JPH01204448A - 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）、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ル補修するのく好適な配
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
装置が設計通シに動作するとは限らず、部分的に設計変
更を加えたフォトマスクを用いて再製作した９、あるい
は半導体装置内の任意の配線を切断したシ、あるいは任
意部分を接続することによシネ良箇所を特定したジ、あ
るいは補修することによシ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
・コア７アレンスｅオンＯソリツド・ステートｅデバイ
ス・アンド令マテリアルズ、東京（１９８５年）第１９
５頁から第１９６頁（ＥｘｔｅｎｄｅｄＡｂ−ｓｔｒａ
ｃｔｓ　　ｏｆ　　ｔｈｅ　　１７−ｔｈ　Ｃｏｎｆｅ
ｒｅｎｃｅ　　ｏｎ　　８ｏ１ｉｄ８ｔ−ｓｉｔｅ　Ｄ
ｅｖｉｃｅｓ　ａｎｄ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、Ｔｏｋｙ
ｏ　１９８５　ｐｐ１９５〜１９６）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Ｍｏ　（ＣＯ）、蒸気と大気圧Ａｒガス
を導入し、ＣＶＤセル内の８１０Ｂでコーティングされ
たＳｉ基板に、初め数１０４のＡｒイオンレーザの第２
高調波（波長２５７ｎ−ｍ　）を照射して光化学反応に
よＦ）Ｍｏ膜を析出し、次に数１ｏｏｆｎＷのＡｒイオ
ンレーザの基本波（波長５１５？ＬＷＬ）　ｔ−光化学
反応で析出したＭｏｇＫ照射して局部的に熱ＣｖＤｔ−
行った後、ＣＶＤセルをＸ−Ｙステージにより移動させ
て当配線を形成して任意の箇所を接続するものでるる。

〔発明が解決しようとする課題〕 上記従来技術は、形成したＭｏ配線の比抵抗が４０μΩ
・国とバルクの比抵抗（５，４μΩ、ｍ）の８倍も大き
い。このため大盤計算機等に用いられている高速論理Ｌ
ＳＩの補修配線に使用すると、信号が遅延し特性の評価
が行えない。

配線の抵抗値を低減するための対液として配線膜厚を増
加する方法があるが、レーザＣＶＤによ）形成された膜
の残留応力、基板との膨張率の差などによシ、クラック
の発生や剥離等が生じ、膜厚の増力１１１１　Ｋ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。

〔線層を解決するための手段〕

上記目的は、レーザＣＶＤによシ形成した配線を非酸化
あるいは還元雰囲気中に保つ真空装置と、当該配線にレ
ーザ光を相対的に走査して照射する手段とを用い、該レ
ーザ光の走査開始時には低パワーで、走査の進行と共に
照射パワーを所足の値まで高めて行き、走査終了に近ず
（につれて照射パワーを下げることによシ、当該配線に
クラックを生ずることなくアニールを行って膜質を向上
させることで達成される。

〔作用〕

レーザ光照射によるアニールの対象となる配線は、予め
ＣＶＤガス雰囲気中でレーザ光を半導体装に集光照射し
つつ相対的に走査することにより形成される。この配線
をとシま（ＣＶＤガスを排気し、１０　”　Ｔｏｒｒ以
上の高真空中、るるいは不活性ガスもしくは還元ガス雰
囲気中に半導体装置を保ちつつアニールを行うことで配
線が酸化されることを防止している。

アニールに際してのレーザ光の照射パワーは、走査開始
時には低パワーで、走査の進行と共に高パワー（アニー
ルに必要な値）へと移行させる。

そして走査領域の終了に近ずくにつれ、走査開始時のパ
ワーまで低下させる。これによシ、レーザＣＶＤで形成
された配線は急熱・急冷の熱的衝ネが大幅に低減され、
さらに当該配線と下地膜との熱ｆ！張係数の違いに起因
した応力も大幅に低減するためクラックを生じない。

レーザ光の照射を受けた前記配線は、局所的に加熱され
る。これによ〕配線の一構成物質である化合物が分解さ
れ、比抵抗の小さい金属成分が増加して配線の比抵抗を
低減する。

〔実り例〕

以下、本発明の実施例を図に従りて説明する。

まず本発明の方法を実施するに最適な装置ｔ′ｆＩ：、
第１図に示す。

当該装置は、レーザ光２ｔ−発損するレーザ発振器１、
レーザ光２の照射パワーを変化させる透過率可変フィル
タ３とその駆動機構４、レーザ光２を反射して半導体装
置１００に導くための反射ミラー５とダイクロイククミ
２−６、レーザ光２の光路を開閉するシャッタ７、レー
ザ光２ｔ−半導体装置１００に集光照射する対物レンズ
８、から成る加工光学系と、観察光源９、観察光′＃Ａ
９からの＠祭光１０を半導体装置１００上に導くための
ハーフミラ−１１、半導体装置１００からの観察光１０
の反射光１０′を結像レンズ１２およびテレビカメラ１
５に導くプリズム１４．テレビカメ″ｙ１３で取シ込ん
だ像を表示するモニタ１５から成る観察光学系と、光検
出器１６および表示器１７から成る照射パワー検知手段
と、配線形成の対象となる半導体装置１００の出し入れ
のためのローディングチャンバ１Ｂ、レーザ光２および
観察光１０ｔ−導入する窓５１を設けたメインチャンバ
１９、ローディングチャンバ１８ドメインチャンバ１９
とを連結するゲートバルブ２０、ローディングチャンバ
１８の排気を行う真空ポンプ２１およびバルブ２４　ロ
ーディングチャンバ１８内の真望度を検知するための真
空ゲージ２Ｌ　Ｐ！様にメインチャンバ１９の排気のた
めの真空ポンプ２４およびバルブ２＼真空度検知のため
の真空ゲージ２６、から成る真空系と、ローディングチ
ャンバ１８に設けられ、ホルダ２７に載置した半導体装
置１００を該チャンバ１８とメインチャンバ１９との間
でホルダ２７ごと搬送するための搬送アーム２８とその
駆動機構２９から成る搬送手段と、メインチャンバ１９
内に設けられ、Ｘ・Ｙ−Ｚ・０の各方向（三次元方向）
に移動可能なステージ３０と、ＣＶＤ材料ガスを納めた
ボンベ５２およびバルブ３５とガス導入のための配管３
４から成るＣＶＤガス供給手段と、必要に応じ、不活性
ガスあるいは還元性ガスを納めたボンベ３５およびバル
ブ３６とガス導入のための配管３７から成るアニール用
ガス供給手段と、前記した透過率可変フィルタ３の駆動
機ｓ４およびシャッタ７および搬送アーム２Ｂの駆動機
構２９およびステージ５０の制御、光検出器１６の表示
器１７からのデータ取シ込み、磁気媒体３８からの力ロ
エデータの取シ込み、等を行う第１のコントローラ３９
と、前記したゲートパルプ２０およびバルブ２２．２５
．５５．３６の制御、真空ゲージ２５．２６からのデー
タ取シ込み、等を行う第２のコントクー−）４鳴から構
成される装 置 光２が連続発振されるものが適している。例えばＡｒ　
Ｖ−ザ，ＫｒｖーザｅＨｅ−ＮｅＬ／−ザ，ＹＡＧレー
ザ（高調波も含め）、等がある。

透過率可変フィルタ５は一枚の円板の周方向に透過率を
連続的あるいは一定角度毎に変化させたものであ）、駆
動機構４で回転させることでレーザ光２の透過光ｔ（一
照射パワー）ｔ−変える。

反射ミラー５はレーザ光２の一定割合が透過するもので
あり、これを透過したレーザ光２のパワーとダイクロイ
ツクミ″）−６および対物レンズ８および窓５１のレー
ザ光２に対丁る透過率が分かつていれば半導体装ｆ１０
０に照射されるレーザ光２のパワーは容易に知ることが
できる。ダイクロイククミラ−６はレーザ光２の波長に
対してのみ反射の特性を有するものである。

モニタ１５の画面上には、レーザ光２の照射位置を示す
マーカ（例えば電子ライン）が表示されている。磁気媒
体５８から取ル込む加工データの内容は、半導体装置１
００内の配線とレーザＣＶＤによ夛形成丁る配線との接
続部の座標（座標原点は半導体装置１Ω０内の特定パタ
ーン（例えばアライメントマーク））、配線の形成経路
、レーザＣＶＤおよびレーザアニール時のレーザ光照射
パワー、およびレーザ光の走査速度、ＣＶＤ材料ガスの
メインチャンバ１９への導入圧力、不活性ガスあるいは
還元性ガスのメインチャンバ１９への導入圧力（必要に
厄じ）、各種処理前のローディングチャンバ１８および
メインチャンバ１９の所要真空度、等でおるφ次に本装
置を用いた配線形式手＋１１−説明する。

まず、磁気媒体３８から加工データを取９込むと共に、
ローディングチャンバ１８のフタ（図示せス）を開けて
ホルダ２７上に半導体装置１００ｔ−載置する。

７夕を閉じた後、バルブ２２を開けてローディングチャ
ンバ１８内を１０””Ｔｏｒｒ以上の高真空に排気する
。

尚、メインチャンバ１９は予めｔ　ｃｒ’　〜１　ｃｒ
’　Ｔｏｒｒに排気されている。（ゲートパルプ２０は
閉、バルブ２５は開、バルブ３Ｌ５６は閉） 次に、ゲートバルブ２０ｆｃ開け、搬送アーム２８によ
シ半導体装置１００′ｔ″ホルダ２７ごとステージ３０
上に載置し，搬送アーム２８を戻し、ゲートパルプ２０
を閉じる。メインチャンバ１９内が再び１（］’Ｔｏｒ
ｒ以上の高真空に達したらバルブ２５ヲ閉じ、バルブ３
３ｆ．開けてＣＶＤ材料ガスを所定の圧力になるまで導
入後、バルブ６３を閉じＣＶＤ材料ガスをチャンバ１９
内に閉じ込める。ここで用いるＣＶＤ材料ガスとしては
、Ｃｒ（ＣＯ）、　、　Ｎｉ（Ｃｏ）４，　Ｍｏ（ＣＯ
ン．。

Ｗ（ＣＯ）。といった金属カルボニルやＭＯＦ＠＃　Ｖ
ＶＦ●と〜つたハロゲン化合物である。これらは昇華性
であるが、室温における蒸気圧が低いため、ボンベ３２
ゃバヤフ６３および配管６４にヒータを設け、ヵｎ熱し
ながらＣＶＤ材料ガス導入を行うと短時間で済む。

ＣＶＤ材料ガス導入の間に、半導体装Ｒ１００に照射す
るレーザ光２のパワー調整を力ロエデータに基き、透過
率可変フィルタ５と光検出器１６とを用いて行う。また
、ステージ３０を移動させ、対物レンズ８直下に半導体
装置１００の基準位置（例えばアライメントマーク）を
位置させた後、該基準位置とモニタ１５上のマーカとが
一致する様、ステージ３０を移動させ、この位置ｔ−加
工原点とする。次に、加工データに基きステージ３０を
移動させて、半導体装置１００に予め形成しであるコン
タクトホールの中心とモニタ１５画面上のマーカとを合
わせる。

ＣＶＤ材料ガスが所定の圧力に導入されていたならば、
シャッタ７を開いてコンタクトホール１０６ｃＬ内にレ
ーザ光２ｔ−照射する。（第２図（ａ））レーザ照射に
よシコンタクトホール１０６４内の配線１０３が加熱さ
れ、そこに触れたＣＶＤ材料ガスが熱分解し、導電性物
質１０７ｔ−析出する。（第２図（ｂ））Ｃ’ＶＤ材料
ガスの分解によって得られる導電性物質１０７としては
、Ｃｒ（Ｃｏ）、　（Ｄ場合はＣｒｔＮｔ　（Ｇｏ）　
４の場合はＮｌｅ　Ｍｏ　（Ｃｏ）　＊およびＭｏＦ、
の場合は当−Ｗ（Ｃｏ）ｓおよび前、の場合はＷである
。これらは後で形成する配線においても同じである。

コンタクトホールｔｏ６ａｔ−完全に埋め込んだ後、シ
ャッタ７を閉じてレーザ照射を停止する。そして、ステ
ージ３０ｔ−移動して対をなすコンタクトホール１０６
ｂの中心とマーカとを合わせ、再びシャッタ７ｔ−開い
てレーザ照射を行い、導電性物質を充填する。

複数箇所の接続を行う場合、上記動作（位置合わせ→レ
ーザ照射）を繰シ返し、全てのコンタクトホール１０６
を導電性物質１０７で充填後、次に述べる配線形成を行
っても良いし、あるいは一対毎に導電性物質１０７の充
填、配線形成を繰）返し行っても良い。

次に充填済みのコンタクトホール１０６同志の接続、即
ち配線形成を行う。レーザ光２の照射パワーを所定の値
に設定後、シャッタ７を開いてレーザ光２をコンタクト
ホール１０６ｂの充填部に照射する。同時に、加工デー
タの配線の形成経路に従ってステージ５０ｔ−移動、即
ちレーザ光２の相対的走査を行う。これによフ、半導体
装置１００上には第２図（Ｃ１に示す如く、配線１０８
が形成される。対金な丁コンタクトホール１０６αの充
填部にレーザ光２が達した所でレーザ光２の照射および
ステージ６０の移動を停止する。

配線１０８の布設が全て終了したならば、パルプ２５を
開けてメインチャンバ１９内のＣＶＤ材料ガスを排気す
る。メインチャンバ１９内が１０″Ｔｏｒｒ以上の高真
空になったらレーザアニールを行う。

第３図に示す如く、レーザアニール開始点ｘ１の照射パ
ワーヲＰ、に調整する。この照射パワーＰ、は配線１０
８にいきなシ照射しても当該配線１０８にクランクを生
じない程度の値であシ、配線１０８の材質や寸法、レー
ザ光２の波長、等で異なる。例えば、配線幅が約１５μ
ｍのＭｏ配線に波長５１５ｎｍのＡｒレーザ光を照射し
た時、２００ｍＷ以下の照射）くワーではクラックの発
生が認められなかった。

照射パワーＰ１ｔ−調整後、シャッタ７ｔ−開くと共に
ステージ６０を配線経路に従って移動させ、レーザ光２
を相対的に走査する。走査の進行と共に照射パワーを高
めて行き、所定の位置Ｘ！に達した時点でアニールの効
果が高い値Ｐ、にする。この照射パワーＰ、も前記Ｐ１
同様、配ａ１０８の材質や寸法、レーザ光２の波長、等
で異なる。第４図に配線幅が約１５ＪＭ１のＭＯ配線ｆ
ｃ彼波長１５ｎｍのＡｒレーザ光を用いてレーザアニー
ルした時の照射パワーと配線抵抗との関係を示す。第４
図工９，５００ｍＷ以上でレーザアニールすることで配
線抵抗ｔ−１７５以下に低減できることが分かる。これ
は、Ｍｏ配線中の比抵抗を高めているＭｏ０ｒＣｙの化
合物が分解し、金属としてのＭｏの比率が増加したため
である。

レーザ光２の照射位置が所定の位置よ、に達したならば
、照射パワーを下げて行き、走査終了点ｘ４では走査開
始時と同じになる様、透過率可変フィルタ５を回して調
整する。

この一連の動作によシ、配線１０８はレーザ照射による
急熱Φ急冷の熱的衝撃が低減される。そして、配＄１０
８と下地膜（バクシベーション膜１０５）との熱膨張係
数の違いによって生じる応力も低減され、これらに起因
するクラックの発生を防止できる。

第３図に示した照射パワーのプｃ！７　、イルは、加工
データとして予め愚見媒体３８に記録されている。第３
図では照射位置との関係で示したが、時間との関係で示
しても良い。また、照射パワーＰ。

からＰ、　、　Ｐ、からＰｓｉでの変化を連続的に示し
たが、ステップ状にしても良い。

配線１０８が複数本形成されている巻合は、再びステー
ジ６０を移動して次の配線１０８の走査開始点の位置合
わせを行い、上記手順で全【の配線１０８をレーザアニ
ールする。（第２図（ｄ））Ｌかる後、ステージ５０を
半導体１ｔｔｏａ搬送時の位置に戻し、ゲートパルプ２
０ｔ−開け、搬送アーム２８によシ半導体装置１００　
ｆｃクローィングチャンバ１８にホルダ２８ごと搬送す
る。次いで、ゲートパルプ２０を閉じ、ローディングチ
ャンバ１８を大気開放して半導体装置１００を取り出し
、配線形成を終了する。

尚、本実施例において、レーザアニールを真空中で行っ
たが、メインチャンバ１９を高真空に排気後、バルブ３
６を開けてボンベ３５よ）不活性ガスあるいは還元性ガ
スを導入し、これらの雰囲気中で行っても良い。

また、本実施例のレーザＣＶＤによる配線１０８は、Ｃ
ＶＤ材料ガスが熱分解によって得られるものであるため
、レーザ光２の集光径より大きな幅で形成される。よっ
て、レーザアニール時にレーザ光２の集光径をデフォー
カスさせる等して太き（し、配線１０日全幅に照射する
ことにより、配線１０８全体を均一にアニールすること
ができる。

さらに、ステージ３０あるいはホルダ２７にヒータを設
けるか、メインチャンバ１９内に加熱用ラングを設ける
等して、半導体装ｔ１００全体をその特性に悪影響を与
えない程度に加熱しながらレーザアニールを行えば、低
パワーのレーザ照射で配線抵抗の低減が達成できる。ま
た、照射パワーの上昇−下降の区間（第３図の３１　　
Ｊｅｚ　ｗ　ＪＳ　　Ｊ４　）を短くできるため、十分
に低抵抗化される領域が長くなる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、レーザＣＶＤで形
成した配線の抵抗値を大幅に低減できるため、信号遅延
が問題となるような半導体装置の不良置所の特定や補修
に適用できる。

また、上記配線のみにレーザ光を照射してアニールを行
うため、周囲の完成した素子に熱影響を与えることなく
低抵抗化を達成できる。

さらに、レーザ照射によって生ずる応力を低減させ７ｔ
アニールを行っているため、上記配線にクラックを生ず
ることがない。よつ【半導体装置の補修歩留フが大幅に
向上する。

【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示す図、第３図は
本発明のレーザアニールにおける照射パワーの変化を示
す図、第４図はレーザアニール時の照射パワーと配線抵
抗の関係を示す図である。 １−・レーザ発愚器、２・・・レーザ光、６・・・透・
過率可変フィルタ、５−・・反射ミラー、７・・・シャ
ッタ、８・・・対物レンズ、１６・・・光検出器、１８
・・・ローディングチャンバ、１９・・・メインチャン
バ、２０−・・ゲートパルプ、２１．２４・・・真！ポ
ンプ、３０・・・ステージ、５１・・・窓、５２・・・
ＣＶＤ材料ガスボンベ、３８・・・ミス媒体、３９−１
ントｃＩ−２，１００・・・半導体装置、１０５・−配
線、１０６−・コンタクトホー・ル、１０７・・・導電
性物質、１０８−・配線。 体）　　　　　躬２国

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体装置表面に不良箇所の特定あるいは補修のた
   めの配線を付加形成する方法において、少くともレーザ
   を用いたＣＶＤにより、配線を形成する工程とレーザを
   用いた当該配線のアニール工程とを有することを特徴と
   する配線形成方法。 ２、配線をアニールする工程を真空雰囲気あるいは不活
   性ガス雰囲気の非酸化雰囲気中で行うことを特徴とする
   請求項１記載の配線形成方法。 ３、配線をアニールする工程を還元雰囲気中で行うこと
   を特徴とする請求項１記載の配線形成方法。 ４、配線をアニールする工程において、走査開始ととも
   にレーザ照射パワーを高め、走査終了に近ずくに従って
   レーザ照射パワーを低下させることを特徴とする請求項
   １記載の配線形成方法