JPH0713961B2

JPH0713961B2 - 半導体装置における配線形成方法およびその装置

Info

Publication number: JPH0713961B2
Application number: JP30841786A
Authority: JP
Inventors: 幹雄本郷; 克郎水越; 秀造佐野; 淳三東; 進相内; 貞雄大原; 文和伊藤; 朗嶋瀬; 聡原市; 貴彦高橋
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1986-12-26
Filing date: 1986-12-26
Publication date: 1995-02-15
Anticipated expiration: 2010-02-15
Also published as: JPS63164240A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は半導体装置の表面に配線を形成する技術に係
り、特に試作した半導体装置に部分的な不良が存在する
場合に不良箇所を特定し、補修するのに好適な半導体装
置における配線形成方法およびその装置に関する。

〔従来の技術〕

高性能化，高速化をめざして半導体装置の微細化，高集
積化が行われている。これに伴い、半導体装置の開発が
難かしくなって居り、開発期間の長期化を招いている。
かかる情況は、LSI設計にもカットアンドトライなる回
路製作技法が必要であることを示している。即ち、従来
の設計で十分に動作しないチップ上の不良部分を特定
し、当該部分に存在する配線を切断したり、任意の箇所
に布線を施したり、不良配線を補修して、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、それに引き
続く特性評価や、設計変更が迅速に行えることとなる。

一方、従来技術として特開昭59-168652号があり、集束
イオンビームによる半導体装置の配線の切断および穴あ
けの手段が示されている。即ち、集束イオンビームによ
る加工は0.5μｍ以下の加工が可能であること、どの様
な材料でもスパッタリングにより上層から順次容易に加
工が行えることなどから配線を切断したり、上下の配線
を接続する手順が示されているが、一つの配線から別の
配線へと接続を行う手段については何ら触れられていな
い。

また、エクステンデド・アブストラクツ・オブザ・セブ
ンティーンス・コンファレンス・オン・ソリッドステイ
ト・デバイセズ・アンド・マテリアルズ（1985年）第19
3頁から第196頁（Extended Abstracts of the 17th Con
ference on Solid State Devices and Materials,Toky
o,1985,pp.193〜196）などに述べられているように、レ
ーザCVD技術を用いてSiO₂で被覆されたSi基板上にMo配
線を形成する技術が示されている。しかし、現実の半導
体装置上に配線を布設するには、配線材料として十分に
低抵抗なものを、高速に形成することが必要であり、か
かる観点のみに立脚しても、従来技術は、そのままでは
適用できない。

配線布設が現実的な速度で行えたとしても、更に配線と
下地との密着強度が十分であること、十分な断面積を有
する配線形状が得られること等が要請される。

上記の従来技術には、CVD原料ガス圧を増加させるこ
と、レーザ出力を増加させること、レーザ光照射の相対
的走査速度を減少させることに依って、形成する配線材
料の膜厚を増加できる旨の記載がある。

しかし本件出願に係る発明者らの実験によれば、レーザ
CVDで形成した配線の膜厚を増加させると、当該配線が
剥離したり、クラック（ひび割れ）が生じてしまうこと
が明らかになった。また、レーザ出力を増加させると下
地、特に拡散層や接合部分が過熱され特性が劣化するの
みならず、下地の構造、例えばAl配線の存在、パシベー
ション膜の膜厚の大小により部分的に熱容量が異なるた
め、形成しようとする配線材料の膜厚及び配線幅が著し
く変化することも明らかになった。かかる問題点が解決
されない限り、半導体装置上への配線布設は実現不可能
である。

更に別の従来技術として、例えば特開昭60-236214号公
報，特開昭60-236215号公報に開示されているように、
レーザ光を吸収する核として、100Å以下の薄い膜を成
膜した後にレーザ光を照射してCVDを行わせ配線材料を
成膜する技術がある。しかし本件出願に係る発明者らの
実験によれば、100Å以下の薄い膜では配線材料と下地
との密着強度が不十分であり、レーザ光の吸収が不十分
で下地が過熱され特性の劣化を生じさせることが明らか
になっている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

第１の従来技術は上記の様に、一つの配線から別の配線
へと接続を行う手段については何ら触れられておらず、
また第２の従来技術においては次の様な具体的問題点が
未解決である。即ち、（１）析出させ布設した配線が、半導体装置表面から剥
離してしまったり、ひび割れ（クラック）が生じてしま
う。

（２）配線布設の際に、レーザ光を照射しているが、レ
ーザ光照射が配線の下地となる下層を過熱してしまう。

（３）（２）の結果、析出過程が下地となる下層の熱容
量に依存することとなり、下層に熱容量の小さい材質か
らなる下地構造があると、布設したい配線の厚み及び幅
が極端に太くなり、配線幅を均一に保つのが困難であ
る。

さらには第１の従来技術により半導体装置の絶縁膜に穴
あけを行なって接続が必要な配線の一部を露出させた後
に大気にさらすと、配線の表面に酸化膜が形成されレー
ザCVDにより配線を形成しても接続抵抗が大きい、ある
いは全く導通しないという課題を有する。

本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決すべく、ほ
ぼ完成後半導体装置において所定箇所の配線とレーザCV
Dで形成する補修配線との間で確実に導通をとって接続
でき、その結果完全な動作が得られるようにして半導体
装置の特性評価や設計変更を迅速に行うことができるし
た半導体装置における配線形成方法およびその装置を提
供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は半導体装置表面のクリーニング、絶縁膜への
穴（窓）あけ、（必要に応じて配線の切断）、緩衝膜の
形成、配線布設までを、半導体装置を途中で高真空環境
から脱却させること無く行うことで達成される。

即ち、本発明は、半導体装置の表面をクリーニングする
クリーニング工程と、該クリーニング工程によって表面
がクリーニングされた半導体装置の接続を必要とする複
数個所の配線上の絶縁膜に集束したイオンビームを照射
して複数の微細な穴をあけて配線表面を露出させる微細
穴あけ工程と、該微細穴あけ工程によって穴あけされた
穴の内部および穴の間の絶縁膜上に緩衝膜を形成する緩
衝膜形成工程と、該緩衝膜形成工程によって穴の内部お
よび穴の間の絶縁膜上に形成された緩衝膜上にレーザビ
ームCVDにより金属を析出させて補修配線を形成して前
記配線間を電気的に接続する補修配線布設工程と、前記
緩衝膜の不要部分を除去する除去工程とを有し、前記ク
リーニング工程後少なくとも微細穴あけ工程、緩衝膜形
成工程および補修配線布設工程まで半導体装置を大気に
さらすことなく所望の雰囲気内で処理して前記露出され
る配線表面および緩衝膜の表面が少なくとも酸化される
のを防止することを特徴とする特徴とする半導体装置に
おける配線形成方法である。また本発明は、半導体装置
を真空中でクリーニングする手段と、半導体装置表面に
形成されている絶縁膜（多層配線の場合には層間絶縁膜
を含む）に窓あけを施し配線の一部を露出させる手段
（必要に応じて配線の切断を行う手段も兼ねる）と、半
導体装置の最上層（半導体装置表面）を構成する材料お
よび布設しようとする配線材料に対して物理的密着性に
富む導電体であって、配線布設に用いるレーザ光の吸収
率が高い材料から成る緩衝膜を、少なくとも半導体装置
の一部に形成する手段と、当該緩衝膜に対してCVDガス
雰囲気内で相対的に走査しながらレーザ光を照射する手
段が主たる構成要素である。

これらの手段により、半導体装置を単一の真空容器、あ
るいはゲートバルブで連結された複数の真空容器内で大
気にさらされることなく処理することにより、上記目的
が達成される。

配線布設後には前記緩衝膜を除去する必要があるので、
本願の実施例においては気相で除去するスパッタエッチ
ング手段が開示されて居るが、配線布設後は大気中を持
ち運び、液相でエッチングする手法も可能である。但
し、液相でエッチングする場合は薬液の純度を考慮し、
容器から溶解する不純物の対策を講ずる必要があるが、
ここではこれ以上は触れない。

〔作用〕

集束イオンビームにより絶縁膜に窓あけされ露出した半
導体装置の配線（主としてAl配線）は極めて活性で酸素
と結合して酸化膜を作りやすい。このため窓あけを施し
た後に大気にさらすことなく同一真空容器内で、或はゲ
ートバルブを介して連結した真空容器内へ移動して、半
導体装置表面に緩衝膜を形成すれば、酸化膜により接続
抵抗の増大が生ずることがない。

ここで定義した緩衝膜とは、具体的には、Mo,Cr,W,Niと
いった金属、或いは活性不純物を含んだSi,Ge,GaAs,ポ
リシリコンといった半導体、金属とシリコンの合金であ
るシリサイドである。これらの物質は、半導体装置の表
面を覆うSiO₂パッシベーション膜や、レーザCVDで布設
される配線材料との密着性が優れている。

このため半導体装置表面から配線材料を剥離することな
く、布設後の配線材料にクラックが生じることもない。

また、緩衝膜はCVD現象を生じさせるレーザ光に対して
吸収率が高いので、レーザ出力を増加せずとも配線材料
の析出が可能であり、制御性の良いCVDが行える。換言
すれば、レーザ光を高速で走査しても配線の布設ができ
る。

更に、緩衝膜があるために布設する下地の材質構造の影
響を緩和できるので、布設する配線の幅及び膜厚を一定
に保ち易くなる。逆に、緩衝膜がレーザ光のエネルギー
の大部分を吸収し、一部分を反射するので、配線の下地
への熱的影響を減少できる。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例である配線布設装置の全体構
成を示している。

ロードロック室１はゲートバルブ２を介してメインチャ
ンバ３と連結されており、各々、真空ポンプ4,4′によ
り、配線5,5′及びバルプ6,6′を介して排気できる構成
となっている。ロードロック室１にはウェハ７（あるい
は必要に応じてチップ）を載置するための試料台８及び
上部電極９が設けられ、更には流量調整用のバルプ10,
配管11を介してArガスボンベ12に接続されている。

また、メインチャンバ３内にはウェハ７′を載置しＸ−
Ｙ−Ｚ−θに移動可能なステージ13が設置され、流量調
整用のバルブ14,15、配管16,17を介してそれぞれCVD原
料ガスボンベ18、Arガスボンベ19に接続されている。さ
らにメインチャンバ３にはイオンビーム光学系20が設置
され、例えば液体金属イオン源から放出された金属イオ
ンを微細に集束し、一定領域を走査させることによりス
パッタリング加工が行なえる構成になっている。さらに
メインチャンバ３にはスパッタ用ターゲットを有するス
パッタ上部電極21が設けられている。さらに、レーザ光
透過用の窓22が設けられ、Arイオンレーザ発振器23から
発振されたレーザ光24がレーザ光学系25を介して対物レ
ンズ26で集光してウェハ７′に照射できる構成となって
いる。レーザ光学系25にはTVカメラ27が取付けられてお
り、モニタ28によってウェハ７′の表面が観察できる構
成となっている。

次に各部の機能および本発明にかかる配線形成の手順に
ついて説明する。

不要な配線の切断も含めて配線を形成すべきウェハ７を
ロードロック室１内の試料台８上に載置し、密閉した
後、バルブ６を開けて、真空ポンプ４によりロードロッ
ク室１内を１×10^-7Torr以下まで排気する。このときの
真空度は１×10^-5Torrでも、場合によっては許容され
る。

その後、流量調整用バルブ10を開き、Arガスボンベ12か
らArガスをロードロック室１内に導入し、Arガス圧が数
mTorrとなる様にバルブ10を調整する。この状態で高周
波電源（図示せず）からの高周波電力を試料台８に印加
する。この時、上部電極９はアースレベルに保たれる。
これにより試料台８およびウェハ７と上部電極９の間に
Arプラズマが発生し、Ar⁺イオンがウェハ７表面をスパ
ッタリングする。これにより、ウェハ７表面に付着して
いる汚染源（水分，ゴミ，よごれ）を除去する。

その後、高周波電力の印加を停止し、バルブ10を閉じ、
バルブ６を開いてロードロック室１内のArガスを排気す
る。その後、ゲートバルブ２を開いて搬送機構（図示せ
ず）によりウェハ７をメインチャンバ３内のＸ−Ｙ−Ｚ
−θステージ13上に載置する。この時、メインチャンバ
３内は１×10^-7Torr程度の高真空に保たれている。

ウェハ７′はステージ13によりレーザ透過用の窓22直下
に移動され、対物レンズ26,TVカメラ27,およびモニタ28
で観察しながらZ,θ方向の調整を行う。その後、配線形
成を行うべきチップの基準位置（ターゲットマーク，あ
るいはチップの特定箇所）を位置合せし、ステージ13を
駆動してイオンビーム光学系20の直下に移動する。ここ
では予備的な位置合せをレーザ光学系25、対物レンズ2
6、TVカメラ27、モニタ28で行なったが必ずしも必要で
はなく、後述するイオンビーム光学系20で走査イオン顕
微鏡像を観察しながら行っても良い。

イオンビーム光学系20は第２図に示す様に、イオン源
（例えばGa等の液体金属イオン源）31、その下部に設け
られた引出し電極32、静電レンズ33ブランキング電極3
4、デフレクタ電極35、二次電子検出器36、電子シャワ
ー37から構成されている。

引出し電極に高電圧を印加することにより、イオン源31
から金属イオンビーム38（Gaイオン源の場合にはGaイオ
ン）が放出され静電レンズ33により0.1〜0.5μｍφに集
束され、ウェハ７′上に照射される。この時、デフレク
タ電極35によりイオンビーム38を走査することにより一
定領域のスパッタリング加工が行なる。また、デフレク
タ電極35に印加する信号に同期させて二次電子検出器36
から得られる信号をモニタ39上に表示することにより、
走査イオン顕微鏡像としてウェハ７′表面の観察を行う
ことができる。ここで、電子シャワー37はチップ（ウェ
ハ）表面がイオンビーム38により正に帯電するのを防止
するためのものである。なお、イオン源31の加熱用電
源、各電極32,34,35静電レンズ33、電子シャワー37用の
電源は図示していない。モニタ39上の走査イオン顕微鏡
像を見ながらチップの基準位置を例えばイオン光学系20
の光軸中心に位置合わせする。その後、設計データに従
ってステージ13を駆動して切断すべき配線位置あるいは
接続すべき配線位置に移動する。この時、イオンビーム
38はブランキング電極34により曲げられ、チップ上には
到達しない。

移動が終了すると、偏向させないときの光軸を中心に、
切断の場合は配線巾より広く（ただし隣接する配線には
照射されない範囲で）走査領域を設定して、接続の場合
には配線巾と同程度に走査領域を設定して、それぞれイ
オンビーム38を必要な時間、照射する。照射時間は加工
速度を予め測定しておくことにより設定できるし、加工
深さをモニタする手段を用いても良い。イオンビーム38
による加工、ステージ13の移動を繰返すことにより、必
要な配線の切断および接続すべき配線への窓あけが終了
する。なお、本実施例ではイオンビーム照射による二次
電子を利用した観察について説明して来たが、二次イオ
ンを利用した観察も併用することができる。特に加工深
さをモニタする手段として、二次イオンを利用する方法
が有効であるが、ここではこれ以上触れない。

次にステージ13を駆動して、ウェハ７′をスパッタ電極
21の直下に移動する。イオンビーム38がメインチャンバ
３内に照射される開口部分にはゲートバルブ40が設けら
れており、イオンビーム38照射が終了した時点で閉じら
れイオンビーム光学系20を真空に保つ。メインチャンバ
３内は流量調整用バルブ15（第１図）、配管17を介して
ボンベ19よりArガスを導入しArガス圧が数mTorrとなる
様にバルブ15により調整する。スパッタ電極21にはCrタ
ーゲットが設置されており、これに高周波電力を印加
し、ステージ13はアースレベルに保たれる。高周波電力
印加により発生したArプラズマ中のAr⁺イオンがCrター
ゲットをスパッタリングすることによりCr原子が飛び出
し、ウェハ７′表面に付着する。これにより数100〜100
0Å程度のCr膜を形成できる。この緩衝膜としてのCrの
膜厚は300Å程度でその効果を奏することができ、１μ
ｍ程度まで厚くしても下地（半導体装置表面）との密着
性は良好である。後の工程で緩衝膜の除去が必要な場合
には、下地である半導体装置表面上のパッシベーション
膜（SiO₂）および半導体装置表面上に布設するMo等の配
線の膜厚が、後のエッチング工程でどこまで削られても
かまわないかに依存して、緩衝膜の膜厚を決めることと
なる。

尚、半導体装置全面に緩衝膜を付ける必要はなく、適
宜、マスク手段を設けて、配線の布設が必要な箇所及び
その近辺のみに緩衝膜を成膜すれば、後のエッチング工
程が多少、楽になろう。

本実施例では、パッシベーション膜が１〜２μｍおよび
後述されているようにMo等の配線が0.2〜２μｍで、と
してのCrが500Åであるので、多少強めにエッチングを
施しても、半導体装置の特性に影響はない。

上部電極９にMoターゲットを用いれば緩衝膜としてMoを
成膜できる。この場合のMo膜厚も後のエッチング工程に
いかなる手段を用いるかで、数100〜1000Åの範囲で適
宜決定する必要がある。

緩衝膜を成膜後、バルブ15を閉じてメインチャンバ３内
を１×10^-7Torr程度まで排気し、ステージ13を駆動させ
てウェハ７′を窓22直下に移動する。窓22を介してレー
ザ集光用対物レンズ26、TVカメラ27、モニタ28により配
線布設を行うべき半導体装置上の一定位置（例えばター
ゲットマーク）とモニタ28上のマーカ（例えば電子ライ
ンの交点）を一致させる。そして設計上の寸法に従って
Ｘ−Ｙステージ13を駆動して、接続を要する部分、即ち
パッシベーション膜および必要に応じて層間絶縁膜に窓
が形成され配線が露出した部分、とマーカを一致させ
る。このマーカは、レーザ光19を照射した場合の集光位
置である。

本発明で用いられるレーザCVD技術は、レーザ光の照射
位置に発生する熱エネルギーにより、当該発熱位置近傍
に浮遊するCVD用原料ガスを分解して堆積させるもので
ある。

バルブ14を開き、CVD原料ガスボンベ18から配管16を介
してCVDガスをメインチャンバ３に導入するとともに、
バルブ６′を閉じてCVDガスを一定圧力で閉じ込める。
ここではCVDガスとしてMo(CO)₆（モリブデンカルボニ
ル）を用い、0.1Torr前後の圧力になる様に調整する。
なお、必要に応じてAr,He等の不活性ガスを導入して大
気圧付近まで圧力を上げても良い。また、Mo(CO)₆は室
温では白色固体であり昇華による蒸気圧が低いため、ボ
ンベ18、バルブ14、配管16を加熱する必要がある。（図
示せず）。

ここでArレーザ発振器23よりArレーザ24を発振させレー
ザ光学系25、対物レンズ26により集光しつつ、窓22を介
してウェハ７′上の穴あけされ配線が露出している部分
（以下、窓内部と称す）に当該レーザ光を照射する。レ
ーザ出力にもよるが、数秒〜数10秒で窓内部にMoを析出
させることができる。完全に窓内部を埋め込んだ後、シ
ャッタ（図示せず）によりレーザ光24を遮断し、制御装
置（図示せず）により設計、寸法あるいは予め設定され
た寸法だけステージ13を移動させ、対をなす接続すべき
部分（配線が露出している部分）とマーカを一致させ
る。位置合せ終了後、シャッタを開いてレーザ光24を照
射し、窓内部をMoで埋め込む。

複数箇所の接続を行う場合は上記動作を繰返し、全ての
窓内部の穴埋めを終了すると、次に穴埋めした部分と穴
埋めした部分の接続、即ち配線形成を行う。まず、一方
の穴埋めした部分に位置合せを行った後、レーザ光24を
照射しながら、ステージ13を予め設定された経路に従っ
て一定速度で移動させ、Mo配線を形成する。そして他方
の穴埋め部分までMo配線を形成しながら到達した時点
で、レーザ光24の照射を停止する。複数の配線を布設す
る場合は上記動作を繰り返す。なお、これらの穴埋め、
配線形成はレーザ光19のON・OFFおよびステージ13の移
動により達成されるが、接続すべき点を予め座標として
入力しておくことにより、常時のシーケンス制御、数値
制御あるいはその組合せにより、自動的に行うことがで
きる。

本実施例ではCVD原料ガスとしてMo(CO)₆を用い、Mo配線
を布設する例を示したが、ガスとしてCr(CO)₆,W(CO)₆,N
i(CO)₄といった金属カルボニル、MoF₆,WF₆といったハロ
ゲン化合物、Al(CH₃)₃,Cd(CH₃)₂といったアルキル化合
物を用いることができ、とくにプロセスは変わらない。

配線布設が全て終了した後、バルブ６′を開きMo(CO)₆
を排出する。10^-7Torr程度まで排気して、ゲートバルブ
２を開きウェハ７′をロードロック室１内の試料台８上
に移動させる。ゲートバルブ２を閉じた後、Arガスボン
ベ12のバルブ10を開いてArガスをロードロック室１に導
入し、Arガス圧が数mTorrに保たれる様に調整する。そ
の後、上部電極９をアースレベルにし、試料台８に高周
波電力を印加してArプラズマを発生させ、Ar⁺イオンで
ウェハ７表面をスパッタリングする。これにより、ウェ
ハ７表面に形成されていた緩衝膜としてのCr膜を除去す
ることができる。なお、レーザCVDにより形成されたMo
膜も表面がスパッタリングによりけずられるが、通常Mo
配線は0.2〜２μｍの膜厚に形成するので、数100〜1000
Å程度のCr膜を除去する条件であれば問題にならない。

尚、密着性を向上させるには、緩衝膜として、100Å以
上の膜厚が必要なことが経験的に得られている。

これらの処理を終了することにより、ウェハ上に必要と
する配線を布設することができた。

ここで、さらに第３図によって本発明の配線形成方法に
ついて詳しく説明する。第３図（ａ）は配線切断および
配線布設を要する半導体装置の断面を示している。本発
明においては半導体装置を多数登載したウェハを直接の
配線布設対象としても良いし、半導体装置１つを登載し
たチップを対象としても良い。

Si基板50（第２図（ａ））上にSiO₂膜51を介して１層目
のAl配線52が形成され、層間絶縁膜53を介して２層目の
Al配線54が形成され、さらにその上にウェハを保護する
ためのパシベーション膜55が形成されている。このよう
に、完成した（あるいは途中段階のものも同様だが）半
導体装置は大気中で特性評価等を行うため、よごれ、あ
るいは水分等の汚染物56が表面に付着している。またプ
ロセス中に生じた反応生成物が付着している場合もあ
る。このまま配線形成を行うと、配線膜（緩衝膜も含め
て）の付着力低下、場合によっては配線膜の剥離が生じ
る恐れもある。

そこで第３図（ｂ）に示す様に、スパッタクリーニング
により、汚染56を除去する。その後、大気にさらすこと
なく第３図（ｃ）に示す様に、集束イオンビーム加工に
より配線の切断57、および接続を要する部分へのパシベ
ーション膜55および必要に応じて層間絶縁膜53に窓58,5
8′を形成して、接続を要する配線の一部を露出させ
る。

その後、大気にさらすことなく第３図（ｄ）に示す様に
パシベーション膜55に対して密着性が良く、導電性を有
し、かつレーザ光の吸収率の高い膜59（具体的にはクロ
ム膜）をスパッタにより数100〜1000Åの厚さで全面に
成膜する。しかる後、Mo(CO)₆（モリブデンカルボニ
ル）ガス雰囲気中でArレーザを集光照射することによ
り、まず穴58,58′をMoで埋め込む。ついで、穴58と穴5
8′の間をArレーザ光を照射しながらウェハを移動する
ことにより、第２図（ｅ）に示す様にMo配線60を形成す
る。そして不要なCr膜を除去することにより第２図
（ｆ）に示す様に布設が完了する。

ここでレーザ光源としてArレーザが用いられているが、
緩衝膜に吸収されて熱に変わり得る波長のレーザ光源で
あれば使用可能である。但し、連続発振の方が望まし
い。例えばクリプトン（Kr）レーザ、YAGレーザ（高調
波発振も含む）、加工部分の寸法が許せばCO₂レーザが
挙げられる。

またCr膜59はArレーザ光に対し、その膜厚が300Åでは
約14％、600Åのとき約２％の透過率であり、他のレー
ザ光源に対しても透過率は極端に変わらないので、下地
へのレーザ照射による熱影響を防止することができる。
また、Cr膜59がレーザ光を吸収して発熱し、そこで分解
反応が起きてMo膜が析出するため、パシベーション膜
厚、Al配線の有無等の下層の影響が小さく、Mo配線60の
膜厚、配線幅の変化も小さい。さらには、Cr膜自体がAl
配線と比較して反射率が低く、また熱伝導率も小さいの
で、Cr膜59がない場合に比べて低いレーザ出力でもMo配
線60が形成できるし、同じ出力の場合にはより高速で形
成できる。また、一連の工程を同一装置内で処理できる
のでAl配線52表面の酸化物、あるいはCr膜59表面の酸化
物が新たに生成することもなく、接続抵抗の小さい良好
な配線を布設できる。

なお、本実施例では予め全面に形成したCr膜のうち不要
部分を除去するためにスパッタ・エッチングを行った
が、第２図（ｅ）に示す状態で大気中に取り出しても、
特に不都合はない。このため、ウエットエッチングの手
法により不要Cr膜を除去することもできる。即ち、例え
ばエッチング液として水１に硝酸第２セリウム・アン
モンCe(NO₃)₄・2NH₄NO₃200gを溶解させたものを用い、室
温で約30秒間浸漬することにより、500ÅのCr膜を除去
することができる。

次に本発明の配線布設装置の別な実施例を第４図に示
す。なお第１図と同じ部分は同一番号で示してある。

ロードロック室１はゲートバルブ２によりスパッタ室65
に連結されており、真空ポンプ４により、配管５、バル
ブ６を介して排気できる構成となっている。ロードロッ
ク室１にはウェハ７を載置するための試料台７および上
部電極９が設けられ、さらには流量調整用のバルブ10、
配管11を介してArガスボンベ12に接続されている。

またスパッタ室65はゲートバルブ66によりイオンビーム
加工室67に、ゲートバルブ68によりレーザCVD室69に連
結されており、真空ポンプ70により配管71、バルブ72を
介して排気できる構成となっている。またスパッタ室65
にはウェハ７′を載置するための試料台73およびスパッ
タ用ターゲットを有する上記電極74が設けられ、さらに
は流量調整用のバルブ75、配管76を介してArガスボンベ
77に接続されている。なおArガスボンベ77はArガスボン
ベ12と共用しても良い。

イオンビーム加工室67にはウェハ７″を載置し、Ｘ−Ｙ
−Ｚ−θに移動可能なステージ80が設置され、イオンビ
ーム光学系20により任意箇所にイオンビームを照射でき
る構成となっている。また、真空ポンプ81によりバルブ
82、配管83を介して排気できる構成となっている。

レーザCVD室69はウェハ７″を搭載し、Ｘ−Ｙ−Ｚ−θ
に移動可能なステージ84が設置され、流量調整用のバル
ブ85、配管86を介してCVD原料ガスボンベ87に接続され
ている。そして真空ポンプ88によりバルブ89、配管90を
介して排気できる構成となっている。さらにレーザCVD
室69にはレーザ透過用窓22が設けられ、Arイオンレーザ
発振器23から発振されたArイオンレーザ光24がレーザ光
学系25を介して対物レンズ26で集光してウェハ７に照
射できる構成となっている。

上記構成において、ウェハ７をロードロック室１内の試
料台８に載置し、密閉後排気し、その後数mTorrの圧力
となる様にArガスを流しながら、上部電極９をアースレ
ベルに、試料台８に高周波電力を印加し、Ar⁺イオンの
スパッタリングによりウェハ７の表面をクリーニングす
る。その後、バルブ10を閉じ、バルブ６を開いて真空ポ
ンプ４により十分に排気する。その後、ゲートバルブ２
を開いてウェハ７をスパッタ室65内の試料台73上に搬送
手段（図示せず）により移動する。

ここでゲートバルブ２を閉じ、ゲートバルブ66を用いて
ウェハ７′をイオンビーム加工室67内のステージ80上に
搬送手段（図示せず）により移動する。ここで、イオン
ビーム光学系20（詳細については第２図参照）により、
イオン走査顕微鏡像を観察しながら、ウェハ７″内の処
理を行うチップの例えばターゲットマーク等によりＸ−
Ｙ−Ｚ−θの位置合せを行う。その後、設計上の寸法に
従ってステージ80を移動させ、切断を要する部分ではイ
オンビームを照射して配線を切断し、接続を要する部分
ではイオンビームによりパシベーション膜あるいは必要
に応じて層間絶縁膜に窓を形成して、配線の表面を露出
させる。

必要な切断、窓形成を全て終了すると、ゲートバルブ66
を開きウェハ７″をスパッタ室65内の試料台73上に搬送
手段（図示せず）により移動する。ゲートバルブ66を閉
じ、バルブ75を開いてArガスボンベ77よりArガスを導入
し、数mTorrの圧力に調整しながら上部電極74に高周波
電力を印加する。試料台73はアースレベルにある。これ
によりAr⁺イオンがターゲットをスパッタリングし、Cr
原子がウェハ７′上に付着して、Cr膜を成膜する。そし
て所定の厚さ（数100〜1000Å）に成膜した後、高周波
電力の印加を停止し、バルブ75を閉じてArガスを排気す
る。

次にゲートバルブ68を開いてウェハ７′をレーザCVD室6
9内のステージ84上に搬送手段（図示せず）により移動
し、ゲートバルブ68を閉じる。その後、バルブ85を開き
CVD原料ガスボンベ87よりMo(CO)₆ガスをレーザCVD室69
内に導入し、一定圧力としてバルブ85を閉じる。この
時、ウェハ７″の表面は対物レンズ26、TVカメラ27、モ
ニタ28により窓22を透過して観察できる。ここでステー
ジ84によりＺ方向、θ方向の調整を行った後、レーザ光
24の集光位置とチップのターゲットマークを、Ｘ−Ｙに
移動して一致させた後、設計上の寸法に従ってステージ
84を移動させて、接続を要する部分、即ちイオンビーム
加工によりパッシベーション膜および層間絶縁膜に窓
（穴）が形成されて配線が露出した部分と、レーザ光の
照射位置を一致させる。

ここでArレーザ発振器18よりレーザ光19を発振させ、レ
ーザ光学系20、対物レンズ21により集光しつつ、窓17を
介して穴内部にレーザ19を照射する。これにより穴内部
にMoを析出させ、埋め込む。必要に応じて全ての接続を
要する穴を埋め込んだ後、設計寸法、あるいは予め設定
された寸法に従い、埋め込まれた部分と埋め込まれた部
分の間を、ステージ49により移動しながらレーザ光19を
照射して接続、即ちMo配線の布設を行う。

全ての配線を形成した後、バルブ89を開いてMo(CO)₆を
排出し、ゲートバルブ68を開いてウェハ７をスパッタ
室65へ、さらにはゲートバルブ２を開いてロードロック
室１の試料台７上へと搬送する。ゲートバルブ２を閉じ
た後、Arガスボンベ12よりArガスをロードロック室１に
導入しつつ、Arガス圧を数mTorrに保たれる様に調整す
る。

その後、試料台47に高周波電力を印加し、Ar⁺イオンに
よるスパッタリングでウェハ７表面に形成されていたCr
膜を除去する。当然、Mo配線表面もスパッタリングされ
るが、通常Mo配線は0.2〜２μｍの膜厚に形成するの
で、数100〜1000Å程度のCr膜を除去する条件であれば
問題にならない。

第４図に示した装置による各工程での断面形状も第３図
での説明と全く同じであり、同様の効果が得られる。

尚、第１図および第４図で説明した装置では、スパッタ
リングによるクリーニングと、スパッタによる緩衝膜の
成膜を別の電極で行う様に説明したが、同一電極で行う
ことも可能である。即ち第４図を例にとって説明する
と、スパッタ室65内の試料台73を下部電極とし、数mTor
rのArガス雰囲気内で下部電極73に高周波電力を印加
し、上部電極74をアースレベルに保つことにより、下部
電極73上に載置したウェハ７′の表面をクリーニングす
ることができる。そして同じ雰囲気で上部電極74に高周
波電力を印加し、下部電極73をアースレベルに保つこと
により、上部電極74に取りつけたターゲットにより、下
部電極73上に載置したウェハ７′上に成膜することがで
きる。この場合、クリーニングおよび成膜兼用のスパッ
タ室をロードロック室とも兼用させてもよいし、別にロ
ードロック室を設けても良い。また第１図および第４図
におけるロードロック室１をスパッタクリーニング室と
し、別に専用のロードロック室を設けても良い。さらに
は、クリーニング、スパッタ成膜、イオンビーム加工、
レーザCVDの配置についても本実施例に限定されるわけ
ではなく、装置構成上の要求から配置を適宜変更して
も、本発明の趣旨から外れるものではない。

次に第５図に緩衝膜を成膜する機構部分の別の実施例を
示す。これは、第１図では上部電極21に、第４図ではス
パッタ室65に、それぞれ対応する機構部分であり、成膜
手段として真空蒸着室95を用いるものである。

即ち、電子銃96から放射される電子線97により、るつぼ
98内に設置された蒸着材料99を加熱・蒸発させて試料台
100に固定されたウェハ表面に金属あるいは半導体膜を
形成するものである。試料台100は回転軸101により回転
可能な構造をしており、イオンビーム加工室67で配線切
断および窓あけされたウェハはゲートバルブ66を介して
試料台100上に移動・固定される。その後で試料台100は
180°回転し、ウェハ表面が下向きの状態でシャッタ102
を開いて、蒸着を行う。

当然のことながら、蒸着室95内は真空ポンプ103によ
り、バルブ104、配管105を介して十分な真空度に保たれ
ている。ウェハ表面への蒸着が終了するとシャッタ102
を閉じ、試料台100を回転させてウェハを上向きとし、
ゲートバルブ68を介してレーザCVD室へ搬送される。

また第６図に緩衝膜を成膜する機構部分の別の実施例を
CVD室110として示す。第４図に示すスパッタ室65のかわ
りに使用することができる。即ち、ヒータを有する試料
台111とCVD原料ガスボンベ112,バルブ113,配管114,ノズ
ル115を備え、また排気系として真空ポンプ116,バルブ1
17,配管118を備えている。

イオンビーム加工室67で配線切断および窓あけされたウ
ェハ７はゲートバルブ66を介して試料台111上に移動さ
れる。試料台111のヒータによりウェハ７が必要な温度
に加熱されてから、CVD原料ガスボンベ112から当該ガス
を調整バルブ113,配管114を介してノズル115からウェハ
７上に流しながら金属あるいは半導体膜を形成する。必
要な膜厚が形成されるとバルブ113を閉じ、十分に排気
した後、ゲートバルブ68を介してメインチャンバにウェ
ハ７を移動する。この後の配線形成工程、および不要膜
の除去工程は第１図および第４図における工程と同一で
ある。これらにより第１図、第４図に示した配線布設装
置とほぼ同じ効果が得られる。

また本発明の実施例においては、それぞれの装置の構成
および機能を説明したが、たとえばバルブを電磁バルブ
あるいは空気作動バルブに、流量調整用バルブを上記電
磁バルブあるいは空気作動バルブと流量制御装置（マス
・フロー・コントローラ）を使用することにより、ウェ
ハをロードロック室に挿入してから、配線布設が完了す
るまでを、シーケンス制御、あるいは数値制御等により
完全に自動的に行い得る。

また、表面クリーニングにはArプラズマによるスパッタ
リングで説明して来たが、紫外光照射による汚染源除
去、エッチングガスを利用した反応性イオンエッチング
を適用することもできる。

また、密着性向上、熱影響低減のための膜形成には、ス
パッタ成膜、熱CVD、真空蒸着の他、紫外光、あるいは
赤外光照射によるCVDによっても実現可能である。

また、レーザCVDによって配線を形成する際にステージ
の移動によって行ったが、光学系を移動することによっ
ても同じ配線形成を行うことができる。

〔発明の効果〕

以上に述べた様に、本発明によれば半導体装置上に密着
性の優れた配線を形成できる。

レーザ光が下地部分（特に半導体装置の拡散領域等）に
直接、照射されないので、過熱防止の効果がある。更
に、下地の構造の影響を受けにくいので、一定膜厚・一
定幅の配線が形成できる効果がある。

また配線形成の工程を真空中で行うため、接続部分の接
触抵抗を小さくでき、良好な接続が行える効果がある。

更には、半導体装置の不良箇所の特定、不良箇所の補修
による特性評価、設計変更の迅速化に効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である配線形成装置の全体構
成図、第２図はイオンビーム光学系の構成図、第３図は
本発明の配線形成方法の各工程を説明するための図、第
４図は本発明の他の実施例である配線形成装置の全体構
成図、第５図は緩衝膜形成機構の実施例を示す図、第６
図は緩衝膜形成機構の他の実施例を示す図である。１……ロードロック室,2……ゲートバルブ,3……メイン
チャンバ,4,4′……真空ポンプ,7,7′……ウェハ,12,1
9,77……Arガスボンベ,18,87……CVD原料ガスボンベ,20
……イオンビーム光学系,23……Arレーザ発振器,9……
スパッタクリーニング用上部電極、21,74……スパッタ
成膜用上部電極。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者東淳三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)発明者相内進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)発明者大原貞雄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)発明者原市聡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)発明者高橋貴彦東京都青梅市今井2325番地株式会社日立製作所デバイス開発センター内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体装置の表面をクリーニングするクリ
ーニング工程と、該クリーニング工程によって表面がク
リーニングされた半導体装置の接続を必要とする複数個
所の配線上の絶縁膜に集束したイオンビームを照射して
複数の微細な穴をあけて配線表面を露出させる微細穴あ
け工程と、該微細穴あけ工程によって穴あけされた穴の
内部および穴の間の絶縁膜上に緩衝膜を形成する緩衝膜
形成工程と、該緩衝膜形成工程によって穴の内部および
穴の間の絶縁膜上に形成された緩衝膜上にレーザビーム
CVDにより金属を析出させて補修配線を形成して前記配
線間を電気的に接続する補修配線布設工程と、前記緩衝
膜の不要部分を除去する除去工程とを有し、前記クリー
ニング工程後少なくとも微細穴あけ工程、緩衝膜形成工
程および補修配線布設工程まで半導体装置を大気にさら
すことなく所望の雰囲気内で処理して前記露出される配
線表面および緩衝膜の表面が少なくとも酸化されるのを
防止することを特徴とする特徴とする半導体装置におけ
る配線形成方法。
【請求項２】半導体装置の表面をクリーニングするクリ
ーニング手段と、該クリーニング手段によって表面がク
リーニングされた半導体装置の接続を必要とする複数個
所の配線上の絶縁膜に集束したイオンビームを照射して
複数の微細な穴をあけて配線表面を露出させる微細穴あ
け手段と、該微細穴あけ手段によって穴あけされた穴の
内部および穴の間の絶縁膜上に緩衝膜を形成する緩衝膜
形成手段と、該緩衝膜形成手段によって穴の内部および
穴の間の絶縁膜上に形成された緩衝膜上にレーザビーム
CVDにより金属を析出させて補修配線を形成して前記配
線間を電気的に接続する補修配線布設手段と、前記緩衝
膜の不要部分を除去する除去手段と、少なくとも前記ク
リーニング手段、微細穴あけ手段、緩衝膜形成手段およ
び補修配線布設手段まで半導体装置を大気にさらすこと
なく所望の雰囲気内で処理して前記露出される配線表面
および緩衝膜の表面が少なくとも酸化されるのを防止す
る酸化防止手段とを備えたことを特徴とする特徴とする
半導体装置における配線形成装置。
【請求項３】前記クリーニング手段と緩衝膜形成手段と
を両方の機能を有する同じ装置で構成したことを特徴と
する特許請求の範囲第２項記載の半導体装置における配
線形成装置。
【請求項４】前記クリーニング手段をプラズマによるス
パッタエッチング手段または反応性イオンエッチング手
段で構成したことを特徴とする特許請求の範囲第２項記
載の半導体装置における配線形成装置。
【請求項５】前記緩衝膜形成手段をプラズマによるスパ
ッタ成膜手段で構成したことを特徴とする特許請求の範
囲第２項記載の半導体装置における配線形成装置。
【請求項６】前記緩衝膜形成手段をCVD成膜手段で構成
したことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の半導
体装置における配線形成装置。