JPS6352442A - 配線形成方法 - 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〕 本発明は半導体装置の表面に補修用配線を形成する方法
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たり補修するのに好適な配
線形成方法に関する。

〔従来の技術〕

近年、半導体装置は高集積化が著しく、配線層について
も多層化が進んでいる。このため開発過程にある半導体
装置が設計通りに動作するとは限らず、チップ上の配線
を切断したり、あるいは任意部分を接続することにより
不良箇所を特定したリ、あるいは補修することにより暫
定的に完全な動作が得られる様にして特性の評価が行わ
れている。

これらのうち任意の箇所を接続する方法として、エクス
テント・アブストラクト・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・アンド・マテリアルズ、東京（１９８５年）第１９
６頁から第１９６頁（Ｅｘｔｅｎｄｅｄ　Ａｂ−ｓｔｒ
ａｃｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　１７−ｔｈ　Ｃｏｎｆｅｒｅ
ｎｃｅ　ｏｎ　５ｏｌｉｄ　５ｔ−ａｔｅ　　Ｄｅｖ　
ｉｃｅ、ｓ　　ａｎｄ　　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、Ｔｏｋ
ｙｏ　　１９８５　　ｐｐ１９３〜１９６）で論じられ
ている方法がある。すなわち、Ｘ−Ｙステージ上に設置
されたＣＶＤセル内にＭ。

（ＣＯ）４蒸気と大気圧Ａｒガスを導入し、ＣＶＤセル
内のＳｉＯ２でコーティングされたＳｉ基板に、初め数
１０μＷのＡｒイオンレーザの第２高調波（波長２５７
７Ｌ’ｒｎ　）を照射して光化学反応によりＭＯｉを析
出し、次に数１００ｄＶのＡｒイオンレーザの基本波（
成長５１５ｒＬｆｉ）を光化学反応で析出したＭＯ膜に
照射して局部的に熱ＣＶＤを行った後、ＣＶＤセルをＸ
−Ｙステージにより移動させてＭ□配線を形成して任意
の箇所を接続するものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、形成したＭＯ配線の比抵抗が４０、α
ｇ・（至）とバルクの比抵抗（５，４μｇ・備）の８倍
も大きい。このため大型計ｇ機等に用いられている高速
論理ＬＳＩの補修配線罠使用すると、信号が遅延し特性
の評価がｂ゛えない。

配線の抵抗値を低減するための対策として配線膜厚を増
加する方法があるが、レーザＣＶＤＫより形成された膜
の残留応力、基板との膨張率の差などＫより、クラツク
の発生や剥離等が生じ、膜厚の増加には限界がある。

従って配線の抵抗値を低減するためには配線自体の比抵
抗を低減することが不可欠である。

本発明の目的は、信号遅延の生じない比抵抗の小さい補
修用配線を形成する方法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、レーザＣＶ　Ｄ　Ｋより形成した配線を非
酸化あるいは還元雰囲気中に保つＡ受装置と、当該配線
の櫂と同程度に集束したエネルギービーム、例えば配線
の幅と同程度に集光したレーザ光を照射する手段により
、当該配線の焼鈍を行って膜質を向上させることで達成
される。

〔作用〕

レーザ光照射により焼鈍の対象となる配線は、予めＣＶ
Ｄガス雰囲気中で集光されたレーザ光を試料（半導体集
積回路）に照射しつつ稼動することにより形成されてい
る。当該配線をとりまくＣＶＤガスを排気し、１０−’
Ｔｏｒｒ以上の真空中、あるいは不活性ガス若しくは還
元ガス雰囲気中罠尚該試料が保たれることで、焼鈍の過
程で配線表面が酸化されることを防止している。

前記配線の幅と同程度に集光したエネルギービーム（レ
ーザ光）を照射すること罠より、均一な焼鈍と高速な処
理が可能となる。自該幅以下に集光した場合には焼鈍の
効果より再蒸発の効果が顕著となり記報が損傷をうける
ためである。

レーザ等のエネルギービームの照射を受けた前記配線は
、局所的に加熱され、配線材料の結晶性の改善、炭素、
酸素等の不純物の除去により、配線の比抵抗を低減され
る。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図に従？て説明する。

まず本発明の方法を実施するのに最適な装置を第１図に
示す。当該装置は、 レーザ光２を発振するレーザ発振器１、レーザ光２を反
射して試料１９に導くためのダイクロイックミラー３と
レーザ光２を集光して試料１９上に照射するための対物
レンズ４から成る加工光学系と、観察光源５とレーザ光
２の波長忙近い波長の観察光８を取り出すためのフィル
タ６と観察光８を試料１９上に導（ためのハーフミラ−
７、そして試料１９の像を結像するための結像レンズ？
、プリズム１０、接眼レンズ１１とから成る観察光学系
と、配線形成の対象となる試料１９を収納するチャンバ
１３であって、レーザ光２を導入するためのクィンド１
２、ＣＶＤ材料ガスを納めたポンベ１６からバルブ１５
を介して接続されたガス導入配管１４、バルブ１８を介
して図示しない真空排気装置に接続された排気用配管１
７から成るガス供給排気系を有し、更に、試料１９を載
置しレーザ光２反び観察光８との焦点合せのため試料１
９を光軸方向に移動させるためのＺステージ２０．試料
１９を前記光軸に垂直な平面内で移動させるＸＹステー
ジ２１から成る試料位置特定手段を有するチャンバ１３
と、前記Ｚステージ２０及びＸＹステージ２１の駆動並
びに前記レーザ光２の光路を開閉するシャッタ２３の駆
動を制御するコンピュータ２２、の各々の構成要素から
成りたっている。

次に上記装置を用いた配線形成の手順を説明する。

まず、パルプ１５を閉じ、パルプ１８を開けてチャンバ
１３内を真空排気装置（図示せず）により１０４Ｔ’ｏ
ｒｒ以上の真空度になるまで排気する。しかる後パルプ
１８を閉じておいてからパルプ１５を開けてＣＶＤガス
を所望の圧力になるまでチャンバ１３内に導入し、パル
プ１５を閉じてＣＶＤガスをチャンバ１３内に閉じ込め
た状態にする。その後、観察光学系により試料１９上の
パターンを観察しつつＸＹステージ２１により試料を任
意の場所に移動させる。

次にレーザ発損器１よりレーザ光２を発振し、シャッタ
２３を開けてレーザ光２を対物レンズ４’　Ｋより集光
して試料１９の任意の場所に照射する。ＣＶＤガスはレ
ーザ光２の熱エネルギーにより公序され、配線材料を析
出する。当該析出はコンビー−タ２２で制御されたＸＹ
ステージ２０の動きに沿って所望の接続位置まで任意の
速度で移動する。配線形成はシャッタ２３を閉じてレー
ザ光２の照射を打ち切ることで終了する。

全ての補修用配線を形成した後、パルプ１８を開けて真
空排気装置（図示せず）によりチャンバ１５内のＣＶＤ
ガスを排気し、少（とも１ｏ　Ｔｏｒｒの真空とする。

そして前記の方法で形成した配線に対して、レーザ光２
の照射径が配線の唱と同程度になる様に試料１９をＺス
テージ２０により光軸方向に前後させる。こうして得ら
れたデフォーカスのレーザ光ン配線部分のみに照射する
様、コンビー−タ２２でＸＹステージ２１を制御し、任
意の速度で移動させて前記配線をアニールする。

次に配線形成の手順を第２図により具体的に説明する。

まず第２図（４）にＳｉ基板３０上にＳ　ｉｏｚ膜３膜
上１してＡ２配線層３３が形成されバシベーシ１ン膜３
２が全面に形成された試料を示す。接続を要する部分の
Ｍｂ’ｉｌ１層ｘ３上のバシペーシッン膜３２はリング
ラフィ技術を用いたエツチングやレーザ加工、イオンビ
ーム加工等の手法により窓おけが成され、窓あけ部分３
４ａ、３４ｂが形成されている。この試料を第２図ｔｂ
）の様にＣＶＤガス３５雰囲気内（たとえばＭ。

（Ｃｏ）６の蒸気ｏ、ＩＴｏｒｒ）に載ｔｉｌｔ、、窓
あげ部分５４ａに集光したレーザ光２（たとえばＡｒレ
ーザの基本波、パワー２００？ＦＬＷ　）を照射する。

ぞしてＣＶＤガス３５を熱化学反応により分解しＭｏ膜
３６を析出しながら矢印の方向に試料を任意の速度（た
とえばｏ、ｉ麺／−九ンで窓あけ部３４ｂまで移動させ
る。このようにして第２図（Ｃ）に示す様にＭｏ膜３６
により窓あけ部５４ａ、３４ｂ　ＫあるＡｎ配線同士を
接続する。次に第２図（ｄ）に示す様にＣＶＤ力”ス３
５を排気して少くとも１０　　’ｌ’ｏｒｒの′Ａ窒雰
囲気に試料をさらす。そしてレーザ光２のＭｏ膜３６に
対する照射径がＭｏ膜３６と同程度になる様に試料を光
軸方向に前後にずらし、窓あけ部３４αに堆積済みのＭ
ｏ　１４３６に照射してアニールする。矢印の方向く試
料を移動させて、当該照射が窓あげ部５４ｂまで成され
るようにし、ＭＯ膜３６のみを第２図＜ｅ＞に示す様に
アニールする、この方法では、アニールを行うときにレ
ーザ光２をＭｏ股３６の幅と同種、１の径にして照射し
ているので、アニールが短時間かつ均一に行える。収束
レーザ光によって複数回照射するときは、堆積済みのＭ
ｏ　膜３６の剥離、劣化が生じやすく、膜自体に応力ス
トレスが洩りやすい。

本方法によるアニールの効果は、堆積済みのＭ。

膜では比抵抗が約５０μｇ−（至）であるのに対し、ア
ニール後のＭｏ膜３８の比抵抗は約１１μｇ−（至）と
なり、約４０チの比抵抗の低減が行える。７二−ル剪後
のＭｏ膜の幾何学的形状には大きな変化はない。従って
膜厚、配９６玉を変えずに、レーザアニールによりＭＯ
膜の結晶性改善、炭素、酸素等の不純物の除去が行える
。またレーデ光２を２あけ部３４ａ、５４ｂのＭｏ換３
６に数分間照することで、ΔｆＯ膜３８とＭ配線のコン
タクト部が、熱による拡散現象により合金化して接触抵
抗を低減できる効果もある。

ここでレーザ光２は対物レンズ４により収束されている
が、第３図に示す様にシリンドリカルレンズ２４を用い
てもよい。即ち、配線形成を行うときには対物レンズ４
を用い、アニールを行うときにはシリンドリカルレンズ
２４を用いることで、レーザ光２は線状に集光され、配
線の幅に対して均一なエネルギーで１ニールが行える。

この方法によれば、試料１９が観察光８の焦点位置から
ずれることがないため、アニールを行うときの位置合わ
せが容易なる効果がある。

なお、本実施例においてアニールを行う時、試料１９を
真空雰囲気に載置した状態で行ったが、還元雰囲気ある
いは不活性ガス雰囲気においても同様の効果が得られる
。

次に本発明の別な実施例である配線形成方法忙ついて第
４図により説明する。

装置の構成で、加工光学系と観察光学系の構成は第１図
で説明したものと同じである。チャンバ４０には、上部
にレーザ光２を導入するためのウィンド１２があり、内
部には試料１９Ｋ　ＣＶ　Ｄガスを吹き付けられるよう
に設置されたノズル４１があり、そのノズル４１の先に
はＣＶＤガスを納めたボンベ１６とＣＶＤガスの流量を
調節するためのバルブ１５がつながっている。また試料
１９に還元ガスを吹き付けられるように設置されたノズ
ル４２があり、そのノズル４２の先には還元ガスを納め
たボンベ４４と還元ガスの流量を調節するためのバルブ
４３がつながっている。そしてノズル４１．４２と対向
するようにＣＶＤガスと還元ガスを排気するための排気
管４５があり、その排気管４５には排気量を調節するた
めのバルブ１８がつながっており、ＣＶＤガスあるいは
還元ガスを一定の量で排気できるようになっている。

試料１９はレーザ光２及び観察光８との焦点を合わせる
ため光軸方向に前後するＺステージ２０と、ＸＹステー
ジ２１上に載置されている。Ｚステージ２０及びＸＹス
テージ２１はコンビエータ２２に接続し°てあり、所定
の位置に任意の速度で移動制御が可能である。

次に上記した装置を用いた配線形成の手順を説明する。

まず、バルブ１５．４３を閉じた状態でバルブ１８を開
けてチャンバ４０内を真空排気装置（図示せず）により
少くとも１０　　Ｔｏｒｒの真空度になるまで排気する
。その排気中に観察光学系により試料１９のパターンを
観察しつつＸＹステージ２１で試料１９を任意の場所に
移動きせておく。しかる後パルプ１５を開けてＣＶＤガ
スをノズル４１より試料１９に吹き付ける。吹き付けら
れたＣＶＤガスは排気管４５から排気され、ＣＶＤガス
は試料１９付近のみに存在することとなる。この状態で
レーザ光２を対物レンズ４により集光して試料１９の任
意の場所に照射し、その熱エネルギーによりＣＶＤガス
を分解して配線材料を析出させる。この析出はコンピュ
ータ２２で制御しているＸＹステージ２１の移動に涜っ
て接続を行いたい位置まで任意の速度で移動する。そし
て所望の配線を形成した後、シャフタ２３を閉じてレー
ザ光２の光路を遮断し配線形成の工程を終了する。そし
て、全ての補修用配線を形成した後忙バルブ１５を閉じ
てＣＶＤガスの供給を停止する。

次にバルブ４３を開けて還元ガスをノズル４２より試料
１９に吹き付ける。吹き付けられた還元ガスは排気管４
５から排気され、還元ガスは試料１９付近のみに存在す
ることとなる。この状態で前記の方法で形成した配線に
対するレーザ光２の照射径が、当該配線の幅と同種度罠
なる様に、試料１９をＺステージ２０により光軸方向に
前後させる。このようにしてレーザ光２の焦点がずれた
状態で配線部分のみに当該レーザ光２が照射される様に
コンピュータ２２でＸＹステージ２１を制御し、任意の
速度で移動させ配線をアニールする。

これＫより、配線の結晶性の改善や炭素・酸素等の不純
物除去が行え、比抵抗を小さくできる効果がある。

更に本実施例によれば、配線を形成した後にＣＶＤガス
を完全に排気する必要がないため、配線形成後のアニー
ル過程への移行が速やかに行える効果がある。

ここで、配線材料としてＭＯを析出させるためにＭＯ（
Ｃｏ）４を用いたがＭｏＣｆ１ｓ、　ＭｏＦａ等を用い
ることもできる。また、池の配線材料としてＷを析出さ
せる場合Ｗ　（Ｃｏ　）　４あるいはＷＦａ、　Ｎｉを
析出させる場合Ｎ１（Ｃｏ）４を使用し、析出アニール
を行うレーザ光としてＡｒレーザの基本波（波長５１４
．５ａｍ）を用いる組合せや、Ａｒレーザの第２高調波
（波長２５７７Ｌ？Ａ　）を用いてＡｆｔ　（ＣＨｓ　
）　２からＡＪ２、ｃｃｔ　（ＣＨｘ　）２からＣｄを
析出させ、Ａｒレーザの基本波によりアニールを行う組
合せを使用することができる。但し、本発明はこれらに
限定されるものではない。

〔発明の効果〕

本発明によれば、レーザＣＶＤで形成した配線の抵抗値
を低減できるので、信号遅延が問題となるような半導体
装置の補修用配線に用いることができる。また、上記配
線のみにレーデ等のエネルギビームを照射するため、周
囲の完成した素子に熱影響を与えることなく補修できる
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の配線形成を行うための一実施例を示す
図、第２図は本発明の配線形成工程を説明する図、第３
図は本発明の配線形成を行うための別の実施例を示す図
、第４図は本発明の配線形成を行う別の実施例を示す図
である。 １・・・レーザ発振器、２・・・レーザ光、４・・・対
物レンズ、１３・・・チャンバ、１６・・・ＣＶＤガス
用ホンペ、１９・・・試料、２０・・・Ｚステージ、２
１・・Ｘ−Ｙステージ、２２・・・コンピュータ、５３
・・・Ｍ配線層、５４１”、５４ｂ・・・窓あけ部、３
６・・・Ｍ、膜、３８・・・アニールした隔膜、２４・
・・シリンドリカルレンズ、４ｊ、４２・・・ノズル。 代理人弁理士　小　川　勝　男− 晃　１　目 見２　目 名３に 第４区

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体装置表面に補修用配線を形成する方法であっ
   て、少くとも配線材料を形成する工程と当該配線材料を
   焼鈍する工程を含むことを特徴とする配線形成方法。 ２、特許請求の範囲第１項記載の配線形成方法において
   、配線材料を形成する工程がレーザを用いたＣＶＤによ
   り補修する部分にのみ配線材料を形成させる工程である
   ことを特徴とする配線形成方法。 ３、特許請求の範囲第１項記載の配線形成方法において
   、配線材料を焼鈍する工程が真空雰囲気で配線材料の幅
   と同程度に集光したレーザ光の照射による焼鈍であるこ
   とを特徴とする配線形成方法。 ４、特許請求の範囲第１項記載の配線形成方法において
   、配線材料を焼鈍する工程が還元雰囲気で配線材料の幅
   と同程度に集光したレーザ光の照射による焼鈍であるこ
   とを特徴とする配線形成方法。 ５、特許請求の範囲第１項記載の配線形成方法において
   、配線材料を焼鈍する工程が不活性ガス雰囲気で配線材
   料の幅と同程度に集光したレーザ光の照射による焼鈍で
   あることを特徴とする配線形成方法。