JPH01140742A - イオンビーム加工方法 - Google Patents

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。

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（以下、ＩＣと呼ぶ）におい
て、デバッグ、修正、不良解析等のためにチップ完成後
、その内部配線間を接続した多切断したシするのに好適
なイオンビーム加工方法に関する。

〔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、［のチップ内配線の一部を切断したシ接続したシし
て、不良箇所の解析・修正を行なうことが、製品歩留シ
の短期間での向上のために重要となってきている０この
目的のために、レーザや集束イオンビームによりエＣの
配線を切断したシ、レーザＣＴ／Ｄや集束イオンビーム
ＣＶＤによプ配線を接続する例が報告されている。

この集束イオンビーム等によるＩＣの穴明は加工におい
ては、加工の終点判定が重要課題の一つである。

従来の集束イオンビーム装置の基本構成を第８図に示す
＠イオン源１と引き出し電極３の間に電圧を印加しイオ
ンビーム２を引き出し、集束レンズ４でターゲット９上
にビームを集束する◇イオン光学系には、上記電極以外
にビームデイ７アイデイングアパーチヤ７、ブランキン
グ電極６、ブランキングアパーチャア、デフレクタ電極
８を設けている。ブランキング電極６にはプランキング
電源１７から電圧を与えてビームを高速で偏向し、ター
ゲット９上でのビームのオンオフを行なう〇また、デフ
レクタ電極８にはデフレクタコントローラ１４からビー
ム偏向電圧を与えるが、同じ偏向電圧をＣＲ’ｌ’　１
５の偏向電極に与える。この時、ターゲット９から発生
する２次電子１１をディテクタ１２で検出し、ヘッドア
ンプ１３で増幅した信号でＣＲ１５に輝度変調をかける
ことによプ、ターゲット９表面の２次電子像を得て、走
査電子顕微鏡と同じ原理で走査イオン顕微鏡として、加
工すべきターゲット９表面を観察できる。これＫよシ加
工位置決めを行なう。またテーブル１０から取シ出した
試料電流は電流計１６で測定している。

このような従来のイオンビーム加工装置では、加工深さ
がイオンのドーズ量に比例することを用いて終点判定を
行っている・すなわち、単位時間単位電流あたシの被加
工物の加工速度ｋ（μｍ３／ｓｅａ＊ｎＡ）を実験的に
求め、加工面積Ａ（μｍ２）と加工深さ２（μｍ）よシ
、必要なドーズ量Ｄ（ｎＡ＠　ｓｅａ　）を、 Ｄ＝：ｚＡ／ｋ（ｎＡ・ｇｅｃ）　　　−（１）により
求める。通常イオンビーム電流１（ｎＡ）は一定と考え
られるので、時間ｔ（θθＣ）をｔ＝Ｄ／１（ａｅｃ）
　　　　　　・・・・・・（２）により求め、時間によ
プ終点判定を行っている（以下、これを第１の従来技術
とする）。

また、このような集束イオンビーム加工において、エツ
チングガスＣ１！２を用いて増速エツチングを行なう例
も発表されている。（高堂はかｈ　ＧａＡｓマスクレス
微細加工、６２／春応物連合講演会前刷集、２８ｐ−Ｐ
−７，ｐ、　４０９　（昭６２．３）、以下、これを第
２の従来技術とする）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前記第１の従来技術では、スパッタエツチングによる加
工であるため、例えば多膚配線ＩＣのバシペーシ璽ン膜
や１間絶縁展として用いられるＳ１０□に比べ、配線材
料として用いられるアルミニウム（以下、　Ａｌ！とす
る）が２倍程度早く削られる。

この加工速度の差は材料の物理的性質で決まるものであ
る０このように集束イオンビーム加工では、ＡＪの加工
速度の方がＳｉＯ□の加工速度よシも早いため、チップ
内配線間を接続する目的で、Ｓｔ、２膜に穴明けをして
Ａ！！配線の表面を露出させる場合、加工終点のタイミ
ング設定が困難であシ、ＡＩ！配線が露出しなかったり
、あるいはＡＩ！配線を買通したシして、加工歩留シが
悪かった〇前記第２の従来技術では、単に一つの材質に
対する増速エツチングの！＃災を述べているだけで、２
種類の材質に対して高い選択性を得ることについては、
何ら言及していない。

そこで、本発明の第１の目的は、集束イオンビームによ
り多層配線ＩＣに穴明けする際、層の変わシ目で加工を
終了させ、高い加工歩留シを得る方法を提供することに
ある。

また、前記第１の従来技術では、次に述べるような問題
点がある。

第６図は、上層ＡＩ！配線５１（１μｍ厚）、層間絶縁
膜３２（１μｍ厚）、下層ＡＩ！配［１５（１μｍ）か
らなる多膚配線ＩＣの、上層１’配置ｆ！Ａ５１を集束
イオンビーム２１により切断する加工例を示している。

イオンビームのみによる加工では、Ａ／の結晶粒界の影
響等により、ＡＩ！を加工した底面に１５μｍ程度の凹
凸５４が生じる。このため、層間絶縁膜５２の中央に加
工深さを設定したとしても、凸部の残存Ａ／により、上
層ＡＪ配線６１が切断されずにいることがある。また、
加工深さを深く設定すると、下層ＡＩ！配線３３にまで
加工が達してしまい、下層ＡＩ！配線３３がスパッタさ
れて層間絶縁膜３２の側壁に付着し、上層ＡＩ！配線６
１との短絡を起こす可能性がある。

前記第２の従来技術では、このよう麦配線材料の結晶粒
界の影響を除去する方法について、何ら言及していない
。

そこで、本発明の第２の目的は、集束イオンビームによ
り多層配線ＩＣの配線の切断を行なう際、配線材料の結
晶粒界の影響を受けずに、配線の切断を行ない、高い切
断加工歩留シを得る方法を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記第１の目的は、穴明けすべき上層の材料に対しエッ
チャントとして働き、穴明けしない下層の材料に対して
はエッチャントとして働かない物質を供給しつつ加工す
るととにより達成される◎また、上記第２の目的は、結
晶粒界を持つ配線材料に対しエッチャントとして働く物
質を供給しつつ加工することにより達成される。

〔作用〕

例えばフッ素は、５１０２に対してはＳｉ　Ｆ４を形成
しガス化するので、エツチング作用を持つているが、Ａ
！！に対してはその作用がない◎したがって、フッ素系
のガス、例えばＳＦ６　ｖ　ＣＦ４　ｔ　　ＣＨＦ３等
を加工箇所に供給しつつ集束イオンビーム加工を行なう
と、５１ｏ２の加工速度だけが早くなる。

これＫよシ、Ａｌ配線の表面が露出した時点で加工を止
めるタイミング設定が容易となシ、高い加工歩留りを得
ることができる口 また、塩素はＡＩ！に対してエツチング作用を持ってい
るので、塩素系のガス、例えばＣＩ！２．Ｂ（、ｌ！、
。

ｃ　ｃｔ４等を加工箇所に供給しつつ集束イオンビーム
加工を行なうと、ＡＩ！の結晶粒界があっても、イオン
によるスパッタエツチング速度の差を目立たなくする程
の大きな増速効果が得られる。これにより、ｌ配線の加
工底面の凹凸を解消でき、・、高い配線切断加工歩留シ
を得ることができる。

〔実施例〕

まず、特許請求の範囲第１項記載の発明の一実施例を第
１図、第２図、第３図により説明する◎第１図は、集束
イオンビーム２１により工Ｃチップのパシペーシヲン膜
である厚さ３μｍの８１０２膜２２に穴を明け、下地の
Ａｊ配線２３を露出させる加工例を示しているｏ　Ａｌ
配線２３の厚さは１μｍである０本例では、エッチャン
トとしてフッ素を用い、ＳＦ６ガスをノズル２５よ）供
給しつつ加工を行なう。５１０２膜２２を加工している
間は、ＳＦ６が分解して生じたＦが８１と結合して５ｉ
ｒ４ガスを形成し、エツチングを増速する０このため、
イオンビームのみによるスパッタエツチングに比べ、Ｓ
Ｆ６ガスを加えることにより、数倍のエツチング速度が
得られる。ここで、イオンビームのみによるＭの単位ド
ーズ量当シのスパッタエツチング速度は５１０２のそれ
に比べ、約２倍である。

イオンビームのみによるスパッタ加工深さとドーズ量と
の関係を第２図に示す。ｌ配線２３を露出させるために
は、ドーズ量りは、 Ｄｌ＜Ｄ＜Ｄ、＋ｊＤ。

Ｄ、　；　５４０２膜２２に対するドーズ量ｊＤ、；　
Ａｉ！配線２５ｔ／Ｃ対ｆル）”　−スｍとする必要が
ある。この際、必要とする精度は、（精度）＝Ｌ匠 である。

一方、ｓｙ６ガスを加えた場合の加工深さとドーズ量と
の関係を第５図に示す０ここで、Ｓｌ　０２膜２２を３
μｍ加工するために必要なドーズ量Ｄ２は、ガスによる
エツチング増速効果を３とすれば、Ｄ２＝丁り。

である。ｌに対するガスのエツチング増速効果はほとん
どないから、 ΔＤ２＝ΔＤ。

したがって、この場合のＡＩ！配線２３を露出させるた
めに必要なドーズｔＤは、 Ｄ２くＤくＤ２＋４Ｄ２ であプ、必要とする精度は、 （精度）＝５１＝工・亘 Ｄ２５　　　Ｄ。

となシ、ガスを加えない場合の１／３ですむ。言いかえ
れば、それたけ高い加工歩留シを得ることができる＠ 特許請求の範囲第１項記載の発明の他の実施例を第４図
、第５図により説明する。

前述の実施例と同様に１パシベーシ１ン膜であるＳ１０
□腺２２に孔を明け、下地のＡＩ！配線２５を露出させ
る加工例である０まず、第４図に示すように、集束イオ
ンビーム２１のみによる加工で、ドーズ量制御によｐｈ
ｉ配＠２５が露出する近傍まで穴を明ける。加工深さ制
御の誤差があるので、１配朦２５の上面にＳｉＯ□膜２
２膜薄２残っている場合もある◎これを取除くため、最
終の仕上げ段階として、第５図に示すように、５１０２
のエッチャント、例えばＳＦ６ガス２４をノズル２５よ
シ供給する・このとき、さらにイオンビーム２１の加速
エネルギーを小さくする◇加速エネルギーを小さくする
と、ビームの焦点は若干ぼけるが、ここではスパッタエ
ツチング速度を下げ、ガスによる′Ｓ１０□のケミカル
エツチング速度を上げて、５ｉ０２／　Ａｌ！のエツチ
ング選択比を高くシ、ＡＩ！配線上に残ったＳ１０□膜
をわずかに取除くエツチングをすることが目的であるか
ら、わずかなビームの焦点ぼけは問題とならない。

上記の方法でＳｉＯ□膜をα５μｍ程度削シ取ることを
行なえば、万−ＡＩ！配線２３が露出していたとしても
、イオンビームの加速エネルギーを下げたことによるス
パッタエツチング速度の低下のため（当然エツチングガ
スＳＦ、はＡｉ！に対するエツチング作用を持たないの
で）、　ＡＩ！配線２３を削シすぎて切断してしまう恐
れはなくなる０次に、特許請求の範囲第２項記載の発明
の一実施例を第６図、第７図により説明する。

第６図は、集束イオンビーム２１によりエＣチップのパ
シベーション膜２２の下にある上層１配線３１を切断す
る加工例を示している。上層ＡＩ！配線３１の下には、
層間絶縁膜３２をはさんで下層ＡＩ！配線３３がある。

このため、前述したように、眉間絶縁膜３２の中央に加
工深さを設定しても、ＡＩ！の結晶粒界の影響で上層Ａ
Ｉ！配線６１の切シ残しが生じ、また加工深さを深くす
ると、下層１配線３３まで削ってしまう可能性が大きい
。

本実施例では、この場合、上層ＡＩ！配線３１が露出し
た後、ＡＩ！のエッチャントである塩ネを供給する。ノ
ズル２５から供給するエツチングガス２４としては、Ｃ
Ｉ！２．ＢＣｌ３．ＣＣ１ａ等を用いる。これによｆｉ
、　ｌのエツチング速度はイオンビームのみによるスパ
ッタエツチングに比べ大幅に増大するので、結晶粒界の
影響によるエツチングむらは解消し、上層ＡＩ！配線５
１を切シ残したシ、下層ＡＩ！配線３３Ｋまで加工が達
して上層１配線３１との短絡を生じることのない、第７
図に示すような艮好な結果が得られる。

〔発明の効果〕

特許請求の範囲第１項記載の発明によれば、集束イオン
ビームによる多層配線ＩＣの穴明は加工において、５１
０２膜等の穴明けすべき層とＡＩ！配線等の穴明けしな
い層のエツチング選択比を高くすることができるので、
層の変わ）目で加工を止めるタイミング設定が容易とな
シ、配線の露出加工歩留シが向上する効果がある。

また、特許請求の範囲第２項記載の発明によれば、集束
イオンビームによる多層配線ＩＣの配線切断加工におい
て、配線材料に対するエツチング速度を高め、配線材料
の結晶粒界による切シ残しをなくすことができるので、
配線の切断加工歩留シが向上する効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は特許請求の範囲第１項記載の発明の一実施例を
示す断面図、第２図および第５図は第１図に示した実施
例の説明図、第４凶Ｓｓ図は特許請求の範囲第１項記載
の発明の他の実施例を示す断面図、第６図は従来技術の
第２の問題点を示す断面図、第７図は特許請求の範囲第
２項記載の発明の一実施例を示す断面図、第８図は従来
のイオンビーム加工装置の構成図である。 ２１・・・集束イオンビーム、２２・・・パシペーシｖ
７１１Ｇｉ２３・・・ＡＩ！配線、２４・・・エツチン
グガス、２５・・・ノズル、３１・・・上層ＡＪ配線、
３２・・・層間絶縁膜、３３・・・下層Ｍ配線。 代理人　弁理士　小川勝男−′ζ 第１図 ｚｓ・ノズル 第２図　　　　　　第３０　　゛ ＣＨ劇）　　　　　　　　　　　ＣＰ哨）第４０ 第６図 第　８１￥１ １２・・テ１テクフ １４゛テ゛ル７フコント０−ラ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、集束イオンビームにより多層配線ＩＣに穴明けする
   際、穴明けすべき上層の材料に対しエッチャントとして
   働き、穴明けしない下層の材料に対してはエッチャント
   として働かない物質を供給しつつ加工するイオンビーム
   加工方法。 ２、集束イオンビームにより多層配線ＩＣの配線の切断
   を行なう際、結晶粒界を持つ配線材料に対しエッチャン
   トとして働く物質を供給しつつ加工するイオンビーム加
   工方法。