JPS5845811B2 - 半導体素子チツプ面への微小導電領域の形成法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は半導体素子チップ面上の特定個所へ微小導電
領域を形成する方法に関する。

半導電体素子チップ面上へ微小導電領域を形成しなけれ
ばならない必要が生じるひとつの具体例は、半導体素子
の不良、故障解析のために半導体素子面上に現われてい
る固体回路の電位を測定したい場合である。

半導体素子の不良・故障解析を行うためには、固体回路
の電位を測定して不良・故障の発生個所１発生メカニズ
ムを追求しなければならない。

電位測定しなければならない固体回路上の特定個所は、
不良・故障の半導体素子の電気的特性、不良・故障現象
から推測して、かなり測定範囲を狭められる。

しかし測定範囲を狭められたとしてもいくつかの個所の
電位測定を行わなければ正確な不良・故障の発生個所１
発生メカニズムを確定しがたい。

電位測定を行うもうとも一般的な方法は、電位測定を行
いたい個所へ電位測定用探針の先端を接触させて電気的
接続をなす方法である。

だが、電位測定を行いたい個所を覆っている二酸化シリ
コン（ＳｉＯ２）膜などの電気的絶縁膜を除去して電位
測定したい個所を露出させることができたとしても、集
積回路のごとく寸法の小さい微細な各種配線が複雑に配
置された固体回路では、微細な配線への電気的接続のた
め電位測定用探針の先端を所望の個所だけへ接触させる
ことは、一般に探針の先端が最小の配線間隔より太いの
で至難のわざである。

ここでもし、電位測定を行いたい個所上の二酸化シリコ
ン（ＳｉＯ２）膜などの電気的絶縁膜に被測定個所の露
出した微。

小な開孔を設け、電位測定用探針の先端寸法よりも比較
的に大きい領域面積で開孔を覆いっくすアルミニウム（
Ａｎなと導電性物質を被覆することができれば、探針に
よる電位測定は容易となる。

なお一般に集積回路のごとき半導体素子は、外傷防止、
電気的特性安定化のために、チップ表面が。

二酸化シリコン（Ｓｉｎ２）膜などの電気的絶縁膜で被
覆されている。

またこの電気的絶縁膜は、微小なビーム径のレーザ光ビ
ームを照射するレーザ加工により、容易に微小な開孔を
設けることができる。

以上を要約すれば、探針による電位測定を容易にするた
めには、微小導電領域を形成する必要があるということ
である。

半導体素子チップ面上へ微小導電領域を形成しなければ
ならない必要が生じる他の具体例は、半導体素子の不良
・故障解析のために半導体素子面上１こ現われた固体回
路を構成する配線１例えばアルミニウム（Ａｎ配線を切
断し０種々の解析を行ったのち切断された配線を修復し
たい場合である。

近年の半導体素子１例えば集積回路のごときは数多くの
トランジスタやダイオードなどが複雑に配線接続された
固体回路であり、その不良・故障個所の発見はきわめて
困難となっている。

こうした不良・故樟解析においては、不良・故障の発生
個所と考えられる回路や素子を切り離して電気的特性を
評価する方法が有効である。

この特定回路、特定素子の切り離しの方法としでは、微
小なメスで切断する機械的方法や細いビーム径でエネル
ギの大きいレーザ光ビームを照射して溶融蒸発させる光
学的方法がある。

だが配線を切断し種々の解析を行ったのち再ぴ切断個所
を修復し電気的に元通りの状態となし、他の解析・測定
を行うには、切断個所を修復するための切断端部を覆い
つくすアルミニウム（Ａ６ ）など導電性物質を被覆し
なければならない。

すなわち切断された微細配線を修復するには、微小導電
領域を形成する必要があるということである。

微小な導電領域、導電領域の形成される幾何学的被覆範
囲が微小な寸法に限定されている導電領域が必要な理由
は、半導体素子チップ面には電気的入出力信号の授受の
ための金属細線が溶接されで取り付けられているからで
ある。

すなわち半導体素子チップ面にもし幾何学的被覆範囲の
広い。

面積大なる導電領域が形成されるならば、前記金属細線
間に電気的短絡という事態を引き起こし。

例えば上述２例のような不良・故障解析上の目的ｆ遠戚
することができなくなる。

微小導電領域を形成する方法としては０面積大なる導電
領域を形成しておいたうえで必要な微小領域を残し他の
部分は除去してしまうか、初めから微小領域を形成する
２つの方法が考えられる。

前者の方法としては１例えばアルミニウム（Ａｅ）を半
導体素子チップ面全面に真空蒸着法などにより被覆した
のち、公知の写真食刻技術で必要な微小領域を残し、他
の部分を化学的エツチングで除去する方法である。

だがこの方法では、すでに述ぺたように半導体素子チッ
プ面には金属細線が溶接され取り付けられているから写
真食刻技術の適用はきわめてむずかしく、また不要部分
の化学エツチングは犯してはならない半導体素子の構成
物質をも溶解し傷つけでしまう欠点がある。

後者の方法としでは、金属イオンビームを照射して微小
な領域に金属原子を堆積させてゆくという方法が考えら
れるが、現状では電気的接続を得るに必要な金属被覆を
形成できる技術には至っていない欠点をもっている。

この発明は、かかる点に鑑みてなされたもので。

透明ガラス板主面に微小ピットを形成し、該微小ピット
内に導電性物質を充填し、この導電性物質が充填された
透明ガラス板主面と半導体素子チップ主面とを対向配置
して上記導電性物質（こレーザ光ビームを照射すること
により、上記従来の欠点を除去しつつ上記半導体素子チ
ップ面に微小導電領域を形成することができるようにし
たものである。

以下この発明の一実施例を第１図〜第４図を用いて説明
する。

まず１実施例につき、第１図より説明してゆく。

透明ガラス板８の主面である透明ガラス板主面８ａに微
小なピット１を形成し、該微小ピットγ内に導電性物質
２を充填する。

透明ガラス板８はレーザ光ビームのエネルギを著しく吸
収せず通過せしめる材質０例えばソーダ・ライムガラス
、硼硅酸ガラス、石英ガラスなどを用いる。

導電性物質２は１例えばアルミニウム（ｉｎなどの金属
を用いる。

微小なピット７は公知の写真食刻技術で容易に実現でき
る。

また微小なビットＴ内への導電性物質２の充填は、透明
ガラス板主面８ａ全面に導電性物質を被覆しでおいてか
ら。

微小ピットＴ内の導電性物質のみを残して他を除去する
ような公知の写真食刻技術の応用で容易に実現できる。

つぎに第２図のごとく透明ガラス板主面８ａと半導体素
子チップ３の主面である半導体素子チップ主面３ａとを
対向配置する。

この対向配置は微小ピット７が半導体素子チップ主面３
ａ内の微小導電領域を形成したい特定個所３ｂと対向す
る位置に配置する。

透明ガラス板主面８ａと半導体素子チップ主面３ａの間
隔は短距離であることが望ましく、これは透明ガラス板
８を半導体素子チップ３に自然載置するこで目的は達せ
られる。

つぎに第３図に示すようにレーザ光源４よりレーザ光ビ
ーム５を導電性物質２に向けて発射する。

レーザ光源４としては５例えばネオジウム（Ｎｄ）をド
ープしたイツトリウム、アルミニウム・ガーネット結晶
を用いたレーザ光源（以下ＹＡＧと略記する）を使用す
る。

ＹＡＧのレーザ光波長は１．０６μ扉であるから、その
レーザ光ビーム５は、透明ガラス板１内を通過し８例え
ばアルミニウム（ｉ）のごとき導電性物質２で吸収され
る。

導電性物質２は、レーザ光エネルギの吸収を受けると温
度上昇する。

そして例えば、レーザ光ビーム５のパワー密度、照射時
間が１０６Ｗ／ｃｙｉ、 １０μｓｅｃ、導電性物質
２がアルミニウム（Ａ６）、導電性物質２の形状・寸法
が円板、直径２０μｍ、厚み１μ扉であれば、導電性物
質２は溶融し１部分的蒸発によって透明ガラス板８から
離れ、対向する半導体素子チップ主面３ａへ向い、第４
図に示すごとく、微小ピッＩ−７最も近い位置すなわち
微小導電領域を形成したい特定個所３ｂへ付着し、ビッ
ト７の寸法よりもやや広がった寸法で微小導電領域６が
形成される。

第１図〜第４図では、半導体素子チップ３．半導体素子
チップ主面３ａをきわめて簡略に図示した。

そこでつぎに微小導電領域を形成する必要のある。

すでに述べた２つの具体例で、半導体素子チップのより
詳細な主要構成と微小導電領域形成の効果を説明する。

第５図は半導体素子の不良・故障解析のために半導体素
子面上に現われている固体回路の電位を測定したい場合
の具体例を説明する図である。

第５図では、半導体素子チップ３としてＮＰＮ型バイポ
ーラトランジスタを含む半導体素子の１＠を示しである
。

この半導体素子チップ主面３ａ側には電気的絶縁を目的
とする例えば二酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜のごときＡ
絶縁膜９． Ｂ絶縁膜１０と、電気的入出力信号の授受
を目的とするアルミニウム（Ａ［）配線のごときＡ導電
配線１１、Ｂ導電配線１２が設けられている。

ここでこの固体回路のうち、Ａ導電配線１１の電位で代
表される固体回路内の電位を測定したいとする。

この場合、Ａ導電配線１１内の１個所を特定個所３ｂと
し、特定個所３ｂ土のＡ絶縁膜９に微小な開孔を設けた
のち、第１図〜第４図の図面に従って説明した本発明に
よる微小導電領域の形成法を適用すれば、特定個所３ｂ
にＡ導電配線１１と電気的導通状態である微小導電領域
６が形成される。

微小導電領域６の幾何学的寸法は。第１図〜第３図に示
した微小なピッｌ−７の幾何学的寸法に応じた寸法とな
り１例えば第１図〜第３図を用いた説明での導電性物質
２の材質・寸法では、少なくとも２０μｍ以上の直径を
有する。

したがってこの微小導電領域６への電位測定用探針１３
の先端を、微小導電領域６へはずれることなく確実に接
触でき電気的接続を得ることができる。

なお、上述の具体例においてＡ絶縁膜９の開孔は、Ａ導
電配線１１の配線幅に相応するビーム径を有しＡ導電配
線９の材質の融点近くまで瞬時に急熱できるエネルギを
有するレーザ光ビームを特定個所３ｂに照射することに
より、Ａ絶縁膜９の局部的クラック、局部的蒸発１局部
的溶融の結果で容易に実現できる。

もちろんこの穿孔に用いるレーザ光ビームのエネルギ、
パワー密度と照射時間は、Ａ絶縁膜９の下部に設けられ
ているＡ導電配線１１を破損し断線に至る破壊のなきよ
う設定されるべきである。

また上述の具体例においてＡ絶縁膜９のない場合は、低
温気相成長法（いわゆるＣ０■Ｄ法）などでＡ絶縁膜９
を形成しておくこともできる。

第６図は、半導体素子の不良・故障解析のために切断さ
れた配線を修復したい場合の他の具体例を説明する図で
ある。

第６図では、第５図に示すＡ導電配線１１のみが配線の
切断された特定個所３ｂを有するＣ導電配線１４で置換
えられている以外、半導体素子チップが第５図に示した
半導体素子チップ３と同等な半導体素子チップ３が示さ
れている。

ここでＣ導電配線１４の配線の切断された特定個所３ｂ
の断線を修復したいとする。

この場合、第１図〜第４図の図面に従って説明した本発
明による微小導電領域の形成法を適用すれば。

特定個所３ｂにＣ導電配線１４と電気的導通状態である
微小導電領域６が形成される。

微小導電領域６の幾何学的寸法は、第５図に従って説明
したように配線の切断された特定個所３ｂを充分に被覆
できる寸法にできるから、断線を確実に修復した電気的
接続を得ることができる。

なお上述の他の具体例では、Ａ絶縁膜９が存在している
第６図を用いたが、Ａ絶縁膜９がなくとも、他の導電配
線との短絡などが生じないような微小導電領域６の寸法
・形状となるよう第１図〜第３図における微小なビット
７の寸法・形状を設定しておけば目的を達することがで
きる。

なお以上の２つの具体例で、半導体素子チップとしてＮ
ＰＮ型パイポートランジスタを含む半導体素子を引用し
たが、他の一般的な半導体素子にも適用できる。

また他の具体例、微小導電領域をひとつの電極とするキ
ャパシタの作成、フリップチップ用バンプの形成、不良
・故障解析のための均一な液晶膜厚形成用のスペーサな
どにも本発明は適用できる。

また導電性物質２としてアルミニウム（ｉ）以外のイン
ジウム（Ｉｎ）、アンチモン（ｓｂ）、ビスマス（Ｂｊ
）など比較的に低融点、蒸発容易な金属、半金属を用い
てもよい。

また絶縁膜として二酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜を例に
とって説明したが、アルミナ（Ａｇ２Ｏ３）膜、窒化シ
リコン（Ｓｉ３Ｎ＋）膜などの絶縁膜でもよい。

また導電配線としてアルミニウム（Ａｅ）配線を例にと
って説明したがタングステン（Ｗ）配線、モリブデン（
Ｍｏ）配線などでもよい。

また微小導電領域の形成を導電配線と接続する場合につ
いて説明したが、半導体基板、不純物拡散領域に対して
も形成できる。

また複数の微小導電領域を複数の微小なビットγの設定
で形成することもできる。

また複数の微小ビット１を一個所の特定個所３ｂに順次
対向配置してレーザ照射したり。

特定個所３ｂより若干位置を移動して対向配置してレー
ザ照射を行い。

微小導電領域の厚み、大きさを増加させることもできる
。

また半導体素子チップ主面上に電気的入出力信号の授受
のためにチップ周辺で金属細線が溶接され取り付けられ
ている場合には、導電性物質を充填したビットを透明ガ
ラス板端部で設けて本発明の実現を妨げやすい金属配線
の支障を避けることができる。

レーザ光源としては、数μｍ以上のビーム径と各種金属
を加工するのに一般的なＹＡＧレーザを使用例としたが
、導電性物質を溶融、蒸発できるパワー密度と、必要と
する微小導電領域の寸法に相応した導電性物質またはビ
ットの寸法に略々等しいビーム径、透明、ガラス板でエ
ネルギ吸収損失の少ない波長のレーザ光ビームを発射で
きるものであれば１他のレーザ光源でもよい。

つぎに微小なビットを有しない透明ガラス板と微小なビ
ットを有する重大透明ガラス板との効果について述べる
。

ところで、従来、微小ビットを有しない平坦な透明ガラ
ス板を用い。

このガラス板主面に微小な寸法に限定された導電性物質
を被覆し、これにレーザ光ビームを照射して上記透明ガ
ラス板主面に対向配置された半導体素子チップ面上へ微
小導電領域を形成する方法もあったが。

（特公昭４５−２８０５２号公報参照）、このような微
小ビットを有しない透明ガラス板を用いた場合と１本発
明に係る微・」＼ビットを有する透明ガラス板を用いて
微小導電領域を形成した場合との効果の差異について述
べる。

単なる透明ガラス板ではレーザ光ビームを照射したとき
、導電性物質が大きい立体角をもって飛散するので、所
望の特定個所へは小量の導電性物質しか付着しないとき
がある。

重大透明ガラス板ではビットの底部に設けられた導電性
物質がレーザ光ビームの照射を受けて溶融し、一部の蒸
発による熱膨張力により溶融した導電性物質があたかも
弾丸のごとくビットの入側面で誘導され正確にかつ減量
せず特定個所へ付着する効果がある。

第３図の図面を用いた説明では、レーザ光ビーム５を導
電性物質２へ照射するときの、重大透明ガラス板８およ
び半導体素子チップ３を包含する雰囲気については特に
触れず１通常の大気として説明した。

だがこのレーザ光ビーム５を導電性物質２へ照射すると
きの前記雰囲気を例えば１Ｏ−５Ｔｏｒｒ程度の真空雰
囲気としてもよい。

レーザ光ビーム５の照射時の前記雰囲気が真空であれば
。

レーザ光ビーム５のエネルギを吸収した導電性物質２の
全量中に占める蒸発量の割合が増加し、逆に溶融量の割
合が減少する。

したがって第３図における微小なビット７は、あたかも
真空蒸着法の点蒸着源としての性格が強くなる。

そして導電性物質がいくつかの分散した溶融・」＼塊と
して半導体素子チップ面へ向って飛散し、所望の特定個
所へは小量の導電性物質しか付着しない傾向が是正され
る。

すなわち真空雰囲気にすれば、蒸着源としての導電性物
質２の効率よい運用、および微小導電領域６の略々均一
な厚みの形成という効果が得られる。

レーザ光ビームの照射時間は、短時間であることが望ま
しい。

なぜならば、照射時間が導電性物質の溶融、一部分の蒸
発に要する時間よりも長ければ、一旦半導体素子チップ
面上に形成された微小導電領域が、継続するレーザ光ビ
ームの照射を受けて再び溶融、蒸発し、微小導電領域の
変形。

いちぢるしいときには半導体素子チップの局部的変質が
生じるからである。

だがこうした懸念は第３図でもって詳細に説明したよう
に照射時間がｉｏμｓｅｃ程度の短時間であれば除去で
きる。

以上詳細に述べた本発明による微小導電領域の形成法は
つぎの効果を有する。

（１）写真食刻技術や化学エツチングなどの複雑な技術
の適用は不要であり、半導体素子の損傷が少なく、広く
一般の半導体素子に適用できる。

（２）半導体素子のパターン寸法に略々等しいまでの微
小な寸法の導電領域を形成できる。

（３）厚み大なる導電領域を瞬時に形成できる。

（４）導電領域を形成したい個所へ確実に形成でき、他
の部分を汚染せずクリーンな形成法である。

（５）溶融、蒸発した導電性物質の付着・被覆であるか
ら、確実な電気的接続を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明による半導体素子チップ面への
微小導電領域の形成法の１実施例を説明するための工程
別断面図、第５および第６図は応用例を示す断面図であ
る。 図中８は重大透明ガラス板であり、３は半導体素子チッ
プであり、８ａ。 ３ａはそれぞれそれらの主面である。 ３ｂは微小導電領域を形成したい特定個所、２は導電性
物質。 ５はレーザ光ビーム、６は微小導電領域、７はビットで
ある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 透明ガラス板主面に微小ビットを形成する工程と、
   該微小ビット内に導電性物質を充填する工程と、該導電
   性物質が充填された上記透明ガラス板主面と微小導電領
   域を形成すべき半導体素子チップ主面とを対向配置する
   工程と、レーザ光ビームを上記透明ガラス板主面の反対
   側から導入し透明ガラス板内を通過せしめたのち上記微
   小ビット内に充填された導電性物質に照射する工程とか
   らなることを特徴とする半導体素子チップ面への微小導
   電領域の形成法。 ２ 上記導電性物質がアルミニウム（ＡＡ’）、インジ
   ウム（Ｉｎ）、テンチモン（ｓｂ）、あるいはビスマス
   （Ｂｉ）であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の半導体素子チップ面への微小導電領域の形成法。