JPS63152150A - 多層配線の接続配線構造の形成方法 - 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、多層配線の接続配線構造及びその形成方法に
関し、特に多層配線構造を有する半導体集積回路装置に
適用して有効な技術に関するものである。

〔従来技術〕

近年、ＬＳＩの完成後に、ウェハー又はチップの状態で
チップ内配線の一部を切断・接続することにより、不良
箇所の修正を行ったり、論理の変更等を行う技術がます
ます重要になってきている。

本出願人は、このような目的のために、イオンビーム技
術とレーザーＣＶＤ技術との組み合わせによるＬＳＩの
配線接続方法を特願昭６１−７０９７９号において提案
した。この方法によれば、例えば二層配線構造のＬＳＩ
完成後に、不良箇所の修正や論理の変更等の目的で第一
層目配線間を接続する。この場合、最上層の配線は、通
常、電源電流の供給用に広くレイアウトされているため
、この最上層の配線を貫通して下層配線に達する接続孔
を設け、この接続孔を通じて接続配線を設ける必要があ
る。このために、まず集束イオンビーム（Ｆｏｃｕｓｅ
ｄ　Ｉｏｎ　Ｂｅａｍ、　Ｆ　Ｉ　Ｂ　）照射により最
上層の絶縁膜、第二層目配線及びこの第二層目配線と第
一層目配線との間の層間絶縁膜を加工して接続孔を形成
し、この接続孔に第一層目配線の表面の一部を露出させ
る。次に、例えば全面にＳｕｎ。

膜のような絶縁膜を形成し゛た後、この絶縁膜をフォト
リソグラフィー及びエツチング技術を用いてパターンニ
ングし、接続孔の近傍にのみ前記絶縁膜を残す。次に、
この接続孔の底部の前記絶縁膜を選択的にエツチング除
去して、再び接続孔に第一層目配線の表面を部分的に露
出させる。次に、レーザーＣＶＤにより選択的に金属を
堆積させることにより、前記接続孔を通じて第一層目配
線間を接続する接続配線を形成するにの場合、この接続
配線は、前記接続孔内に形成された前記絶縁膜により第
二層目配線から絶縁されるので、第一層目及び第二層目
配線間のショートが防止される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、特願昭６１−７０９７９号で提案された
前記技術は、絶縁膜を接続孔の近傍にのみ形成するため
にフォトリソグラフィー及びエツチングの工程が必要で
あり、第一層目及び第二層目配線間のショートを防止す
るためのプロセスが複雑であるという問題があった。

本発明の目的は、多層配線構造における下層配線と上層
配線とのショートを生じることなく接続配線を形成する
ことができる技術を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろ
う。

〔問題点を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概
要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

すなわち、第１の発明によれば、接続孔に露出する上層
配線の表面を絶縁物化している。

また、第２の発明によれば、イオンビーム照射により接
続孔を形成する工程と、前記接続孔に露出する上層配線
の表面を絶縁物化する工程と、し−ザーＣＶＤにより接
続配線を形成する工程とを具備している。

〔作用〕

第１の発明における上記した手段によれば、上層配線と
接続配線との接触が絶縁膜により防止されるので、上層
配線と下層配線とのショートを防止することができる。

また、第２の発明における上記した手段によれば、フォ
トリソグラフィー等の複雑なプロセスを必要とすること
なく接続孔内の上層配線の表面に絶縁膜を形成すること
ができるので、下層配線と上層配線とのショートを生じ
ることなく、しかも簡単なプロセスで接続配線を形成す
ることができる。

〔実施例〕

以下１本発明の一実施例を図面を用いて具体的に説明す
る。

なお、実施例を説明するための全回において、同一機能
を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は
省略する。

第１図は、本発明の一実施例による二層配線構造のＬＳ
Ｉを示す平面図であり、第２図は、第１図のＸ−Ｘ線に
沿っての拡大断面図である。

第１図及び第２図に示すように、本実施例によるＬＳＩ
においては、トランジスタ等（図示せず）が形成された
例えばシリコンチップのような半導体チップ１上に例え
ばＳｉＯ□膜のような層間絶縁膜２が形成され、この眉
間絶縁膜２上に例えばアルミニウム膜のような第一層目
の配線（下層配線）３１．３２が設けられている。この
配線３□、３□上には１例えばＳｉＯ□膜のような層間
絶縁膜４が設けられ、この層間絶縁膜４上に例えばアル
ミニウム膜のような第二層目の配線（上層配線）５□、
５□が設けられている。この配線５１．５□は、例えば
電源電流供給用の電源配線を構成し、前記層間絶縁膜４
の表面に広くレイアウトされている。

この配線５１、Ｓ□上にはさらに絶縁膜６（第１図にお
いては図示せず）が設けられている。これらの絶縁膜６
、配線５□、５□及び層間絶縁膜４を貫通して接続孔７
０．７□が設ｉられ、これらの接続孔７１．７□を通じ
て下層配線３い３２間を接続する接続配線８が設けられ
ている。そして、この接続配線８によって、例えばＬＳ
Ｉの完成後に発見された不良の修復（又は論理の変更等
）が行われている。なお、前記接続孔７□、７□は垂直
接続孔であってもテーパ付接続孔であってもよい。前記
接続配線８は、例えばレーザーＣＶＤにより選択的に形
成されたタングステン、モリブデン、カドミウム、アル
ミニウム等の金属膜から成る。

前記接続孔７□、７□に露出した第二層目配線５１．５
□の表面には、この表面を絶縁物化することにより形成
された例えばアルミナ（Ａ１２０．）のような絶縁膜９
が設けられ、これによって接続配線８と第二層目配線５
□、５□との接触が防止されている。従って、第一層目
配線３１．３□と第二層目配線５１．５□とのショート
を生じることなく、接続配線８を形成することができる
。この絶縁膜９の厚さは、第一層目配線３い３□及び第
二層目配線５１．５□間の電位差に応じて必要な絶縁破
壊強度を得ることのできるように選ばれる。その数値例
を挙げると１例えばこの絶縁膜９がアルミナ（絶縁耐圧
は約５００Ｖ／μｍ）であり、前記電位差が５ｖである
場合には、例えば１０００〜５０００人の範囲の厚さと
することができる。

次に、上述のように構成された本実施例によるＬＳＩの
製造方法について説明する。

第３図に示すように、まず半導体チップ１にトランジス
タ等（図示せず）を形成した後、層間絶縁膜２、第一層
目配線３□、３２、層間絶縁膜４、第一層目配線３□、
５□及び絶縁膜６を形成してＬＳＩを完成させる。この
後、配線の不良箇所を発見してその修復を行う場合を考
える。このため。

例えば前記特願昭６１−’７０９７９号において提案さ
れた第６図に示すようなイオンビーム加工装置を用いて
、絶縁膜６の表面の所定部分に加工精度の高い集束イオ
ンビーム１０（第３図）を照射することにより接続孔７
□、７□を形成する。以下。

このイオンビーム加工法の詳細について説明する。

第６図において、まず、試料交換室を構成する予備排気
室１１のフタ１２を開いて上述の半導体チップ・１をス
テージ１３の上の載物台１４の上に設置する。

次に、フタ１２を閉じ、バルブ１５を開いて真空ポンプ
１６により予備排気室１１を真空に排気する。その後、
ゲートバルブ１７を開き、真空ポンプ１８により予め真
空排気された真空容器１８内のＸＹステージ１９上に載
物台１４を移送する。なお、符号２０はバルブであり、
通常は開いた状態にある。次に、ゲートバルブ１７を閉
じた後、真空容器１８内を十分に真空排気する。次に、
前記真空容器１８の上部に設けられたイオンビーム鏡筒
２１内に設けられた例えばガリウム（Ｇａ）等の液体金
属イオン源のような高輝度イオン源２２から、その下部
に設置された引き出し電極２３により引き出されたイオ
ンビーム１０を静電レンズ２４、ブランキング電極２５
、デフレクタ−電極２６等を通して集束偏向させ、半導
体チップ１に照射する。次に、このイオンビーム１０の
照射により生じる二次電子を二次電子ディテクターＤに
より検出し、この二次電子信号による走査イオンビーム
像を偏向電極用電源２７のモニタ２８上で観察しながら
ＸＹステージ１９を移動させて、半導体チップ１上の接
続孔７１．７２を形成すべき箇所を検出する。その後、
第３図に示すように、この接続孔７１，７□を形成すべ
き箇所にのみイオンビーム１０を照射して接続孔７い７
□を形成する。この後、半導体チップ１を一旦イオンビ
ーム加工装置の外部に取り出す。

次に、前記半導体チップ１を例えば陽極酸化装置（図示
せず）内に移し、上述のようにして形成された接続孔７
い７□に露出する第二層目配線５１．５□の表面を陽極
酸化して、第４図に示すように、例えばアルミナ（Ａｌ
□０３）膜のような絶縁膜９を前記接続孔７□、７□に
対して自己整合的に形成する。なお、この陽極酸化の際
には、接続孔７０．７□における第一層目の配線３い３
□の表面にも絶縁膜９が形成される。このように接続孔
７い７２に露出する第二層目配線５□、５□の表面を絶
縁物化しているので、第一層目配線３□、３□と第二層
目配線５□ｓい　５２とのショート防止をフォトリソグ
ラフィー等の複雑なプロセスを必要とすることなく、簡
単なプロセスにより行うことができる５なお、前記アル
ミナ膜を形成する方法としては、前記陽極酸化以外に、
例えばｏ２プラズマ酸化（例えば、「真空」、２７巻、
１２号、Ｐ、９０１．１９８４年）のような方法を用い
ることもできる。また、配線材料としてアルミニウム以
外の材料、例えばタングステン、モリブデン等の高融点
金属を用いる場合には、例えばオゾンを照射しつつ低温
熱処理を行うことによりこれらの金属の酸化物を形成す
ることができ、これにより絶縁膜９を層成することがで
きる。なお、前記接続孔７□、７□を形成する際に、第
一層目配線３□、３２の表面がイオンビーム照射を受け
る結果、接続孔７い７□の内周面に例えばアルミニウム
が第３図の一点鎖線で示すように付着し、これにより接
続孔７□、７□を形成した段階で第一層目配線３１．３
□及び第二層目配線５１．５□間がショートしてしまう
ことがあるが。

接続孔７□、７□の内周面に付着した前記アルミニウム
を例えば上述の陽極酸化により完全にアルミナ化するこ
とによりこの問題を解消することがで１．きる。

次に、上述の陽極酸化の際に接続孔７１．７□における
第一層目配線３１．３２の表面に形成された前記絶縁膜
９を例えばレーザー光照射により選択的に除去して、第
５図に示すように、これらの第一層目配線３１．３□の
表面を部分的に露出させる。

次に、第６図のＸＹステージ１３上の載物台１４上に再
び前記半導体チップ１を設置し、この載物台１４をレー
ザーＣＶＤ装置の真空容器２９内のＸＹステージ３０上
に移送する。次に、このＸＹステージ３０により半導体
チップ１を１例えばアルゴンレーザーのようなレーザー
発振器３１で発振されたレーザー光３２の照射位置に移
動させ、配線修正箇所の位置合わせを行う。次に、レー
ザー光３２をシャッタ３３を介してダイクロイックミラ
ー３４で反射させ、さらに対物レンズ３５で集光させ、
真空容器２９に設けた窓３６を通って配線修正箇所に照
射する。この際、配線修正箇所の位置合わせは、照射光
学系３７、ハーフミラ−３８、レーザー光カットフィル
タ３９、プリズム４０、接眼レンズ４１等を介して修正
箇所をａｍしながら行うことができるようになっている
。

次に、バルブ４２を開けて、真空容器２９に接続された
、例えばＭｏ（ＣＯ）いＷ（ＣＯ）、等の有機金属化合
物から成る反応ガスが収容されたボンベ４３から真空容
器２９内に反応ガスを導入し、これと同時に、バルブ４
４を開けて不活性ガスが収容されたボンベ４５から不活
性ガスを導入する。この状態で前記レーザー光２９を配
線修正箇所に選択的に照射することにより、前記反応ガ
スを分解し、このレーザー光３２の照射部に金属を選択
的に堆積させる。

これによって、第１図及び第２図に示すように、接続孔
７□、７□を通じて第一層目配線３１．３１間を接続す
る接続配線８を形成する。この場合、レーザー光３２の
一回スキャンにより１例えば０．５〜１．０μｍ程度の
厚さの金属膜を堆積させることができる。

以上、本発明を実施例に基づき具体的に説明したが１本
発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要
旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは
言うまでもない。

例えば、上述の実施例においては、半導体チップ１の状
態で不良箇所の修正等を行う場合について説明したが、
チップに切断する前のウェハーの状態で不良箇所の修正
を行うことも勿論可能である。また、上述の実施例にお
いては、ＬＳＩの完成後に配線の修正や論理変更等を行
う場合について説明したが、例えばマスタースライスや
ゲートアレイにおいて所望の論理を実現するための配線
を形成する場合にも本発明を適用することができる。ま
た、本発明は、例えば多層配線を有するＬＳＩの製造工
程の途中において、同層又は異なる層の配線間を形成す
るような場合にも適用することができる。さらに、本発
明は、例えば多層配線構造のプリント基板にも適用する
ことができる。

なお、第７図及び第８図に示すように、例えば接続孔７
１．７□の周囲の上層配線５１．５２を例えばイオンビ
ーム照射によりその上の絶縁膜６と共に選択的に除去し
て溝４６を形成することによっても、接続配線８と上層
配線５□、５□との接触を防止することができるので、
これらの配線３１．３□及び配線５１．５２間のショー
トを防止することができる。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりであ
る。

すなわち、第１の発明によれば、上層配線と下層配線と
のショートを防止することができる。

また、第２の発明によれば、下層配線と上層配線とのシ
ョートを生じることなく、しかも簡単なプロセスで接続
配線を形成することができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は、本発明の一実施例による二層配線構造のＬＳ
Ｉを示す平面図。 第２図は、第１図のＸ−Ｘ線に沿っての拡大断面図、 第３図〜第５図は、第１図及び第２図に示すＬＳＩの製
造方法を工程順に説明するための断面図、第６図は、イ
オンビーム加工装置及びレーザーＣＶＤ装置を示す図、 第７図は、第一層目配線及び第二層目配線間のショート
を防止するための他の例を示す平面図。 第８図は、第７図のＹ−Ｙ線に沿っての拡大断面図であ
る。 図中、１・・・半導体チップ、３１．３２．５い　Ｓ２
・・・配線、７□、７２・・・接続孔、８・・・接続配
線、９・・・絶縁膜、１０・・・イオンビーム、３２・
・・レーザー光である。 ７／二゛　＼

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、絶縁膜により互いに分離された複数層の配線におけ
   る上層配線を貫通して設けられた接続孔を通じて下層配
   線に接続されている接続配線を有する多層配線の接続配
   線構造であって、前記接続孔に露出する前記上層配線の
   表面を絶縁物化したことを特徴とする多層配線の接続配
   線構造。 ２、前記複数層の配線が二層配線であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の多層配線の接続配線構造
   。 ３、前記配線がアルミニウム配線であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項又は第２項記載の多層配線の接
   続配線構造。 ４、前記絶縁物がアルミナであることを特徴とする特許
   請求の範囲第３項記載の多層配線の接続配線構造。 ５、前記接続配線がモリブデン膜、タングステン膜、カ
   ドミウム膜又はアルミニウム膜から成ることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項〜第４項のいずれか一項記載の
   多層配線の接続配線構造。 ６、絶縁膜により互いに分離された複数層の配線におけ
   る上層配線を貫通して設けられた接続孔を通じて下層配
   線に接続されている接続配線を有する多層配線の接続配
   線構造の形成方法であって、イオンビーム照射により前
   記接続孔を形成する工程と、前記接続孔に露出する前記
   上層配線の表面を絶縁物化する工程と、レーザーＣＶＤ
   により前記接続配線を形成する工程とを具備することを
   特徴とする多層配線の接続配線構造の形成方法。 ７、前記複数層の配線が二層配線であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第６項記載の多層配線の接続配線構造
   の形成方法。 ８、前記配線がアルミニウム配線であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第６項又は第７項記載の多層配線の接
   続配線構造の形成方法。 ９、前記絶縁物がアルミナであることを特徴とする特許
   請求の範囲第８項記載の多層配線の接続配線構造の形成
   方法。 １０、陽極酸化又は酸素プラズマ酸化により前記アルミ
   ナを形成するようにしたことを特徴とする特許請求の範
   囲第９項記載の多層配線の接続配線構造の形成方法。 １１、前記接続配線がモリブデン膜、タングステン膜、
   カドミウム膜又はアルミニウム膜から成ることを特徴と
   する特許請求の範囲第６項〜第１０項のいずれか一項記
   載の多層配線の接続配線構造の形成方法。 １２、前記接続配線を有機金属化合物を用いた前記レー
   ザーＣＶＤにより形成するようにしたことを特徴とする
   特許請求の範囲第６項〜第１１項のいずれか一項記載の
   多層配線の接続配線構造の形成方法。