JP4567321B2 - 集積回路の配線変更方法 - Google Patents

Description

本発明は集積回路の配線変更方法に関するものである。

集積回路の開発期間短縮のために集束イオンビーム装置を用いた配線変更が行われている（特許文献１参照）。配線変更は集束イオンビーム(FIB)装置のエッチング機能を用いて配線変更が必要な個所を掘り起こし、次にFIB装置のエッチング機能を用いた配線の切断または金属膜のFIB-CVDを用いた配線の接続を行い、最後に絶縁膜のFIB-CVDを用いて配線を埋め戻すことにより行われている。

集束イオンビーム装置は通常イオン源としてGa液体金属源を用いており、フロントエンドなどの配線変更個所によっては配線を変更してもGaの注入やダメージによりデバイス特性が劣化してしまうことが起こっていた(非特許文献２参照)。アニーリングによりアモルファス化などのダメージに起因する特性劣化は再結晶化しある程度回復するものの、完全ではなく、Gaに起因する特性の劣化が避けられなかった。試料によってはアニーリング処理を行えないため、この場合ダメージによる特性劣化は配線変更後のデバイス性能評価を行う上で大きな問題であった。そのため、デバイスの活性領域から離れたバックエンドの配線のみ配線変更を行うことが行われてきた。

更に配線変更を行っても配線変更の切断個所が完全に絶縁できていなかったり、接続個所が高抵抗であったりして配線変更を行ってもデバイスの特性が損なわれることもあり、配線変更時に配線変更個所が所望の電気的特性を満たすことを保証できる配線変更が求められていた。

Ga以外の液体金属源やマルチカスプガスイオン源を用いればGa注入の問題は回避できるが、Ga以外のイオン源では微細なイオンビームが得られないので、最先端の微細なパターンの配線変更に対応することは困難である。また高エネルギーイオンの注入よるアモルファス化などのダメージの問題はGaの場合同様存在する。電子ビームCVDを用いて配線変更を行えば、Ga注入もダメージも回避できるが、電子ビームを用いるとエッチングできる材質が制限される上、金属配線や絶縁膜の堆積膜形成もスループットが低いため、配線変更の実用に供されていない。

最近様々な手法で走査プローブ顕微鏡(SPM)を用いて様々な物質の局所的な電気的性質の測定が行われている。しかしSPMを用いて配線変更時に配線変更個所の電気的特性を計測することは行われていない。最近ではSPMを用いて切削や陽極酸化などの局所的な加工も行われるようになってきているが、SPMの加工は一般的にスループットが低いため配線変更に積極的に用いられることはなかった。
特開平07-211716号公報 A. Lugstein, W. Brezbna, and E. Bertagnolli, IEEE Proc. 40th Annual International Reliablity Physics Symposium 369 (2002)

Ga注入によるデバイスの特性の劣化のないフロントエンドの配線変更を可能にする。配線変更時に確実に配線または断線としての性能を確保できるようにする。

配線の掘り出し工程でGa注入によるデバイスの特性の劣化の心配がない部分は集束イオンビーム(FIB)で行う(図1(a)、図3(a))。Ga注入によるデバイスの特性の劣化が起こる部分はFIBを用いずに被加工物質よりも硬いSPM探針による物理的な除去で行う(図1(b)、図3(b))。

配線変更工程で切断が必要な場合には、SPM探針による物理的な除去や陽極酸化や探針側面から短パルスレーザーを当てて探針直下に強いnear-fieldを発生させて金属配線を切断する(図1(c))。接続が必要な場合には、接続に必要な個所に電子ビーム化学気相成長(CVD)またはSPM-CVDで金属含有膜形成して行う(図4(c))。

配線変更工程終了後、SPMでその場で配線修正個所の電気的な特性測定を行い、配線または断線としての性能を満たしているか診断を行う。配線または断線としての性能を満たしていない場合には追加工を行い、配線または断線としての性能が確認できるまで診断と追加工を繰り返して確実な配線変更を行う(図1(d)、図4(d))。

配線または断線としての性能を満たしていることが確認した後に絶縁膜で配線の埋め戻しを行う。Ga注入によるデバイスの特性の劣化が起こる部分は電子ビームCVDの炭素含有膜で埋め戻しを行い(図2(e))、Ga注入によるデバイスの特性の劣化が起こる部分はFIB-CVDでの炭素含有膜で埋め戻しを行う(図2(f)、図4(f))。

Ga注入やダメージによるデバイスの特性の劣化が起こる部分の加工は、FIBでなくSPMや電子ビームで行うため、配線変更に伴うGa注入やダメージによるデバイスの特性の劣化は起こらない。フロントエンドでもGa注入によるデバイスの特性の劣化のない、アニーリング処理による再結晶化を必要としない配線変更を行うことができる。

また配線変更直後にSPMで断線個所または配線個所の配線または断線として必要な電気特性を満たしていることを確認しているので、確実な配線変更を行うことができる。

以下に本発明の一実施例について説明する。

LSIテスタや電子ビームテスタ等で見つかった配線ミスを設計データと比較して配線変更が必要な個所を抽出する。集束イオンビームと電子ビームとSPMを複合した装置に配線変更が必要なサンプルを導入し、ステージを配線変更が必要な場所に移動させる。保護膜1からの配線2の掘りだし工程を液体金属イオン源のGa注入により特性の劣化が起こらない領域の加工は高スループットの集束イオンビーム4で行う(図5(a))。Ga注入により特性の劣化が起こる領域の配線の掘り出し加工は、加工を途中で中断して電子ビームの二次電子像で配線の場所を確認しながら保護膜を被加工材質よりも硬いSPM探針5のスクラッチ加工で物理的に除去する(図5(b))。

配線の掘り出しに続く配線変更工程で配線2の切断が必要な場合には、導電性のSPM探針6による陽極酸化で配線を酸化し絶縁化を行うか(図6(b))、走査プローブ顕微鏡探針側面から短パルスレーザー14を当てて探針直下に強いnear-fieldを発生させて金属配線を切断するか(図7(c))、ダイヤモンドのような配線材料よりも硬いSPM探針5による配線の物理的な除去で行う(図6(a))。配線2の接続が必要な場合には接続に必要な個所にWF₆やW(CO)₆などをCVD原料とした電子ビームCVDによる金属含有膜12で配線を形成するか(図8(a))、[(PF₃)₂RhCl]₂などを用いたSPM-CVDによる金属含有膜12で配線を形成する(図8(b))。

配線変更が確実に行われていることを確認するために、配線2を切断した場合には切断個所のScanning Spreading Resistance Microscopy (SSRM)測定(図9(c))、走査トンネル分光(STS)測定(図9(b))または導電性の多探針SPMを用いた2探針測定(図9(a))で断線としての性能を満たしていることを確認する。配線2を接続した場合にも同様に接続個所のSSRM測定、STS測定または導電性の多探針SPMを用いた2探針測定で配線としての性能を満たしていることを確認する。

配線変更後の配線の埋め戻し工程を縮合多環式炭化水素系の原料ガスまたはアルコキシシラン系もしくはシロキサン系の原料ガスを用いた電子ビームCVDによる絶縁性の炭素含有膜または酸化シリコン膜形成で行う(図10(a))。またはFIBのGa注入の影響がある領域のみ電子ビームCVDによる炭素含有膜形成で行い、Ga注入の影響がない領域は埋め戻しをFIB-CVDによる絶縁性の炭素含有膜形成(図10(b)、(c))の二段階で行う。

本発明の特徴を最も良く表す配線を切断する場合の概略断面図である。(a)と(b)は配線掘り出し工程、(c)は配線の切断工程、(d)は切断個所の診断工程を説明する図である。 本発明の特徴を最も良く表す配線を切断する場合の概略断面図である。(e)と(f)は埋め戻し工程を説明する図である。 配線を接続する場合の概略断面図である。(a)と(b)は配線掘り出し工程を説明する図である。 配線を接続する場合の概略断面図である。(c)は配線の接続工程、(d)は接続個所の診断工程、(e)と(f)は埋め戻し工程を説明する図である。 配線の掘り出し工程を説明する概略断面図である。(a)はGaの注入が問題にならない領域を加工する場合、(b)はGaの注入が問題になる領域を加工する場合である。 配線の切断工程を説明する概略断面図である。(a)はSPM探針で物理的に切断する場合、(b)は陽極酸化により絶縁化する場合である。 配線の切断工程を説明する概略断面図である。(c)はレーザー増強near-fieldにより切断する場合である。 配線の接続工程を説明する概略断面図である。(a)は電子ビームCVDで導電性膜を形成して接続する場合、(b)はSPM-CVDで導電性膜を形成して接続する場合である。 切断個所または接続個所の診断工程を説明する概略断面図である。(a)は2探針法で診断する場合、(b)はSTSで診断する場合、(c)はSSRMで診断する場合である。 配線の埋め戻し工程を説明する概略断面図である。(a)はGaの注入が問題にならない領域を加工する場合、(b)(c)はGaの注入が問題になる領域を加工する場合である。

符号の説明

１ 保護膜
２ 配線
３ 活性領域
４ 集束イオンビーム
５ 被加工材質よりも硬いSPM探針
６ 導電性SPM探針
７ 電子ビーム
８ 保護膜形成用CVDガス供給系
９ 電子ビームCVDで形成した保護膜
１０ FIB-CVDで形成した保護膜
１１ 導電膜形成用CVDガス供給系
１２ 電子ビームCVDまたはSPM-CVDで形成した導電膜
１３ 陽極酸化で形成した絶縁膜
１４ レーザービーム

Claims (18)

1. 配線の掘りだし工程をGa注入により特性の劣化が起こらない領域の加工は高スループットのGa液体金属イオン源を用いたFIB装置で行い、Ga注入により特性の劣化が起こる領域の加工は被加工材質よりも硬い走査プローブ顕微鏡探針による物理的な除去で行うことを特徴とする集積回路の配線変更方法。
2. 前記配線の掘りだし工程の後に、配線の切断工程を被加工材質よりも硬い走査プローブ顕微鏡探針による配線の物理的な除去で行うことを特徴とする請求項１記載の集積回路の配線変更方法。
3. 配線の掘りだし工程の後に、配線の切断工程を走査プローブ顕微鏡探針による陽極酸化で絶縁化を行うことを特徴とする請求項１記載の集積回路の配線変更方法。
4. 前記配線の掘りだし工程の後に、配線の切断工程を走査プローブ顕微鏡探針側面から短パルスレーザーを当てて探針直下に強いnear-fieldを発生させて金属配線を切断することを特徴とする請求項１記載の集積回路の配線変更方法。
5. 前記配線の掘りだし工程の後に、配線の接続工程を走査プローブ顕微鏡による金属CVD膜形成で行うことを特徴とする請求項１記載の集積回路の配線変更方法。
6. 前記配線の掘りだし工程の後に、配線の接続工程を電子ビームCVDによる金属含有膜形成で行うことを特徴とする請求項１記載の集積回路の配線変更方法。
7. 前記配線の掘りだし工程の後に、配線の接続工程を請求項2〜6記載の方法で行い、埋め戻し工程を電子ビームCVDによる炭素含有膜形成で行うことを特徴とする請求項１記載の集積回路の配線変更方法。
8. 前記埋め戻し工程でGa注入の影響がある領域のみ電子ビームCVDによる炭素含有膜形成で行い、Ga注入の影響がない領域は埋め戻しを集束イオンビームCVDによる炭素含有膜形成で行うことを特徴とする請求項７記載の集積回路の配線変更方法。
9. 前記走査プローブ顕微鏡CVDによる配線の接続の原料ガスとして[(PF₃)₂RhCl]₂を用いることを特徴とする請求項５記載の集積回路の配線変更方法。
10. 前記走査プローブ顕微鏡CVDによる配線の接続の原料ガスとして(PF₃)AuClを用いることを特徴とする請求項５記載の集積回路の配線変更方法。
11. 切断個所の走査トンネル分光測定による診断工程を付加することを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の集積回路の配線変更方法。
12. 接続個所の走査トンネル分光測定による診断工程を付加することを特徴とする請求項５記載の集積回路の配線変更方法。
13. 切断個所の導電性の多探針走査プローブ顕微鏡を用いたニ探針測定による診断工程を付加することを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の集積回路の配線変更方法。
14. 接続個所の導電性の多探針走査プローブ顕微鏡を用いたニ探針測定による診断工程を付加することを特徴とする請求項５記載の集積回路の配線変更方法。
15. 切断個所のScanning Spreading Resistance Microscopyによる抵抗測定による診断工程を付加することを特徴とする請求項５記載の集積回路の配線変更方法。
16. 接続個所のScanning Spreading Resistance Microscopy測定による診断工程を付加することを特徴とする請求項５記載の集積回路の配線変更方法。
17. 導電性ダイヤモンド探針を使用することにより、走査プローブ顕微鏡による配線の掘り出し、切断、診断の各工程を一つの探針で行えることを特徴とする請求項１１から１６のいずれかに記載の集積回路の配線変更方法。
18. 前記配線の掘りだし工程の後に、配線の接続工程を請求項2から6のいずれかに記載の方法で行い、埋め戻し工程をアルコキシシラン系またはシロキサン系の原料ガスとした電子ビームCVDによる酸化シリコン膜形成で行うことを特徴とする集積回路の配線変更方法。

Images