JPS62291048A - Ｉｃ素子における微細布線方法 - 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】 ３、発明の詳細な説明 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体装置の配線、特に半導体チップ上の微
細な配線を行う方法に係り、より具体的には、半導体チ
ップ配線−Ｌの不良箇所の補修を可能とする方法に関す
る。

〔従来の技術〕

半導体装置、特に集積回路の高微細化が顕著である。こ
のため当該半導体装置の開発には比較的長期を要し、中
途から或は試作後の設計変更は困難である。係る開発に
おいては、半導体装置を設計通り又は、当初の設計とは
異なる動作を行わせるため、集積回路−Ｌの配線を切断
したり、任、を部分を接続したり、不良箇所を特定し補
修することが必要である。

これらに関連する技術のうち、任意の箇所を接続する方
法として、アプライド・フィジックス・レター４３　（
１０）（１９８３年）第９４６頁から第９４８頁（Ａｐ
ｐｌｊｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　１．ｅｔｔｅｒ　４３（
１０）　（１９８３）　ｐｐ９４６〜９４８）、あるい
はエクステント・アブスＩ〜ラク１へ・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
ート・デバイス・アン１へ・マテリアルズ（１９８５年
）第１９３頁から第１９６頁（Ｅｘｔｅｎｄｅｄ　Ａｂ
ｓｔｒａｃｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　１７−ｔｈ　Ｃｏｎｆ
ｅｒｅｎｃｅｏｎ　Ｓｏ］ｊｄ　５ｔａｔｅ　Ｄｅｖｊ
ｃｅｓ　ａｎｄ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、Ｔｏｋｙ。

１９８５ｐｐ１９３〜１９６などてレーザＣＶＤにより
局所的に配線を付加形成する技術が論しられている。

かかる従来技術においては、半導体チップ］−に単に配
線を形成することが論じられているのみである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

属する半導体チップを対象どしている。この結果、ｌＩ
ｊ該チップの凹凸、段差のみならす、深穴部分を４１す
る半導体チップの任意部分に布線を行うことが本発明の
解決すべき技術課題である。

具体的には、追加配線、オーミック接触の確保、主とし
て深穴への配線金属の埋込みを如何に行うかである。

本発明の目的はアスペクト比の大きな穴に、導電性物質
を埋め込み、コンタク１−を形成する方法を提供するこ
とにある。

また、本発明の別な目的はコンタクｉ〜を必要とする配
線表面の状態に関係なく、電気的な抵抗の小さいコンタ
ク１−を形成する方法を提供することにある。

本件出願では主に深穴への金属の埋込みについて開示し
、その他の事項についてはこれ以上触れない。

〔問題点を解決するための手段〕

、　　３゜ −に記の課題のうち、深穴への金属の埋込みについては
、成膜手段による成膜を一時停止し、イオンビームを照
射してイオン自体のスパッタリング効果を用いて成膜形
状を整形し、又は、スパッタリングされた金属の再付着
効果を用いて深穴内壁への成膜を行うことで、達成する
。必要とされる膜厚に応じて適宜、上記の過程を繰り返
すこととする。

また深穴埋込みと関連して、オーミック接触を得ること
が必須であるが、この際にも、良好なオーミック接触を
妨げる不要物質を、イオンビーム照射によって除去し上
記の成膜を行う。

〔作　用〕

ＣＶＤ、スパッタ、蒸着等の手段で半導体チップ上の深
穴に導電物質を埋め込もうとする場合、穴の人口付近に
オーバハングが生じる。そのために穴内部への成膜に必
要な気体分子あるいは粒子の流入が妨げられ、結果的に
穴内壁の成膜速度がさらに小さくなり、最終的には穴内
部に空洞を残う したまま六入口はふさがってしまオ。係る状態を放置し
ておくことは、電気的特性の劣化につながり、半導体装
置の信頼性の面からも好ましくない。

そこで、途中段階でイオンビームを照射して、オーバハ
ング部をスパッタリング加工により除去する。入射する
イオンに対して５０°−７０°傾斜している面でのスパ
ッタ効率が高いため、オーバハング部の除去速度は早い
９これにより深穴の入］」が拡げられるとともに、底部
からスパッタリンクされた粒子は再付着現象により穴内
壁に付着する。これを必要に応じ数回繰返えすことによ
り、アスペクト比の大きな深穴にも導電性物質を埋め込
むことができる。

また、コンタクトを必要とする配線部表面に反応生成物
あるいは酸化層が存在しても、イオンビーム等を照射す
ることにより、そのスパッタリンい グにより反応生成物ある輪は酸化層を除去することがで
き、電気抵抗の小さなコンタク１へを形成することがで
きる。

〔実施例〕

はぼ完成したＬＳＩの配線の任意部分と、追加形成した
配線のコンタク１〜を形成するにはパシベーション膜お
よび必要に応して層間絶縁１換にあけられた穴に導電性
物質を埋め込み、露出した配線とコンタク１〜を形成す
る必要がある。しかしながら多層配線が形成された■、
８１チツプを例にとると、第２図に示す様に最下層のＡ
Ｑ配線（一層目）Ｉとパシベーション膜４トに形成した
配線とのコンタク１へを形成しようとした場合、−１一
層のＡＱ配線２および３が露出しない様にパシベーショ
ン膜４層間絶縁膜５および６に形成した深穴７に導電性
物質を埋め込む必要がある。第２図において８はＳＬ基
板、９は基板８とＡＱ配線１を絶縁するための５ｉｎ２
膜である。

係る場合、深穴７は、配線の設計基準によって、形成で
きる径は小さい。しかも多層配線の最下層との接続を考
えれば、深穴７のアスペク１へ比（穴の深さと穴の径の
比）は大きい。また、深穴７を形成して露出させたＡＱ
配線１の表面には深穴７を形成する際に生じた反応生成
物が存在したり、あるいは深穴７が形成された後に大気
にさらされることにより酸化膜が、生成されている。

以ド、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。

（１）第２図に示した微細な穴７にレーザｃＶ　ｒ）を
応用して導電性物質を埋め込み、ＡＱ配線」とコンタク
１へを形成する場合について説明する。

あらかじめ、Ｓｉ基板８−１−のコンタクトを必要とす
る部分に微細に集束したイオンビームを照射しながら走
査するが、あるいは反応性イオンエツチング、スパッタ
エツチング等のフ第１へエツチングプロセスにより、パ
シベーション膜４および層間絶縁膜５，６に穴を形成し
ておく。しかる後、当該穴を有するウェハ（あるいはチ
ップ）をチャンバ内に装填し、十分に排気した後にＣＶ
Ｄ材料ガスとしてモリブデン・カルボニル ッファガスとしてＡｒをチャンバ内に導入する。

チャンバ上面に設けられた窓を介して光学系により位置
決めし、当該光学系を用いてし、７。

程度、あるいは数倍程度のスポット径に集光して照射す
ると、レーザ光はＳｉ基板８で吸収され、熱伝導により
微細な穴の周辺も加熱される。その結果、モリブデンカ
ルボニルも加熱され分解して、第３図（σ）に示す様に
モリブデン１１が穴７の内部および周囲に析出する。し
かし、穴７の入口付近の成膜速度が大きく、オーバハン
グが形成され、さらに穴７の入口を小さくするため、さ
らにレーザを照射しても、材料ガスが供給されにくく、
穴７の内壁での成膜速度が小さくなる。さらにレーザを
照射すると、穴７内部に空洞１２を残したまま、入［」
がふさがってしまう。

そこで第３図（σ）に示した段階で、微細に集束したイ
オンビームを穴７の付値に走査しながら照射するか、あ
るいは穴７の近傍に穴７と同程度の集束径のイオンビー
ムを照射する。イオンビームの加速電圧を５〜３０ＫＶ
で照射すると第１図（σ）に示す様にスパッタリングに
より破線から実線の状態へモリブデン膜１１の除去加工
が行なわれる。この時、テーパ部分はスパッタリンク効
率が高いため、集中的にオーバハング部（破線で表示）
が除去される。また底部分のモリブデン膜もスパッタリ
ングされるが、スパッタリングされたモリブデン粒子は
穴７の内壁に再付着し、Ｕ字形あるいはＶ字形の穴が形
成される。

第１図（ａ）において破線で示したのは、イオンビーム
を照射する前の形状である。また説明に不要な部分は省
略しである。なお、イオンビームを照射する場合は、Ｃ
ＶＤ材料ガスを排出するか、グー１〜バルブを介して真
空室に移動させて行う。

次に再びＣ　Ｖ　Ｉ）材料ガスを導入するか、ゲートバ
ルブを介してＣ　Ｖ　Ｄ室に移動して、同一箇所に再び
レーザを照射して、さらにモリブデンを成膜する。その
結果、第１図（ｂ）に示す様に穴７は浅くなるとともに
細くなり、そのままレーザを照射し続けると、やはり空
洞が残留する。ここで破線はレーザを照射する前の形状
を示す。

ここで、再びイオンビームにより穴７の深さが増加しな
い様に、第１図（Ｃ）に示す如くスパッタリングにより
開口部を拡げる。さらにＣＶ　Ｄ材料ガスを導入してレ
ーザを照射することにより、第１図（ｄ）に示す様に穴
７をモリブデンにより完全に埋めることができる。

この後、レーザを照射しなからウェハ（あるいはチップ
）を相対的に移動させることにより、追加配線を形成す
ることができる。

以上、述べて来た実施例において、材料ガスとしてモリ
ブデン・カルボニルを、レーザとしてＡｒレーザを用い
たＣＶＤにより、モリブデンを埋め込む場合について説
明して来た。

他の材料ガスとしてトリメチルアルミニウム等のアルキ
ル金属、他の金属カルボニル、あるいはすＦ６等の金属
フッ化物、Ｍｏｃρ５等の金属塩化物を用いることがで
きる。レーザ光としてＹＡＧレーザの基本波および高調
波、あるいはＫｒレーザ、Ａｒレーザの高調波等を使用
できるが、成膜速度および膜質の観点から適当な組合せ
が選択される必要がある。

本実施例によれば、アスペクト比の大きな穴に導電性物
質を完全に埋め込み、良好なコンタクトを形成すること
かできる効果がある。

（２）　次に別な実施例について説明する。前の実施例
において用いたものと同様に、コンタクトを必要とする
部分のパシベーション膜および層間絶縁膜に穴を形成し
たウェハ（あるいはチップ）を真空蒸着装置に装填する
。蒸発源としてＡＱ在用い、電子線により加熱する。

この場合、蒸発ＡＱは、ウェハとの間に設置さ肛たピン
ホールを通過することにより、狭い領域のみに蒸着ＡＱ
膜を形成することができる（以下、部分蒸着法と称す）
。ここで、穴７と蒸着部を一致させることにより、第４
図（σ）に示す様に穴７の内部および周辺のみにＡＱ膜
１５を形成することができる。

前記のＡｆｌ蒸気は指向性が良いため穴７の底部を完全
に埋めながら、膜が成長して行くが、穴７の側壁から枝
状の結晶１６が生成し始める。また、程度は小さいがオ
ーバハングも形成され、結果的に底部のＡＱ膜は薄くな
る。さらに蒸着を続けると（第４図（ｂ））、枝状の結
晶１６およびオーバハングのため穴７の入口がふさがれ
、穴７底部の膜成長は停止する。この状態では穴７の底
部に露出していた配線との電気的な接続は得られない。

そこで第４図（σ）に示した段階で、ウェハ（あるいは
チップ）をイオンビーム加工部へ移動させ、微細に集束
したイオンビームを穴７の径と同程度の領域を走査させ
ながら照射するか、あるいは穴径と同程度の集束径のイ
オンビームを照射する。これにより、第５図（σ）に示
す様に穴７の」二部のオーバハング及び枝状の結晶１６
を除去することができ、また穴７の底部に蒸着された１
１膜の凸部を除去するとともに再付着現象ににより、一
部側壁に付着させることができる。

次に蒸着部に移動させ、前に述べた方法により再び蒸着
を行う。これにより第５図（ｂ）に示す様に穴７の底部
の膜厚は増加するが、入口上部にオーババンクが生しま
た枝状の結晶１６も発生する。そこで再びイオンビーム
によるスパッタリング加工により、オーバハングおよび
枝状の結晶１６を除去する。また必要に応じて、穴７の
外側に蒸着された膜をスパッタリングにより薄くし、第
５図（ｃ）に示す形状にした後、さらに蒸着を行う。こ
れにより第５図（ｄ）に示す様に、穴７を完全にＡＱで
埋め込むことができる。この後、さらに蒸着を行いなが
らウェハを移動させるか、あるいはレーザＣＶＤにより
配線を形成し任意の部分と接続することができる。

以上述べて来た様に本実施例によれば、アスペクト比の
大きな穴に導電性物質を完全に埋め込み、良好なコンタ
クトを形成できる効果がある。

次に別な実施例について説明する。前の実施例で述べた
部分蒸着法により、第４図（ｂ）の段階でイオンビーム
を照射して枝状の結晶１６＆除去し、第６図（σ）に示
す状態にする。ここで、微細に集束したイオンビームの
走査領域を狭くするか、あるいは穴７の径と同程度に調
整していたイオンビームの集束径をやや小さくして、さ
らに照射を続けることにより、底部に蒸着していたＡＱ
がスパッタリングされ、再付着現象により穴７の内壁に
付着し、ＡＱ膜１８を形成する。これにより穴７に露出
していた配線（図示せず）と、穴７の外側に形成された
１１膜１５とのコンタクトが形成される。あるいは、第
５図（ｂ）に示しである状態から枝状結晶１６をイオン
ビームにより除去した後、イオンビームの走査領域を狭
くするか、イオンビームの集束径を小さくして、イオン
ビームの照射を続ける。これにより第６図（ｂ）と同様
に穴７の底部に形成されたＡＱ膜をスパッタリングし、
穴７の側壁に再付着させてＡＱ膜１８（第６図）を形成
できる。なお、本実施例及び前の実施例において、電子
線加熱によるｌ）蒸着について説明した来たが、これに
限定されるものではない。蒸着物質としては導電性が得
られれば良く、大部分の金属、半導体を使用することが
可能であり、蒸着源の加熱法についても抵抗加熱、高周
波による誘導加熱が利用できることは明らかである。

またイオンビーム源としては液体金属イオン源を用い、
具体的にはＧａ、　Ａｕ、　ＡｕＳｉ等の既に実績のあ
るイオン源を利用している。イオンビーム照射を行いな
がら形成された埋込み領域には当然ながら、これらの金
属イオンが微量ながら含まれ、必要であれば質量分析Ｈ
１により検出することができる。

以上説明して来た様に、本実施例によればアスペクト比
の大きな穴の側壁に導電性物質を成膜することができ、
良好なコンタクトを形成できる効果がある。

次に別な実施例について説明する。第２図に示した様に
ｒ、ｓｒチップの絶縁膜に穴７を形成するために反応性
イオンエツチング法などを用いると１．１５゜ エツチングガスと絶縁膜構成物質（例えば５ｉｎ２など
）あるいは露出した配線材料（例えばＡ（ｉ、Ｍｏ。

Ｗ、Ｓｉ等）との反応により、第７図（σ）に示す様に
中間生成物の皮膜１９が形成されたり、あるいは絶縁膜
の一部が皮膜１９として残留したり、穴形成後に大気に
さらすことにより、配線の表面に酸化膜１９が形成され
たりする。このまま、コンタク１−を形成するための導
電性物質を埋め込んでもコンタクト抵抗が大きかったり
、コンタク１〜が得られない場合が有る。

そこで、まずイオンビームを微細に集束して穴７の内部
を走査させるかあるいはイオンビーム径を穴７の径と同
程度に調整して照射し、第７図（ｂ）に示す様に、反応
生成物１９あるいは絶縁膜の残留皮膜１９、若しくは酸
化皮膜１９をイオンビームの照射により除去し、しかる
後に前に述べた方法により第７図（Ｃ）に示す様に穴７
に導電性物質２０を埋め込む。この時、イオンビーム照
射と導電性物質１９の埋め込みは同一チャンバで行うか
、あるいはゲートバルブを介して連結された、１６゜ チャンバで行うことにより、反応生成物等の除去後、大
気にさらすことなく導電性物質１９を埋め込むことがで
きる。

本実施例において、反応生成物皮膜１９等を除去するた
めにイオンビームによるスパッタリングを使用する場合
について説明したが、イオンシャワーをウェハ全面に照
射しても、あるいは高周波プラズマから発生させたイオ
ンによるスパッタリングによっても、パシベーション膜
が完全には除去されない範囲であれば、目的を達するこ
とができる。

本実施例によれば、コンタクトを必要とする配線表面の
状態に無関係に、電気抵抗の小さなコンタクトが形成で
きる効果がある。

以」−述べて来た各実施例において、特定の穴に導電性
物質を埋め込むため、穴とその極く近傍にのみ導電性物
質の膜を形成させることで説明して来たが、本発明はこ
れに限定されるものではない。

即ち、ウェハ全面に導電性膜を形成しつつ、スルーホー
ル内に導電性物質を埋め込むため、イオンシャワーや高
周波プラズマ等から発生したイオンを用いても同じ効果
が得られることは明らかである。

〔発明の効果〕

本発明によれば微細かつアスペクト比の大きな穴に対し
て、導電性物質を完全に埋め込むことや当該穴の側壁に
導電性物質を良好に成膜することができる効果がある。

この結果、前記穴の底部に露出する配線と良好なオーミ
ック接触を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である埋め込み過程を説明す
るための図であって、（ａ）はレーザＣ■Ｄで成膜して
からイオンビームを照射した後の形状を示す図、（ｂ）
は（ａ）に引き続きレーザＣＶＤで成膜した後の形状を
示す図、（Ｃ）は（ｂ）に引き続きイオンビームを照射
した後の形状を示す図、（ｄ）は（ｃ）に引き続きレー
ザＣＶＤで成膜した後の形状を示す図である。 第２図は本発明の実施対象となる半導体素子の断面図で
ある。 第３図は従来技術による結果の説明図であって、（ａ）
はレーザＣＶＤで成膜を行う初期の形状を示す図、（ｂ
）は（ａ）に引き続き成膜登行った結果を示す図である
。 第４図は指向性を持たせたＡＱを蒸着する過程の説明図
であって、（ａ）は蒸着の初期の形状を示す図、（ｂ）
は（ａ）に引き続き蒸着を行った結果を示す図である。 第５図は本発明の別の実施例である埋め込み過程を説明
するための図であって、（ａ）は第４図（ａ）に引き続
きイオンビームを照射した後の形状を示す図、（ｂ）は
（ａ）に引き続き蒸着を行った結果を示す図、（Ｃ）は
（ｂ）に引き続きイオンビームを照射した後の形状を示
す図、（ｄ）は（ｃ）に引き続き蒸着を行った結果を示
す図である。 第６図は本発明の別の実施例である側壁成膜過程の説明
図であって（、）は第４図（ｂ）にイオンビーム照射を
行った後の形状殻示す図、（ｂ）は（ａ）に引き続き細
く絞ったイオンビームを照射した結果を示す図である。 第７図は本発明の別の実施例であるオーミック接触型成
膜過程の説明図であって、（ａ）は反応性雰囲気ガスに
より望ましくない皮膜が形成された半導体素子の断面図
、（ｂ）は（ａ）に引き続きイオンビーム照射を行って
望ましくない皮膜を除去した半導体素子の断面図、（ｃ
）は（ｂ）に引き続き成膜又は蒸着を行った半導体素子
の断面図である。 １、．２．３・・・ＡΩ配線、４・・パシベーション膜
。 ５．６・・・層間絶縁膜、７・・穴、１１・・Ｍｏ膜。 １５・・・ＡＱ膜、１６・・・枝状結晶、１９　・反応
生成物皮膜、２０・・・導電性物質。 、・′″−）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体装置上に予め形成された微細孔及びその近傍
   に、当該微細孔の口径内外に絞ったイオンビームを照射
   する過程を含む微細布線方法。 ２、特許請求の範囲第１項記載の微細布線方法において
   、前記イオンビームを照射する過程の前に、前記半導体
   装置上に導電性物質を成膜する工程が存在する微細布線
   方法。 ３、特許請求の範囲第２項記載の微細布線方法において
   、前記導電性物質を成膜する工程は、レーザ光を前記半
   導体装置上に照射しつつ、当該半導体装置をとり囲む雰
   囲気ガスを分解することで達成される微細布線方法。 ４、特許請求の範囲第２項記載の微細布線方法において
   、前記導電性物質を成膜する工程は、導電性物質の蒸気
   を微小開口を有する遮弊を介して前記半導体装置上に到
   達せしめることで達成される微細布線方法。 ５、特許請求の範囲第１項記載の微細布線方法において
   、前記微細孔の口径内に絞ったイオンビームを照射する
   過程は、前記微細孔の底面を当該照射の対象とし、当該
   底面への照射の後に前記半導体装置上に導電性物質を成
   膜する工程が存在する微細布線方法。