JPH0691089B2 - Metal film melting device - Google Patents

Metal film melting device

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JPH0691089B2
JPH0691089B2 JP28468686A JP28468686A JPH0691089B2 JP H0691089 B2 JPH0691089 B2 JP H0691089B2 JP 28468686 A JP28468686 A JP 28468686A JP 28468686 A JP28468686 A JP 28468686A JP H0691089 B2 JPH0691089 B2 JP H0691089B2
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film melting
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良一 向井
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Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 集積回路(以下、IC)のアルミニウム(Al)配線がバイ
アホール部分で細化し或いは断線することの無いよう、
エキシマレーザの如き高エネルギレーザ光を短時間照射
してAl膜を瞬間的に溶融再凝固させ、バイアホールにAl
が充填された状態を得る。この処理で照射エネルギが大
き過ぎてAlの蒸発が起こると可視光を発光するので、フ
ォトセンサでこれを検知することにより、Alの蒸発を監
視し、必要に応じてレーザ出力を制御する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Outline] In order to prevent aluminum (Al) wiring of an integrated circuit (hereinafter referred to as IC) from being thinned or broken in a via hole portion,
A high-energy laser beam such as an excimer laser is irradiated for a short time to melt and re-solidify the Al film instantaneously, and the Al is filled in the via hole.
To obtain the filled state. When the irradiation energy is too high in this process and evaporation of Al occurs, visible light is emitted. Therefore, by detecting this with a photosensor, the evaporation of Al is monitored and the laser output is controlled as necessary.

〔産業上の利用分野〕[Industrial application field]

本発明はICのAl配線の被覆性の改善に関わり、特に、バ
イアホールなどAl膜が不連続になりやすい部分にパルス
状のレーザ光を照射してAlを瞬間的に溶融再凝固させ、
ホールを充填する処理装置に関わる。
The present invention relates to the improvement of the coverage of the Al wiring of the IC, in particular, the Al film such as a via hole is apt to be melted and resolidified by irradiating a pulsed laser beam to a portion where the Al film is likely to be discontinuous,
Involved in processing equipment that fills holes.

ICの製造では、その内部配線を形成する金属皮膜はスパ
ッタリングで被着形成されることが多い。スパッタリン
グは電子ビームなどでターゲットから叩き出された金属
飛沫を基板に受ける処理であるから異方性が強く、傾斜
面や垂直面の被覆性に問題がある。
In the manufacture of ICs, the metal film forming the internal wiring is often deposited by sputtering. Sputtering is a process in which a substrate is exposed to metal droplets blown from a target by an electron beam or the like, so that it has a strong anisotropy and has a problem in the coverage of inclined surfaces and vertical surfaces.

特に近年、ICの高集積化に伴ってバイアホールの開口面
積が狭小になり、絶縁層上に堆積した金属膜とホール底
部に堆積した金属膜との間が不連続になり易くなってい
る。
In particular, in recent years, the opening area of via holes has become narrower with higher integration of ICs, and discontinuity between the metal film deposited on the insulating layer and the metal film deposited on the bottom of the hole is likely to become discontinuous.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

このような問題を解決する方策として、CVDのように被
覆性の良い堆積法で予めホールを充填しておき、その上
にスパッタリングで金属皮膜を被着形成すること等、種
々の処置がとられている。かかる処置は有効ではあるが
工程の大幅な増加を伴うものである。
As a measure to solve such a problem, various measures are taken, such as pre-filling holes by a deposition method with good coverage such as CVD and depositing a metal film on them by sputtering. ing. Although effective, such treatment is associated with a large increase in steps.

より簡単な工程で金属皮膜の被覆性を改善する方法とし
て、バイアホールなど被覆性の問題がある部分にパルス
状レーザ光を照射し、金属膜を瞬間的に溶融再凝固させ
ることが考えられている。これはAlが溶融中に表面張力
によって表面積が減少する方向に形状を変化させること
を利用するもので、例えばTuckerman et al,IEEE Elect
ron Device Letters,Vol.EDL-7,No.1(Jan.,1986),pp.
1-4には、Au皮膜とAl皮膜を対象としてレーザ光を照射
する処理が開示されている。
As a method of improving the coating property of the metal film in a simpler process, it is considered to irradiate a pulsed laser beam to a portion having a problem of the coating property such as a via hole to momentarily melt and re-solidify the metal film. There is. This utilizes the fact that Al changes its shape in the direction in which the surface area decreases due to surface tension during melting, for example, Tuckerman et al, IEEE Elect.
ron Device Letters, Vol.EDL-7, No.1 (Jan., 1986), pp.
1-4, a treatment of irradiating a Au film and an Al film with laser light is disclosed.

該論文はバイアホール部に生ずる金属膜表面の窪みを平
坦化するという視点で記述されており、本発明の如きバ
イアホールの充填を目的とする処理も形状的には平坦化
に含まれるものである。但しバイアホールの場合は、ホ
ールや被着材の形状により、ホール内に空洞を生じて表
面のみ平坦化されることがあり、開孔工程、Al被着工程
でこれに対処する配慮が必要である。
This paper is described from the viewpoint of flattening the depression on the surface of the metal film that occurs in the via hole portion, and the treatment for filling the via hole as in the present invention is also included in the flattening in terms of shape. is there. However, in the case of via holes, depending on the shape of the holes and the adherend, cavities may be created inside the holes and only the surface may be flattened, so consideration must be given to dealing with this during the opening process and Al adhesion process. is there.

パルス状レーザ光による金属膜の瞬間的溶融再凝固は、
温度上昇区域が限定されるので、形成済み素子の特性を
変化させることがないという長所を有するが、照射する
エネルギ量を適量に制御することが必要である。注入さ
れた熱エネルギが過大であると基板温度が上昇し、形成
済み素子の特性を変化させるばかりでなく、Alのように
沸点性を変化させるばかりでなく、Alのように沸点の比
較的低い金属では蒸発して配線層が消失することも起こ
る。
Instantaneous melting and resolidification of metal film by pulsed laser light
Since the temperature rising area is limited, it has an advantage that the characteristics of the formed element are not changed, but it is necessary to control the amount of energy to be irradiated appropriately. If the injected thermal energy is too large, the substrate temperature rises, which not only changes the characteristics of the formed element, but also changes the boiling point property like Al, and also has a relatively low boiling point like Al. The metal may evaporate and the wiring layer may disappear.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

既述したようにパルス状レーザ光による金属膜の瞬間的
溶融再凝固では照射するエネルギ量を適量に制御するこ
とが必要であるが、エキシマレーザはパルス毎の発光量
が不安定であり、確実に溶融するように動作条件を設定
すると、発光出力が上昇した時にAlの蒸発が起こる懼れ
が生ずる。
As described above, in the momentary melting and resolidification of a metal film by a pulsed laser beam, it is necessary to control the amount of energy to be irradiated to an appropriate amount, but an excimer laser is unstable in the amount of light emitted for each pulse and If the operating conditions are set so that the aluminum melts, the evaporation of Al occurs when the emission output rises.

Al膜の状態を常に監視しておき、蒸発が始まればレーザ
光照射を停止し或いは次回の動作をより低出力にすると
いった処置によってこの問題を解決することが出来る
が、それを自動化するには蒸発の開始を検知する手段を
用意しなければならない。
You can solve this problem by constantly monitoring the state of the Al film, stopping the laser irradiation when evaporation starts, or making the next operation lower output, but to automate it Means must be provided to detect the start of evaporation.

本発明の目的はAl膜の状態を監視し、蒸発の開始を検知
することによってレーザの動作を停止し、或いは次回の
発光エネルギ量を低下させることの可能なAl膜溶融装置
を提供することである。
An object of the present invention is to provide an Al film melting apparatus capable of monitoring the state of the Al film and stopping the operation of the laser by detecting the start of evaporation, or lowering the amount of emitted energy in the next time. is there.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

上記目的を達成するため本発明の装置は、高出力レーザ
装置とAl膜が形成された半導体基板を載置して平面内を
移動せしめるステージの他に、レーザ光の照射を受けた
Al膜から放射される可視光を検知する光検出制御装置を
具えている。
In order to achieve the above-mentioned object, the device of the present invention was irradiated with laser light in addition to a high-power laser device and a stage on which a semiconductor substrate having an Al film formed thereon was placed and moved in a plane.
It is equipped with a light detection control device for detecting visible light emitted from the Al film.

〔作用〕[Action]

紫外レーザ光の照射を受けてAlが蒸発する時には可視光
の発光を伴う。この可視光をフォトセンサで検知し、そ
の検知出力によってレーザ出力を制御する構成にすれ
ば、Al蒸発による配線不良の発生を減少させることが可
能になる。
When Al is evaporated by the irradiation of ultraviolet laser light, visible light is emitted. If the photo sensor detects this visible light and the laser output is controlled by the detection output, it is possible to reduce the occurrence of wiring defects due to Al evaporation.

この発光は、ICの内部配線に用いられるAl-1%Si、Al-1
%CuなどAlを主成分とする合金にも見られる。
This luminescence is generated by Al-1% Si, Al-1 used for internal wiring of IC.
It is also found in alloys containing Al as the main component, such as% Cu.

〔実施例〕〔Example〕

図に本発明の装置の構成が示されている。図で1はエキ
シマレーザを主構成体とするレーザ光源部であり、Qス
イッチが設けられる場合もある。Qスイッチはパルス幅
を制御するのに用いられ、必ずしも必要でない。ここで
使用されるエキシマレーザはアルゴンフルオライド(Ar
F)レーザで、発光波長は193nm、パルス幅15ns、エネル
ギ量は1ショット当たり130mJ〜170mJである。ビームの
太さはレーザ出力で2cm×1.8cm、これをレンズ2で集光
し1mm×0.6mmに絞り込むことによってエネルギ密度を高
めている。
The structure of the device of the present invention is shown in the drawing. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a laser light source section whose main constituent is an excimer laser, and a Q switch may be provided in some cases. The Q-switch is used to control the pulse width and is not necessary. The excimer laser used here is an argon fluoride (Ar
F) A laser, which has an emission wavelength of 193 nm, a pulse width of 15 ns, and an energy amount of 130 mJ to 170 mJ per shot. The thickness of the beam is 2 cm × 1.8 cm at the laser output, and this is condensed by the lens 2 and narrowed down to 1 mm × 0.6 mm to increase the energy density.

Al表面に於ける反射は無視出来ない問題であるが、前出
の論文ではAl膜にSiをコーティングしてレーザ光の反射
を軽減しているのに対し、本発明では単位面積当たりの
照射エネルギ量を大きくし、照射時間を短くすることに
より、コーティング処理なしに必要なエネルギを吸収さ
せている。前記論文の実験に用いられたレーザは波長50
4nmのダイレーザで、照射エネルギ密度は1J/cm2、パル
ス幅は0.6〜1μmである。
Reflection on the Al surface is a problem that cannot be ignored. In the above paper, the Al film is coated with Si to reduce the reflection of laser light, whereas in the present invention, the irradiation energy per unit area is reduced. By increasing the amount and shortening the irradiation time, the required energy is absorbed without coating treatment. The laser used in the experiments in the above paper has a wavelength of 50.
With a 4 nm die laser, the irradiation energy density is 1 J / cm 2 and the pulse width is 0.6 to 1 μm.

3はAl膜が形成されたシリコン基板、4はシリコン基板
を載置してX-Y平面を移動させるステージで、これは上
述のようにレーザ光の照射面積が小であることから、必
要な箇所すべてにレーザ光を照射するのに用いられる。
さらに強力なレーザ装置が得られれば、ビームを太くす
ることでチップ単位の照射処理も可能になるが、一回の
照射面積をあまり拡げ過ぎると好ましくない結果を招来
すると思われる。
3 is a silicon substrate on which an Al film is formed, 4 is a stage on which the silicon substrate is mounted and which moves in the XY plane. This is because the irradiation area of the laser beam is small as described above, so all the necessary parts It is used to irradiate a laser beam on the.
If a more powerful laser device can be obtained, it is possible to perform irradiation processing on a chip-by-chip basis by thickening the beam, but it is considered that undesired results will be brought about if the irradiation area for one irradiation is too wide.

5がフォトセンサである。レーザ光を過剰にAl膜に照射
するとAlの温度が沸点以上に上昇し、Alが蒸発する。そ
の際、可視領域の光を放出するので、これを検知してAl
の蒸発を知る。フォトセンサは通常のフォトダイオード
でよいが、レーザ光がAl表面で反射するので、この反射
光カットする必要がある場合はフィルタを使用する。
5 is a photo sensor. If the Al film is excessively irradiated with laser light, the temperature of Al rises above the boiling point and Al evaporates. At that time, it emits light in the visible range.
Know the evaporation of. The photo sensor may be an ordinary photodiode, but since the laser light is reflected by the Al surface, a filter is used when it is necessary to cut this reflected light.

光検出制御装置6はフォトセンサ5の検知状況を表示す
ると共に、必要に応じて制御信号を出力し、エキシマレ
ーザの出力を抑制する。エキシマレーザの出力制御はQ
スイッチを閉じる、或いは次回の発光量を減少させると
いう形で行われる。
The light detection control device 6 displays the detection status of the photo sensor 5 and outputs a control signal as necessary to suppress the output of the excimer laser. Output control of excimer laser is Q
This is done by closing the switch or decreasing the amount of light emitted next time.

酸化性雰囲気でAl膜を溶融すると表面の酸化が進み、融
液の形状変化が進行しなくなる懼れがあるので、本発明
の装置は非酸化性雰囲気で使用されることが望ましい。
真空中での処理も可能であるが、Alの蒸発が速やかにな
る。
It is desirable to use the apparatus of the present invention in a non-oxidizing atmosphere, because when the Al film is melted in an oxidizing atmosphere, the surface is oxidized and the shape of the melt does not change.
Treatment in vacuum is also possible, but Al vaporizes quickly.

ステージにヒータを設けてウエファを予熱しておけば、
レーザ光のエネルギ密度を低減する即ち照射面積を拡げ
ることが可能になる。その場合、予熱温度は再凝固を遅
らせない範囲に設定しなければならない。
If you install a heater on the stage and preheat the wafer,
It is possible to reduce the energy density of laser light, that is, to expand the irradiation area. In that case, the preheating temperature must be set within a range that does not delay resolidification.

Al膜のパターニングは溶融処理の後に行う。パターニン
グされたAl膜に溶融処理を施すと、その平面形状が変化
したり、Al膜に被覆されない部分の基板温度が上昇する
等、望ましくない変化が起こることがある。
The patterning of the Al film is performed after the melting process. When the patterned Al film is subjected to the melting treatment, an undesired change may occur, such as a change in the planar shape of the patterned Al film and an increase in the substrate temperature in a portion not covered with the Al film.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように、本発明の装置はAlの蒸発を検知す
る機能を備えているので、不安定なエキシマレーザの出
力が過大になったまま溶融処理を続行する事態を避ける
ことができ、バイアホール部分などの平坦化が安全に行
われるので、IC製造の歩留まりが高められる。
As described above, since the apparatus of the present invention has the function of detecting the evaporation of Al, it is possible to avoid the situation where the melting process is continued while the output of the unstable excimer laser is excessive, and Since the flattening of holes etc. is performed safely, the yield of IC manufacturing is improved.

また、Al膜の厚さにはウエファ間の偏りやウエファ内の
偏りが生ずるとが多いが、本発明によって膜厚に合わせ
た処理も可能となる。
In addition, the thickness of the Al film is often biased between the wafers and within the wafer, but according to the present invention, it is possible to perform processing according to the film thickness.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

図は本発明の装置の構成を示す図であって、図に於いて 1はレーザ光源部 2はレンズ 3はシリコン基板 4はステージ 5はフォトセンサ 6は光検出制御装置 である。 The figure shows the configuration of the apparatus of the present invention. In the figure, 1 is a laser light source section 2, 2 is a lens, 3 is a silicon substrate, 4 is a stage, 5 is a photosensor, and 6 is a photodetection control apparatus.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】高出力レーザ装置(1)と、 該装置から放射されるレーザ光の照射を受けたアルミニ
ウムを主成分とする皮膜が放射する前記レーザ光より長
波長の光を検知し、制御信号を出力する光検出制御装置
(6)と、 表面に前記アルミニウムを主成分とする皮膜が形成され
た半導体基板を載置して平面内を移動せしめるステージ
(4)とを具備して成る金属皮膜溶融装置。
1. A high-power laser device (1) and a light having a wavelength longer than that of the laser light emitted from a coating containing aluminum as a main component irradiated with the laser light emitted from the device is detected and controlled. A metal comprising a photodetection control device (6) for outputting a signal, and a stage (4) for placing a semiconductor substrate on the surface of which the film containing aluminum as a main component is formed and moving it in a plane. Film melting equipment.
【請求項2】前記高出力レーザ装置の光源がエキシマレ
ーザであることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
の金属皮膜溶融装置。
2. The metal film melting apparatus according to claim 1, wherein the light source of the high-power laser device is an excimer laser.
JP28468686A 1986-11-28 1986-11-28 Metal film melting device Expired - Lifetime JPH0691089B2 (en)

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JPS63137452A (en) 1988-06-09

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