２０７内壁等を加熱せず、室温で処理を
行う場合には、材料ガスＭo(ＣＯ)₆ガスの飽和蒸気圧
は、およそ１３Ｐa 前後となり、通常この圧力でレーザ
ＣＶＤが行われる。

【００６１】まず、半導体装置１内に形成されているタ
ーゲットマーク１２０あるいは特定の位置の少なくとも
２個所をＴＶカメラ２２２で撮像してＣＰＵ２０９はそ
の画像を画像メモリに取り込み、モニタ２２３に表示
し、ターゲットマーク１２０あるいは特定の位置の少な
くとも２個所を検出してコントローラ２４２を介してス
テージ２１５を移動させて半導体装置１について基準位
置にアライメントを行い、ついで入力手段２４０で入力
された図３に示すＦＩＢＡＥ加工装置のＣＰＵ１３６で
演算された接続穴の位置座標データ又はＣＡＤデータに
基づく配線修正するためのレイアウトデータに従ってＣ
ＰＵ２０９はコントローラ２４２に指令を出し、コント
ローラ２４２によりステージ２１５を駆動してＷの薄膜
が形成された入口が約□２μｍの接続穴１３、１４をレ
ーザ光２２１の照射位置（光軸の位置）に位置決めす
る。レーザ光２２１の出力を７５〜１５０ｍＷに設定し
て、コントローラ２４２で制御される光学系２１８内の
シャッタで０．５秒間、３〜４μｍ程度に集束されたレ
ーザ光２２１をＷの薄膜が形成された接続穴１３、１４
の内部に照射する。この後、必要に応じて出力を５０〜
８０ｍＷに設定して３〜４μｍに集束されたレーザ光２
２１をＷの薄膜が形成された入口が約□２μｍの接続穴
１３、１４に照射し、該接続穴１３、１４の内部にレー
ザＣＶＤによりＭoを析出させて埋め込み、特に接続穴
の側壁に付着したＷ薄膜とＭoの金属とが接続される。
その結果、半導体装置１において、幅が約１μｍ以下
で、深さが３．５μｍ以上あるＡl配線と、レーザＣＶ
Ｄで析出されたＭo等の金属との間で低抵抗接続が確実
に得ることができる。

【００６２】接続を要する全ての接続穴をレーザＣＶＤ
でＭo を析出させて埋め込んだ後、レーザ光２２１の出
力を５０〜２００ｍＷに設定し、入力手段２４０で入力
された図３に示すＦＩＢＡＥ加工装置のＣＰＵ１３６で
演算された接続穴の位置座標データ又はＣＡＤデータに
基づく形成すべき付加配線経路に従ってＣＰＵ２０９は
コントローラ２４２に指令を出し、ステージ２１５を一
定速度で移動しながら、３〜４μｍ程度に集束されたレ
ーザ光２２１を照射してＭo を保護膜又は絶縁膜９上に
析出させて付加配線を形成する。この時のレーザ光出力
は、半導体装置１の断面構造、特に最表面の保護膜の厚
さと、必要とする配線の抵抗値で決められる。

【００６３】尚、半導体素子表面の保護膜又は絶縁膜９
が薄い場合には、その下層にＡl 配線が有るか否かで、
レーザＣＶＤで形成されるＭo 付加配線の幅が大きく変
化する。その様な場合に、レーザ光２２１の光路にＡＯ
モジュレータ（音響光学素子）（図示せず）を設置して
レーザ光をパルス化することで改善できる。パルス幅を
１００〜２００ｎｓ、繰り返しを１０〜１００ｋＨｚ、
ピーク出力を１００〜３００ｍＷの範囲で設定する。こ
れにより、形成速度は連続発振時の１／２以下になる
が、密着性が良く、下層のＡl配線の有無に関わりな
く、一定幅のＭo付加配線を形成することができる。

【００６４】ここで、材料ガスをレーザＣＶＤ室２０７
内に閉じ込める方法で説明してきたが、ノズル（図示せ
ず）を介して材料ガスのみ、あるいは材料ガスとキャリ
アガスの混合ガスをレーザ光の照射部周辺に供給しても
良い。レーザ光条件は上に述べたものとは異なるが、閉
じ込めた場合と同様に最表面の保護膜または絶縁膜の厚
さと、必要とする付加配線の抵抗値により最適な条件が
選択される。

【００６５】全ての接続配線を形成した後、レーザＣＶ
Ｄ室２０７内のＣＶＤ材料ガスを排気する。この時、排
気される材料ガスは図示していない除害装置で無害化さ
れてから、屋外に排出される。

【００６６】この後、形成された付加配線（接続配線）
を必要に応じてレーザアニール処理する。この処理は、
低抵抗による接続を必要とする場合および高い信頼性を
必要とする場合に行われる。真空中、あるいは不活性ガ
ス中、あるいは還元性ガス中で、接続配線を形成したデ
ータに従って、再度レーザ光を接続配線上のみに、走査
しながら照射する。この時のレーザ出力は、付加配線
（接続配線）形成に使用した出力の２倍程度が適してい
る。また必ずしも、レーザ光を大幅に集束する必要はな
い。

【００６７】このレーザアニール処理により、形成され
たＭo配線中にＭoＯＣの形で含まれていた不純物の酸素
および炭素が除去され、配線の比抵抗はアニール前に較
べて１／２〜１／１０に減少し、信頼性が向上する（高
温放置あるいは温度サイクル試験による抵抗値変化が減
少する）。

【００６８】全ての処理が終了した後、搬送アーム２１
２により試料ホルダ２１０をレーザＣＶＤ室２０７から
ロードロック室２０５へ搬送し、ロードロック室２０５
の扉（図示せず）を開いて取りだし、配線修正が完了す
る。尚、必要に応じて取り出す前に、半導体装置１を搬
送アーム２１２によりスパッタエッチ室２０６に搬送
し、短時間だけ再度スパッタエッチを行っても良い。こ
のスパッタエッチにより半導体装置表面に付着している
恐れの有る各種材料ガス、反応生成物を除去することが
できる。エッチング条件としては、ＳiＯ₂膜を５０〜３
００オングストロームエッチする条件が選択される。

【００６９】これらの処理により、接続穴の寸法が約□
２μｍ以下、深さが３．５μｍ以下の場合でも、一接続
当りのＡl配線との接続抵抗は５Ω以下で確実な接続が
得られる。また、半導体装置１の断面構造にもよるが、
配線形成時のレーザ出力２００ｍＷ、アニール時のレー
ザ出力４００ｍＷで、２０〜３０Ω／ｍｍの配線抵抗
（比抵抗では２０μΩ・ｃｍの膜）が得られる。

【００７０】以上、詳細に説明してきたように、本実施
例によれば、超微細化、高集積化がはかられた半導体装
置（大形電子計算機用の論理ＬＳＩ）に対して、接続穴
の形成と配線切断がＦＩＢＡＥを適用することにより、
従来のＦＩＢ加工のみに較べておよそ５倍以上の高速で
行えると共に接続穴におけるＡl配線と接続配線の接続
界面での高抵抗合金の生成を防ぐバリア膜を必要な部分
のみにＦＩＢＣＶＤで形成することにより、従来の全面
に形成する方法に較べて、全面への成膜および処理後に
余分な膜を除去する工程を必要としない他に、形成した
バリア膜が完全に除去できずに不良を作ることもなく、
ウエハおよびチップだけでなく、パッケージに仮封止し
た状態でも、任意の修正を高速かつ高歩留まりに行うこ
とができる。

【００７１】次に、本発明に係る配線修正装置について
説明する。図５は本発明の一実施例である配線修正装置
の構成を示す図である。本装置は二室構成で、ロードロ
ック室３０１とプロセス室３０３がゲートバルブ３０２
を介して接続されている。ロードロック室３０１内には
半導体装置１あるいは半導体装置１を固定した試料ホル
ダを載置するための試料台３０５が、その上部にはイオ
ン銃３０６が設置され、配管３０７、バルブ３０８を介
して真空ポンプ３０９が接続されている。プロセス室３
０２内には半導体装置１あるいは半導体装置１を固定し
た試料ホルダを載置するためのステージ３１０が設置さ
れ、その上部にはレーザ光の集光・観察を行うための光
学系２１８と集束イオンビーム光学系３２０が設置され
ている。プロセス室３０３は配管２３０、バルブ２３１
を介して真空ポンプ２３２が、また集束イオンビーム光
学系３２０には配管３２４、バルブ３２５を介して真空
ポンプ３２６が接続されており、それぞれ独立に真空排
気できる。また、集束イオンビーム光学系３２０の直下
にはボンベ１４６に格納されたＸｅＦ₆等のエッチング
ガスを供給するためのノズル１１２、ボンベ１４５に格
納されたＷ（ＣＯ） ₆等の金属薄膜形成用材料ガスを供
給するためのノズル１１３、二次電子検出器１０８、二
次イオン検出器１０９が設置されている。また、レーザ
ＣＶＤ用Ｍo（ＣＯ）₆等の材料ガスを格納したボンベ２
３５もプロセス室３０３に接続されている。レーザ発振
器２２０から発振されたレーザ光２２１は石英窓２１６
を介してステージ３１０上の半導体装置１上に照射でき
る構造になっている。ＣＰＵ及びコントロール装置は、
図３及び図４に示す構成と同様に構成、設置されてい
る。即ち、図５に示す装置は、基本的には、図３に示す
装置と図４に示す装置戸をつなげて構成したものであ
る。

【００７２】図５に示した配線修正装置を使用した配線
修正工程を述べる。修正を必要とする半導体装置１を試
料ホルダに固定し、ロードロック室３０１内の試料台３
０５上に載置し、扉（図示せず）を閉じる。配管３０
７、バルブ３０８を介して、真空ポンプ３０９（通常は
ロータリポンプあるいはドライポンプとターボ分子ポン
プの組合せ）により、例えば１×１０~⁵Ｐａ程度まで排
気した後、イオン銃３０６からイオンを発生させ、半導
体装置１表面に照射する。このイオン銃３０６からのイ
オンビームは集束する必要はなく、一定位置で照射して
も良いし、必要に応じてイオンビームを走査するか、半
導体装置１を走査して、全面に照射する。イオン種とし
ては半導体装置に対して汚染の原因にならない不活性ガ
スイオンが望ましく、一般的にはＡrイオンが用いられ
る。これにより、半導体装置１表面に付着している水分
や有機物のコンタミを除去する。尚、この工程は配線の
切断、接続穴の形成が終了した後でも良い。また、ここ
ではイオン銃３０６によりクリーニングを行う説明をし
たが、図４で説明したように、上部電極を設置して高周
波電源から高周波電力を供給し、例えばＡr等の不活性
ガスのプラズマによるスパッタエッチを適用しても、全
く同じ効果が得られることは言うまでもない。

【００７３】この後、ゲートバルブ３０２を開いて、図
示していない搬送手段により試料ホルダをプロセス室３
０３内のステージ３１０上に載置する。この搬送手段
は、図４に示した搬送室２０２をロードロック室３０１
とプロセス室３０３の間に設置しても良いし、ロードロ
ック室３０１側から搬送用のアームでプロセス室３０３
内のステージ３１０上に移動させても良い。半導体装置
１上のターゲットマークあるいは特定位置を基準に、前
記実施例と同様に、ＸＹθ方向のアライメントをおこな
い、修正のためのレイアウトデータに従って、ステージ
３１０を駆動し、切断箇所および接続箇所を集束イオン
ビームの照射位置に移動する。集束イオンビーム源とし
ては、Ｇaをイオン源とする液体金属イオン源が最も一
般的であるが、他の液体金属イオン源でも良く、Ａr等
の不活性ガスを用いたプラズマイオン源でも使用するこ
とができる。ここで、ボンベ１４６に格納してあるＸｅ
Ｆ₆等のエッチングガスをノズル１１２から加工部に供
給して、半導体装置１の保護膜および層間絶縁膜下にあ
るＡl配線の切断および、保護膜および層間絶縁膜下に
あるＡl配線の表面を露出するための接続穴形成を行
う。この時のエッチングガスとして、ＸeＦ₂が最も適し
ている。Ａl配線の切断はイオンビームによるスパッタ
加工だけで行っても良く、必要に応じＡl 加工用のエッ
チングガスを使用しても良い。切断の終了および接続穴
形成の終了は、前記実施例と同様に、二次電子検出器１
０８、あるいは二次イオン検出器１０９の信号をモニタ
１３７で観察することで知ることができる。このほか、
イオンビーム照射により励起されて発生する励起光を検
出しても良いし、使用するエッチングガスにより絶縁膜
とＡl配線で加工速度比が十分に大きければ、加工時間
の管理だけでも良い。

【００７４】全ての切断と接続穴の形成が終了したら、
プロセス室３０３内を十分に真空排気した後、金属膜形
成用材料ガスを格納してあるボンベ１４５からノズル１
１３を介して加工部に供給する。金属膜成膜用材料ガス
としてはＷ(ＣＯ)₆が一般的に用いられるが、それには
こだわらない。その状態で、接続穴よりも１〜５μｍ広
い範囲に集束イオンビームを照射することにより、少な
くとも接続穴の内壁と露出したＡl 配線の表面にＷ金属
の薄膜を形成することができる。金属薄膜の膜厚は１０
０〜３００オングストロームで、十分な低抵抗接続が得
られる。尚、金属薄膜の形成に先立って、ガスを供給し
ない状態で集束イオンビームを接続穴の内側のＡl 配線
表面に照射し、吸着しているエッチングガスあるいはエ
ッチングガスとの反応生成物を除去する工程を加える
と、低抵抗接続を実現する上で大きな効果がある。

【００７５】全ての接続穴の内壁と露出しているＡl配
線上に金属膜を形成した後、プロセス室３０３内を真空
排気し、ステージ３１０を移動して、半導体装置１を光
学系２１８の下に移動する。ここで、ＴＶカメラ２２２
による観察像をモニタ２２３で観察しながら、ＸＹにつ
いてのアライメントを行い、修正データに従ってステー
ジ３１０を駆動して接続穴をレーザ光の照射位置に移動
する。ここで、ボンベ２３５に格納してあるレーザＣＶ
Ｄ用材料ガスをプロセス室３０３内に供給する。このＣ
ＶＤ材料ガスとしてはレーザ光の照射により分解して金
属膜を形成できる材料であれば良く、ここではＭo(Ｃ
Ｏ)₆を選択するが、他にアルキル金属、金属カルボニ
ル、金属ハライドなどが使用できる。ＣＶＤ材料ガスを
供給する時、ＣＶＤ材料ガスが集束イオンビーム光学系
３２０に侵入しないように、集束イオンビーム光学系３
２０を格納したチャンバとプロセス室３０３の間に設け
たゲートバルブ（図示せず）を閉じる。材料ガスの圧力
が規定の圧力（Ｍo(ＣＯ)₆の場合、飽和蒸気圧はおよそ
１３Ｐａで、キャリアガスを使用せずに飽和蒸気圧前後
に設定する）に達したら、ガスの供給を停止し、例えば
レーザ出力１００ｍＷ、０．５秒の条件でレーザ光２２
１を照射する。この後、必要に応じて７５ｍＷの出力
で、接続穴が塞がるまで照射する。ただし、接続配線を
流れる電流値が十分小さい場合には接続穴全体を埋め込
む必要はない。

【００７６】全ての接続穴を埋め込んだ後、修正データ
に従って接続配線を形成する。レーザは連続発振とし、
レーザ条件は必要とする配線抵抗により異なるが、レー
ザ光出力５０〜２００ｍＷ、形成（走査）速度１０〜２
０μｍ／ｓが選択される。また、半導体素子表面の保護
膜が薄い場合などに、下層のＡl配線の有無ににより形
成されるＭo配線の幅・膜厚が大きく変化するが、レー
ザ光３４２の光路中にＡＯモジュレータ（音響光学素
子）（図示せず）を挿入することでレーザ光３４２をパ
ルス化することで改善できる。パルス幅は５０〜２００
ｎｓ、繰り返しは１０〜１００ｋＨｚ、ピーク出力は１
００〜３００ｍＷの範囲から設定される。形成速度は５
〜１０μｍ／ｓと連続発振光の場合の半分程度となる
が、密着性に優れ、下層Ａl配線の有無に関係なく一定
幅・一定膜厚のＭo配線を形成することができる。

【００７７】これまで、プロセス室３０３に材料ガスを
閉じ込めた状態でレーザ光を照射する方法を述べてきた
が、ノズル（図示せず）を介して材料ガスのみ、あるい
はキャリアガスと材料ガスを混合したガスを、レーザ光
の照射部周辺に供給しても良い。この場合、レーザ照射
条件は上に述べたものとは異なるが、ここでは特に述べ
ない。

【００７８】接続配線の形成が終了した後、ＣＶＤ材料
ガスを排気する。接続配線として、さらに低抵抗化が必
要な場合には、真空中あるいは不活性ガス中あるいは還
元ガス中で接続配線に再度レーザ光を照射するレーザア
ニールを施し、配線中に含まれる酸素、炭素、等の不純
物を除去する。この時のレーザ出力は配線形成時のレー
ザ出力の２倍に設定する。但し、あくまでも目安であ
る。レーザ出力が低過ぎるとアニールの効果が不十分で
あり、レーザ出力が高過ぎるとレーザＣＶＤで形成した
配線にダメージが発生する。アニールの効果があり、ダ
メージの発生しないレーザ出力に設定される。

【００７９】これらの処理が全て終了した後、搬送機構
（図示せず）により試料ホルダをプロセス室３０３内の
ステージ３１０上からロードロック室３０１内の試料台
３０５上に搬送し、ゲートバルブ３０２を閉じた後、ロ
ードロック室３０１の扉（図示せず）を開いて、試料ホ
ルダを取りだし、配線修正を完了する。尚、必要に応じ
て半導体装置を取り出す前に、イオン銃３０６により短
時間のエッチングを行なっても良い。このエッチングに
より、半導体装置表面に付着している材料ガスあるいは
反応生成物を除去することができる。このエッチング条
件としてはＳiＯ₂膜を５０〜３００オングストロームだ
けエッチングする条件が選択される。

【００８０】以上で述べた修正方法及び修正装置で得ら
れた半導体装置は、最上層に絶縁保護膜が形成されてい
て、少なくとも２層以上の配線層を有し、複数の接続穴
が形成されている。それらの接続穴は集束イオンビーム
アシストエッチングにより形成され、これらのうちの少
なくとも１個は、穴底の寸法で□２μｍ程度、深さ３．
５μｍ以上で、絶縁保護膜及び層間絶縁膜を貫通してＡ
ｌ配線層に達する。また、これらの接続穴の穴底および
内壁の少なくとも一部分には、集束イオンビームＣＶＤ
で形成された金属膜およびレーザＣＶＤで形成された金
属膜が形成されていて、複数の接続穴間はレーザＣＶＤ
で形成された付加配線（接続配線）で接続されている。
このレーザＣＶＤで形成された配線の密着性を向上する
ために、レーザＣＶＤに先だって、表面に金属膜を形成
する代わりに表面をイオンスパッタにより僅かにエッチ
ングされる。上記、レーザＣＶＤで形成した配線は、典
型的にはＭo(ＣＯ)₆ から形成されたＭo配線で、付加配
線形成後の真空中でのレーザアニールにより、比抵抗は
２０μΩ・ｃｍ以下である。この後、必要に応じて修正
の工程で表面に付着した反応生成物などを除去するため
にイオンスパッタ等により軽くエッチングされている。

【００８１】上記半導体装置は、修正の工程を施すこと
により、修正前に存在した設計上あるいはプロセス上の
回路欠陥、回路ミスがなく、修正による特性の劣化もな
く、正しく動作する。

【００８２】なお、前記実施例では、半導体装置とし
て、大形計算機用論理ＬＳＩについて説明したが、超Ｌ
ＳＩに限らず、超微細化及び多層化が進んだ多層薄膜基
板、多層薄膜デバイスにも適用できることは明らかであ
る。

【００８３】

【発明の効果】本発明によれば、配線の微細化・多層
化、装置の大形化の著しい半導体装置に対して、従来の
集束イオンビームによるスパッタ加工のみの場合よりも
高速に配線の切断、接続穴の形成を行うことができ、し
かも全面に金属薄膜を形成することなく、レーザＣＶＤ
で形成した配線の密着性が良く、かつ半導体装置内の配
線との低抵抗接続が得られ、さらに、全面に金属薄膜を
形成する必要がないため、表面段差が大きい半導体装置
でも接続配線間、電極間の短絡などで不良を起すことも
なく、パッケージに仮封止した半導体素子も高歩留まり
で修正を行うことができる効果を奏する。

【００８４】また、本発明によれば、簡素化した装置構
成により半導体装置に対して配線修正の高性能化、高速
化および高歩留まり化を図ることができる効果を奏す
る。

【００８５】また本発明によれば、修正配線間あるいは
電極間でのリークあるいは短絡の発生のない、正しく動
作する配線の微細化・多層化が進んだ半導体装置を得る
ことができる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る半導体装置における配線修正方法
の一実施例を示す修正プロセスの前半を説明するための
図である。

【図２】本発明に係る半導体装置における配線修正方法
の一実施例を示す修正プロセスの後半を説明するための
図である。

【図３】本発明に係る半導体装置における配線修正方法
による修正プロセスのうち、配線の切断および接続穴の
形成を実施するのに最適な集束イオンビーム・アシスト
・エッチング（ＦＩＢＡＥ）装置の一実施例を示す概略
構成図である。

【図４】本発明に係る半導体装置における配線修正方法
による修正プロセスのうち、接続配線の形成を実施する
のに最適なレーザＣＶＤ装置の一実施例を示す概略構成
図である。

【図５】本発明に係る半導体装置における配線修正方法
による配線修正装置の一実施例を示す概略構成図であ
る。

【符号の説明】

１…半導体装置、４、５、６…配線層、７、８…層
間絶縁膜９…保護膜又は絶縁膜、１１…エッチングガス１２、１０２…集束イオンビーム、２０………金属薄
膜形成用ガス２１、２２…Ｗ等の金属薄膜、２５…ＣＶＤ材料ガス２６………レーザ光、２７、２８…Ｍｏ等の金属３０…Ｍｏ等の付加配線、１０１…液体金属イオン源１０３…引出し電極、１０４…静電レンズ、１０５
…ブランキング電極１０６…偏向電極、１０８…二次電子検出器、１０
９…二次イオン検出器１１２、１１３…ノズル、１１５…ゲートバルブ１３０…中央コントローラ、１３２、１３５…コント
ロール電源１３１…ＣＡＤデータ入力手段、１３４…電源、１
３６、２０９…ＣＰＵ１３７…モニタ（表示手段）、１４０…バルブコント
ローラ２０４…コントローラ、２０５、３０１…ロードロッ
ク室２０６…スパッタエッチ室、２０７…レーザＣＶＤ
室、２１８…光学系２１５…ステージ、２２０…レーザ発振器、２３２
………真空ポンプ３０６…イオン銃、３２０………集束イオンビーム光
学系

フロントページの続き (72)発明者伊藤文和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)発明者山田利夫東京都青梅市今井町2326番地株式会社日立製作所デバイス開発センタ内 (56)参考文献特開平３−77323（ＪＰ，Ａ) 特開平５−234999（ＪＰ，Ａ) 特開平４−186831（ＪＰ，Ａ) 特開平６−244179（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/3213 H01L 21/3205 H01L 21/82

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】２μｍ以下の幅の配線を複数層形成された
半導体装置における配線修正方法において、前記半導体装置の表面上に緩衝膜を付与しない状態で付
加配線を施そうとする複数の接続個所の各々の配線の所
望個所を位置決めし、該位置決めされた各配線の所望個
所をエッチングガス雰囲気にして前記配線の所望個所に
０．２μｍ以下に集束されたイオンビームを照射走査し
て集束イオンビーム・アシスト・エッチングにより前記
配線の上層の絶縁層に、底部がほぼ２μｍ×２μｍ以下
で、深さが３．５μｍ以上で、側壁に傾斜角が付いた接
続用の穴の加工を施して前記配線を露出させる接続用の
穴加工工程と、該接続用の穴加工工程で加工された各接続用の穴を位置
決めし、該位置決めされた各接続用の穴の底に露出した
配線の表面に０．２μｍ以下に集束されたイオンビーム
を照射して配線の表面をスパッタエッチングし、その後
各接続用の穴部にＷカルボニルからなるＣＶＤガスを供
給し、０．２μｍ以下に集束されたイオンビームを前記
接続用の穴の入口寸法よりも広い領域に照射走査して接
続用の穴の底に露出した配線の表面との界面には少なく
とも数１０Å以上の厚さの配線材料とＷとの合金層が形
成されてその表面および前記接続用の穴の側壁に該穴の
入口部までつながったＷ薄膜を析出させるＷ薄膜析出工
程と、前記半導体装置上において前記金属薄膜析出工程で析出
された複数の接続個所の各Ｗ薄膜の間に付加配線を形成
する経路に沿って付加配線形成用ＣＶＤガスを供給しな
がら集束されたレーザビームを照射走査することによっ
て前記各金属薄膜に接続した付加配線を形成する付加配
線形成工程とを有することを特徴とする半導体装置にお
ける配線修正方法。
【請求項２】前記金属薄膜析出工程において、前記配線
の表面における前記Ｗ薄膜の厚さが０．０３〜０．１μ
ｍで、前記接続用の穴の側壁における前記Ｗ薄膜の厚さ
が０．０５〜０．２μｍであることを特徴とする請求項
１記載の半導体装置における配線修正方法。
【請求項３】前記接続用の穴加工工程において、前記エ
ッチングガスがＸＦ _２ガスであることを特徴とする請求
項１記載の半導体装置における配線修正方法。
【請求項４】前記付加配線形成工程において、前記付加
配線を形成する前に、前記半導体装置の表面をクルーニ
ングする工程を含むことを特徴とする請求項１記載の半
導体装置における配線修正方法。
【請求項５】前記付加配線形成工程において、前記付加
配線形成用ＣＶＤガスが金属カルボニルガスで形成し、
前記付加配線の材料がＡｌまたはＭｏまたはＷであるこ
とを特徴とする請求項１記載の半導体装置における配線
修正方法。
【請求項６】前記接続用の穴加工工程において、前記配
線の所望個所の位置決めを、半導体装置の表面から観察
されるＳＩＭ画像と位置ずれ量が補正された各配線層毎
のＣＡＤデータに基く画像とを用いて行うことを特徴と
する請求項１記載の半導体装置における配線修正方法。
【請求項７】さらに、半導体装置内の切断しようとする
配線の所望の個所を位置決めし、該位置決めされた配線
の所望個所を少なくともエッチングガス雰囲気にして該
配線の所望個所に集束されたイオンビームを照射走査し
て集束イオンビーム・アシスト・エッチングにより前記
配線の上層の絶縁層に切断用の穴加工を施し、更に集束
されたイオンビームを照射走査してその下の配線を切断
する配線切断修正工程を有することを特徴とする請求項
１記載の半導体装置における配線修正方法。