JPH0794512A

JPH0794512A - 配線形成方法及び装置

Info

Publication number: JPH0794512A
Application number: JP5233888A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Madokoro; 祐一間所; Kaoru Umemura; 馨梅村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-09-20
Filing date: 1993-09-20
Publication date: 1995-04-07

Abstract

(57)【要約】【目的】大規模集積回路のパターン修正、配線修正工程
に使われる集束イオンビーム誘起堆積法のスループット
及び修正歩留りを向上させること。【構成】集束イオンビーム誘起堆積法による配線等の導
体層の堆積工程において、予め目的とする導体層の形状
に合わせた溝を形成してから、溝中に導体層の堆積を行
う。例えば基板上に導体層形成用のガスを供給した状態
下で、一価のＧａ集束イオンビームを、最初は導体層が
堆積する速度よりも大きなスパッタ速度の電流密度で導
体層の形状に合わせて照射（走査）し、溝を形成する。
次いで、電流密度をスパッタ速度よりも大きな導体層の
堆積速度に切り換えて溝内に導体層を堆積する。【効果】溝の形成によりスパッタ粒子を堆積膜中に取り
込めるため、導体層の形成速度が向上すると共に、スパ
ッタ粒子の再付着による付近パターンの変形を回避で
き、既存配線との短絡の危険を低減し、歩留りが向上す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、集束イオンビーム誘起
堆積法による導体層の形成方法及びその形成装置に係
り、特に大規模集積回路の論理修正、欠陥検出等の配線
導体あるいは検出電極の形成に好適な配線形成方法及び
その装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、集束イオンビーム誘起堆積法を用
いた配線修正は、高密度集積回路の開発に用いられてき
た。これは、集束イオンビームスパッタリングによる配
線切断と、化学的気相堆積法（Chemical Vapor Deposit
ion：ＣＶＤ）により配線導体を形成するガスの存在下
で集束イオンビームを照射して行う集束イオンビーム誘
起堆積による配線形成が、同一装置内で二次電子像を観
察しながら行え、配線修正に適していたからである。こ
れを応用した論理回路の欠陥検出に関しては、例えば、
「日本学術振興会荷電粒子ビームの工業への応用第１３
２委員会第１０１回研究会資料」pp40〜45に「集束イオ
ンビームによるＩＣの動作解析及び配線変更」という題
目で述べられている。

【０００３】また、米国真空学会、ジャーナル・オブ・
バキュームサイエンス・アンド・テクノロジー、ビー第
９巻、第５号、第2670頁〜第2674頁、１９９１年〔Jour
nalof Vacuum Science and Technology B, Vol.9, No.
5, Sep/Oct 1991 pp2670〜2674〕では、Ｘ線リソグラフ
ィー用マスクの修正を集束イオンビーム誘起堆積法で行
なう場合について述べ、修正パターン周辺の既存パター
ンに堆積膜がスパッタされて付着するため変形が生じる
ことを指摘している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この種の従来技術の問
題としては以下に述べるは２つの問題点があった。すな
わち、第１の問題点は導電膜堆積速度が遅く、配線修正
のスループットが上がらないことである。集束イオンビ
ーム誘起堆積では膜堆積と堆積膜のスパッタが同時に進
行する。従って、実効的堆積速度は堆積速度からスパッ
タ速度を差し引いた低い値になってしまう。また、第２
の問題点は、堆積パターン近傍に飛散するスパッタ粒子
の再付着が考慮されておらず、特に既存配線に近接した
回路修正用配線もしくは回路検査用電極等の導体層を形
成する場合においては、既存配線の変形、短絡を引き起
こす危険があったことである。

【０００５】したがって、本発明が解決しようとする課
題は、上記の２つの問題点、すなわち、低い堆積速度、
及びスパッタ粒子の再付着による近接配線の短絡の危険
を解消することである。すなわち、本発明の第１の目的
は集束イオンビーム誘起堆積法による迅速、かつ歩留り
の高い改良された配線形成方法を提供することにあり、
第２の目的はそれを形成する改良された装置を提供する
ことにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的である配
線形成方法は、例えば集積回路の既存配線間に集束イオ
ンビーム誘起堆積法により回路修正用もしくは回路検査
用の配線を形成するに際し、予め配線形成領域に所望と
する配線の形状に合わせた溝を形成してから、この溝中
に、例えばタングステンやモリブデン等の導体層を堆積
させることにより、達成される。溝の形成方法として
は、以下に説明するように目的に応じて種々の方法が選
択できる。

【０００７】第１の方法は、溝形成を加工速度の大きい
高電流密度ビームで、ガス導入後の膜堆積を堆積速度の
大きい低電流密度ビームで行うことである。すなわち、
始めの溝形成工程ではイオンビームの電流密度を堆積速
度よりも大きなスパッタ速度条件とし、溝内への導電層
の堆積工程ではこの逆のスパッタ速度よりも大きな堆積
速度条件とし、電流密度を適宜切り換え制御することに
より、導電層の堆積工程に先行して溝形成工程を行うも
のである。このように電流密度を所定条件に制御するだ
けで溝形成と、それに引き続く溝内への導電層の堆積と
を連続的に行うことができ、配線形成速度を飛躍的に向
上させることができる。なお、導電膜形成用のガスは、
溝形成工程時には流さず、膜堆積工程時にのみ流すよう
にするのが一般的であるが、溝形成工程から膜堆積工程
に至るまで流し続けても良い。ここで、電流密度の切り
換えは必須ではないが、配線形成速度を向上させる重要
な要素である。さらに、この電流密度の切り換えによ
り、ガス導入のオン、オフを行わずに溝形成、埋込みの
切り換えが行える。

【０００８】また、電流密度を切り換える代わりにイオ
ンビームの滞在時間を制御してもよく、溝形成工程時に
はイオンビームの走査速度を遅くして滞在時間を長く取
りスパッタ優位とし、導電層の堆積工程においては逆に
走査速度を速くして滞在時間を長く取り堆積優位とすれ
ば、電流密度を制御した場合と同様に溝形成と溝内への
導電層の堆積とを同一チャンバ内で連続的に行うことが
できる。

【０００９】第２の方法は、さらに大きい加工速度、あ
るいは基板材質に対する選択比が要求される場合であ
り、第１の方法で電流密度を大きくしたスパッタリング
の代りに集束イオンビーム誘起エッチングを用いて溝形
成をする方法である。すなわち、この方法は、電流密度
を制御する代わりに反応ガス種を切り換えて行うもので
あり、始めの溝形成工程時には溝形成領域の材料に適し
たエッチングガスを供給して集束イオンビームを走査す
ることにより所定の溝を形成し、次いで反応ガスを導電
層形成用のガスに切り換えて溝内を再度集束イオンビー
ムで走査することにより所定の導電層を堆積するもので
ある。反応ガスの切り換えが必要であるが、溝形成に適
したガス種を選択することが容易であり、加工速度をさ
らに高速化したい場合、また基板材質に対する選択比が
要求される場合に有効である。

【００１０】第３の方法は、予め在来のリソグラフィー
を用いた加工方法で溝を形成する方法である。従来のリ
ソグラフィーを用いた加工では、マスク作製、エッチン
グ工程が必要で、加工時間は長くなるが大量生産には適
している。この場合、配線形成が想定される全ての箇所
に予め溝を形成しておけば、配線形成時間の短縮は可能
である。

【００１１】この種の既成配線間に新たな回路配線を形
成する本発明の集束イオンビーム誘起堆積法による配線
形成方法は、特に、論理変更が必要な回路、配線変更に
よりいくつかの機能が新たに実現できる集積回路では検
査配線だけではなく、実用配線の形成にも適用すること
ができ、同じ元回路から少量多品種の集積回路を作る場
合の製造プロセスを簡略化し、製造期間を短縮すること
ができる。

【００１２】本発明による配線形成方法は、溝の開口幅
ｗに対する深さｄの比（アスペクト比＝ｄ／ｗ）が大き
ければ大きいほどスパッタ粒子を溝中に閉じ込める効果
が大きくなるため、形成速度が大きくなり、かつ周囲へ
の飛散等の影響も小さくなるが、アスペクト比を極端に
大きくすると溝内部に入る反応ガスの流束が小さくなる
ため、反応ガスの供給が間に合わず、逆に配線形成速度
が小さくなってしまう。これは特に底面近傍で著しい。
また、溝の形成速度も高アスペクト比で小さくなる傾向
があり、この点からも極端に大きなアスペクト比は不利
である。表面でのガス圧、溝開口幅の絶対値にも依存す
るが、好ましいアスペクト比は多くの場合、０．５〜
４．５であり、とりわけ１．５〜２．５が好ましい。溝
幅でみると、少なくとも０．３μｍは欲しい。０．５〜
１．０μｍ程度あれば十分に実用的な速度での堆積が可
能である。なお、ここで云う配線形成方法とは、上記の
ような回路修正用もしくは回路検査用の配線形成の他に
検査用の下層配線からの信号取り出し電極の形成をも意
味するものである。

【００１３】上記第２の目的は、従来の集束イオンビー
ム装置のビーム集束光学系を改良し、上記第１の目的達
成手段である配線形成プロセスを自動的に行えるように
した配線形成装置により、達成される。すなわち、液体
金属イオン源からイオンビームを引き出し、それを集束
光学系で所望の電流密度を有し、所望のビーム径に集束
する手段と、集束されたイオンビームを偏向し、試料上
の配線形成領域上を形成すべき配線パターンにしたがっ
て走査する手段と、ステージに載置された試料上に反応
ガスを供給する手段と、イオンビーム走査により発生し
た二次電子を検出し走査領域の二次電子像を表示する手
段と、少なくともイオンビーム偏向系を制御する制御装
置と、配線パターン形状にしたがって走査するイオンビ
ームの電流密度を、スパッタ優位の溝形成用電流密度と
堆積優位の導電層形成用電流密度とに切り換える電流密
度制御手段とを具備し、電流密度を所望値に制御するこ
とにより溝形成とそれに引き続く溝内への導電層の堆積
とを同一チャンバー内で連続的に行えるように構成して
成る集束イオンビーム誘起堆積法を利用した配線形成装
置により、達成される。

【００１４】液体金属イオン源としては、例えば、常温
近くで容易に液体となるＧａやＩｎ等の周知のイオン源
が用いられる。また、イオンビームの電流密度を、スパ
ッタ優位の溝形成用電流密度と堆積優位の導電層形成用
電流密度とに切り換える電流密度制御手段の代わりに、
イオンビームの走査速度を切り換え、ビームの滞在時間
を制御する手段とし、走査速度を遅く滞在時間を長くす
るスパッタ優位の条件と、逆に走査速度を速く滞在時間
を短くする堆積優位の条件とに設定する手段とすること
もできる。

【００１５】電流密度制御手段としては、集束光学系に
接続したレンズ電圧制御部で所望値に設定するか、集束
光学系とビーム偏向系との間に設けたアパーチャ選択機
構で容易に制御できるように構成している。アパーチャ
選択機構は、何種類かの径を持つアパーチャから必要と
される一つを選択できる機構になっており、ビーム電流
の絶対値を決める。また、集束されたイオンビームを偏
向する手段として、ビーム偏向系が試料と集束光学系と
の間に設けてあり、所望の走査速度に制御できるように
構成されている。この走査速度を制御する手段として、
ビーム偏向系を制御する制御装置が設けられ、走査速度
を切り換えてイオンビームの滞在時間を所定時間に容易
に制御することができる。

【００１６】また、この制御装置は、所望形状のアパー
チャを選択するためにアパーチャ選択機構を制御した
り、反応ガス供給手段を制御し、必要に応じて供給弁の
開閉を制御し、例えば溝形成中は弁を閉じて導電膜形成
用のガス供給を停止し、導電膜の堆積開始時には弁を開
いて所定量のガスを試料上に供給することもできるよう
に構成されている。また、この制御装置により、必要に
応じて溝形成時にエッチング用の専用ガスを供給したい
場合には、エッチング用ガスを供給し、導電膜形成時に
は導電膜形成用の反応ガスに切り換えて試料上に供給で
きるようにすることもできる。

【００１７】

【作用】先ず、第１の目的達成手段である配線形成方法
における導体層（以下、導電膜とも云う）の堆積速度に
関して最初に述べる。溝中における集束イオンビーム誘
起堆積法の導電膜の堆積速度は平面上に堆積を行う場合
よりも大きくなる。これは、平面ないし凸部での膜堆積
では、堆積膜からのスパッタ粒子は外部に飛散してしま
うため、膜形成速度は小さいが、溝中に堆積することに
より、堆積中の膜からのスパッタ粒子が溝の内壁に付着
し、溝が埋め込まれるに従って堆積膜中に取り込まれる
ためである。特にアスペクト比の高い溝内部に堆積を行
えば、スパッタ粒子の溝内壁への再付着の確率が高まる
ため、配線形成速度は平面の場合の数倍に向上する。

【００１８】スパッタ粒子の再付着による近傍既設配線
の変形、短絡の問題は、基本的には配線修正パターン形
成時に周囲に配線用導電膜のスパッタ粒子が飛散しない
ようにすれば解決できる。このためには、新しく形成す
るパターンの周囲に飛散を防止する壁状の構造を予め形
成してから膜堆積を行えば良いが、高密度な配線パター
ンでは壁状構造を形成する余地が無いため、通常、これ
は困難であり、また壁状構造を形成するのに集束イオン
ビーム誘起堆積を用いればそのプロセスでスパッタ粒子
が周辺に飛散するのは避けられない。従って、最も簡便
には既設の配線間に溝を形成し、その内部に配線形成を
行えば良い。溝構造にすることでこの内壁がスパッタ粒
子の飛散防止構造となり、近接した既設配線パターンへ
のスパッタ粒子の再付着による変形、短絡を防止でき
る。しかも、溝を形成する際のスパッタ粒子は、層間絶
縁膜等、堆積導電膜と異なる絶縁物質であるため、周囲
に付着しても短絡の危険は全く無い。

【００１９】第２の目的達成手段である配線形成装置の
動作機構について説明すると、配線形成を行う領域の座
標データは表示装置の二次電子像を観察しながら制御装
置に入力する。制御装置にはスパッタ加工、及び導電膜
堆積に必要なプロセス条件を予め入力しておき、入力さ
れた座標データに基づき、最適のビーム走査条件を求め
られるようにしておく。実際の配線形成では、イオンビ
ームの電流密度をスパッタ加工時と導電膜堆積時とで切
り換えるか、もしくはビーム偏向系を制御し、イオンビ
ームの滞在時間を切り換え制御する。すなわち、遅いビ
ーム走査（長いビーム滞在時間）でスパッタ加工を行
い、この終了後、ガス供給系を動作させ反応ガスを導入
し、ビーム偏向系を制御し、速いビーム走査（短いビー
ム滞在時間）で導電膜堆積を行う。何れの手段でも配線
形成のスループットを向上させる上で有効である。この
ような装置を用いれば溝形成、膜堆積のプロセス条件の
切り替えが自動的に行われるため、人為的な操作ミスが
無く、かつ迅速に作業が行えるため、歩留り、スループ
ットの向上が可能となる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に従って具体
的に説明する。〈実施例１〉この例は、本発明の集束イオンビーム誘起
堆積法による配線形成方法の原理説明を兼ねた一実施例
を示すもので、配線形成領域に予め溝を形成してから配
線形成を行った場合の配線形成速度を、在来の溝を形成
することなしに平面上に形成した場合と比較して説明す
るものである。

【００２１】図１は、溝を形成してから集束イオンビー
ム誘起堆積により配線形成を行うプロセスフローを断面
構造で示したものある。図１(a)は、最初に集束イオン
ビームスパッタリングで絶縁膜１中に溝２を形成するプ
ロセスを示している。本実施例では、先ず、ビーム電流
５ｎＡ、ビーム直径０.５μｍの集束イオンビーム３で
溝を形成した。イオンは、一価のＧａイオン、加速エネ
ルギーは３０ｋｅＶとした。溝幅は開口部で約０.７μ
ｍ、深さは約１μｍ、長さは約５０μｍであった。この
溝形成プロセスには約３０秒間かかった。

【００２２】次の図１(b)は、形成された溝の中に集束
イオンビーム誘起堆積により導電膜４を堆積し、配線を
形成するプロセスを示す。ここでは同じエネルギー３０
ｋｅＶの一価のＧａ集束イオンビームであるが、アパー
チャ、レンズ電圧の調節により、ビーム電流を０.５ｎ
Ａと低減すると共に、ビーム径も若干縮小し０.４μｍ
φにして用いた。すなわち、電流密度をスパッタリング
加工時の約１／６に調節した。この後、導電膜堆積を行
ったが、本例ではこの膜堆積プロセスの所用時間は約６
分間であった。なお、導電膜形成用の反応ガスとしては
Ｍｏ(ＣＯ)₆ガスを用い、基板上圧力２０ｍＴｏｒｒ供
給下でＭｏから成る配線導電膜を形成した。

【００２３】このようにイオンビームの電流密度を途中
から下げたのは、同じビーム走査速度条件下では、低電
流密度の方が集束イオンビーム誘起堆積が容易に起こる
ためである。このようにビーム電流密度を調節すること
により、プロセス全体のスループットが向上する。最初
から低電流密度のビームを用いるとスパッタリングの加
工速度が小さくなるため、溝に堆積を行って堆積速度を
速くすることの有利性が失われ、また逆に高電流密度ビ
ームを膜堆積に用いると堆積速度が小さくなったり、堆
積自体が起こり難くなる。導電膜堆積時におけるイオン
ビームの電流密度は、試料表面のガス圧、ビーム走査条
件に応じて決定する。一般にビーム電流密度の調節にか
かる時間はプロセス時間に比較して短いため、電流密度
を変更しても全プロセスのスループットは低下しない。
予め、各電流密度における集束光学系におけるレンズ電
圧の設定値、選択するアパーチャ径を決めておけば、調
節に要する時間は短縮できる。

【００２４】図１(c)は、溝内に堆積し完成した配線の
断面構造を示す。堆積膜中にはこのように空洞５が存在
することが多いが、これは側壁での膜堆積速度が底面よ
りも大きいことにより生じる。この空洞を生じさせない
ためには、ガス圧を高くする。１フレームの走査毎にビ
ームを照射しないガス吸着時間を設定するという２つの
方法がある。ガス圧を高くすれば、底面近傍のガス吸着
量が増え、堆積速度が増加する。また、吸着時間を設定
することにより、やはり底面近傍の吸着量は増え、側面
との堆積速度の差は小さくなる。

【００２５】図２は、通常の方法で溝を形成することな
く直接、集束イオンビーム誘起堆積を行って配線を形成
した比較例の断面図を示したものである。ビーム走査条
件は図１の場合と同じである。この場合のプロセス時間
は約１５分間であった。本発明による図１の配線の断面
と比較すると、プロセス時間は長いのに逆に断面積が小
さくなっており、単位長さ当りの配線抵抗が大きくなっ
ている。形成した長さ５０μｍの配線の抵抗を測定した
ところ、図１の配線が１２０Ωであったのに対し、図２
の配線は約１８０Ωと１.５倍の抵抗であった。本発明
により同じ１８０Ωの抵抗の配線を形成するのに要する
プロセス時間を見積ると、配線膜堆積時間６分間が２／
３の４分間になるから、スパッタによる溝形成時間０.
５分間、ビーム電流密度調節時間０.５分間との総計で
５分間である。従って、同じ抵抗の配線形成を行う時間
は、図２の従来法の１５分間と比較して、約１／３に低
減できたことになる。

【００２６】〈実施例２〉この例は、多層配線構造体を
有する集積回路上の近接する既存の配線間に短絡の危険
なく、新たに検査配線を集束イオンビーム誘起堆積法に
より形成する一実施例を示すものである。先ず、比較の
ために図３〜図６により従来法を説明し、次いで図７に
より本発明の一実施例を説明する。

【００２７】図３は、検査配線を形成する集積回路上の
既存配線の位置関係を示す平面図であり、６、９は回路
表面に露出した配線、破線で表示した７、８は多層配線
構造体の層間絶縁膜（図示せず）に埋設された下層配線
である。ここで、層間絶縁膜内で互いに離間して配設さ
れている７と８とを検査のために接続する場合を想定す
る。新たに敷設する検査配線は露出した既存配線６、９
に接続してはならない。配線６、９の間隔は２μｍしか
ないため、検査配線の幅は１μｍ、検査配線と既存配線
６、９の間隔は０.５μｍとした。配線６、９の厚さは
約１μｍである。

【００２８】図４は、イオンビームの電流密度及び走査
速度を固定した通常の方法で、集束イオンビーム誘起堆
積法により検査配線１３を形成した状態を示す平面図で
ある。同図において１０、１１は回路表面から下層配線
７、８に通じたコンタクトホールであり、集束イオンビ
ームスパッタリングにより開孔したものである。検査配
線１３が形成される回路の表面領域はフラットである。
このような表面領域に検査配線１３を形成すると、配線
形成中に既存配線６、９の側壁にスパッタ粒子（一旦配
線形成領域に堆積した導電膜がスパッタされて飛散す
る）が付着して隣接する既存配線の幅が大きくなる。１
２は再付着により生じた導電膜である。

【００２９】図５は、図４のａ−ａ’における断面構造
を示したもので、本来の配線間隔の設定値は前述のよう
に０.５μｍであったが、実際に形成された検査配線１
３と再付着で生じた導電膜１２の間隔は約０.２μｍに
なっており、その分だけプロセスの位置精度に関するマ
ージンが小さくなった。

【００３０】集束イオンビーム装置では、主としてイオ
ン源の不安定性から、集束光学系の軸合わせが理想的に
できていない限り加工ビーム位置に揺らぎが生じ、ま
た、ビーム径も変り易い。このため、配線形成位置にも
誤差が生じ易い。この例では図４に示した検査配線１３
と同様の構造を回路内の３０カ所に形成したところ、３
ケ所でビーム位置の揺らぎによると思われる加工誤差の
ため、既存配線６、９と検査配線１３間の短絡が生じ
た。

【００３１】図６は、短絡した配線の平面図を示したも
のであり、検査配線１３と既存配線９とがＡ点で短絡し
ている。このような場合でも集束イオンビームを用い
て、短絡部Ａ点をスパッタリングにより除去すれば修正
は可能であるが、この例のような場合には、配線間隔が
狭いため、短絡部除去の際に生じるスパッタ粒子が他の
箇所に付着して、再び短絡を生じさせる危険があるた
め、対処が困難である。

【００３２】そこで、本発明の配線形成方法が必要とな
り、図７は実施例１に示した本発明の配線形成方法と同
様の方法で検査配線を形成した場合の断面構造を示した
ものである。すなわち、イオンビームの電流密度を、溝
形成時と溝内への導電膜形成時とで異なる電流密度に切
り換えて行ったものである。予め形成した溝の深さは
０．８μｍである。溝形成時の層間絶縁膜１７の加工の
際には、スパッタ粒子が隣接する既存配線６、９に付着
し、付着膜１５を生じたが、これは絶縁膜１７を構成し
ている絶縁物質なので短絡の問題は全くなく、むしろそ
の後の配線形成工程においては絶縁保護膜として好まし
い作用をする。引き続いて行われる配線用導電膜の堆積
工程においても若干、導電物質の付着膜１６が生じた
が、検査配線１４と再付着膜１６との距離は０．３μｍ
以上あり、さらには既存配線６、９側には導電物質の付
着膜１６の下地に絶縁付着膜１５が形成されていること
からも、短絡の危険性は図５に示した従来例の構造と較
べて著しく低減された。配線形成箇所の直下に下層配線
が無い場合には、溝の深さをこの例よりもさらに深く、
アスペクト比２〜３の溝を形成すれば溝外部に飛散する
スパッタ粒子量を減らすことができ、付着膜１６の形成
を無視できる程度に低減できる。

【００３３】〈実施例３〉この例は、導電膜を形成する
反応ガスの供給を停止させずに、またイオンビームの電
流密度を変化させず所定値に固定し、イオンビームの滞
在時間のみを変化させて溝、及び配線形成を行なった場
合の一実施例を示すものである。ここでビーム滞在時間
は、デジタル走査の際の１ピクセル当りにビームが停止
している時間として定義する。集束イオンビーム誘起堆
積は反応ガス圧が一定の場合、ビーム電流密度、または
ビーム滞在時間で堆積速度が決定される。ビーム滞在時
間に対する堆積速度の依存性の例を図８に示す。この図
から明らかなように、堆積速度の正負、即ち、堆積、ス
パッタリングはビーム滞在時間の調節で切り替えること
が可能であり、ビーム走査系で走査速度を所定速度に制
御すればよい。実施例１で説明したように、ビーム電流
密度に関しても同様のことが可能であるが、ビーム径を
変化させずに電流密度を変えるのは困難であるためアパ
ーチャ選択機構を併用して変化させたが、本実施例では
より容易に変化させられるビーム滞在時間を変化させ、
この切り替えを行なった。ビーム電流密度、ビーム滞在
時間以外にピクセル間隔もビーム走査のパラメータであ
るが、ビーム径以下の値に限られるため、この２つに較
べ自由度が小さい。しかし、ピクセル間隔を長くすると
ビーム裾の重なりが少なくなり、実効的なビーム滞在時
間を短く、また、ピクセル間隔を短くすると実効的なビ
ーム滞在時間を逆に長くする効果を持つ。

【００３４】ビームとしてはビーム径０.１６μｍ、ビ
ーム電流１ｎＡのエネルギ２５ｋｅＶのＧａ一価イオン
を用いた。ビーム電流密度は約１.２Ａ／ｃｍ²である。
実施例１と同様の導電膜形成用の反応ガスをノズルから
試料面に供給した状態で、先ず、ビーム滞在時間５μ
ｓ、ピクセル間隔０.２μｍでビーム走査を行なったと
ころ、スパッタリングにより溝が形成された。このプロ
セスを１５分間続け、溝の幅は約０.４μｍ、深さは約
０.６μｍになった。この時の回路表層部の断面形状を
図９に示す。この時に形成された溝２の幅は、ガスを吹
き付けずにスパッタリングを行なった場合よりも狭くな
る。これは、溝２が形成されるにつれ側壁でのスパッタ
速度が小さくなることによる。側壁ではビームの入射角
が大きくなるために電流密度が小さくなり、スパッタ速
度に対して堆積速度が大きくなり、堆積膜１８（この場
合はＭｏ膜）が形成されるためである。

【００３５】この結果、ガスを供給しながら溝形成を行
なうと、スパッタ溝の幅が広がり難くなる。図から明ら
かなように、溝の内壁には薄い導電膜１８が形成される
為、高抵抗ではあるが配線としても使用できる。この壁
面に既存配線が露出している場合にはコンタクトが取れ
導電膜１８を検査配線の一部としても利用できる。ただ
し、この導電膜は薄く高抵抗であることから電位を等し
くする程度の検査配線には十分であるが、通常の配線と
して使用する場合はさらに埋込みを行なう。溝２が形成
された後は、集束イオンビームの走査条件をビーム滞在
時間１μｓ（溝形成時の１／５に短縮）、ピクセル間隔
０．３μｍに替え、導電膜（Ｍｏ膜）の堆積を行なっ
た。堆積後の断面形状を図１０に示す。

【００３６】なお、このビーム滞在時間を変化させて溝
を形成し、溝内へ導電膜を堆積させる配線形成方法は、
後述する実施例４の装置で行ったものであり、装置の説
明は実施例４で詳述する。

【００３７】〈実施例４〉図１１は、本発明の集束イオ
ンビーム誘起堆積法による配線形成方法を実施するため
の配線形成装置の一実施例を示したものであり、ビーム
滞在時間を制御して配線形成する装置のブロック図であ
る。図示のように、この装置は従来の集束イオンビーム
装置のビーム偏向、及びガスの供給を制御し、本発明に
よる配線形成プロセスを自動的に行えるようにしたもの
である。集束イオンビーム装置は液体金属イオン源２
０、集束光学系２１、ビーム偏向系２２、ガス供給系２
３、試料ステージ２５、二次電子検出器２６から成る。
２４は試料であり、配線形成の対象となる集積回路であ
る。

【００３８】制御の方向は矢印で示した。集積回路上に
配線形成を行う領域の座標データは、二次電子検出器２
６に接続された表示装置２７により二次電子像を観察し
ながら制御装置２８に入力する。制御装置２８にはスパ
ッタ加工、及び導電膜堆積に必要なプロセス条件を予め
入力しておき、入力された座標データに基づき、最適の
ビーム走査条件を求められるようにしておく。実際の配
線形成は、偏向系２２を制御し、遅いビーム走査（長い
ビーム滞在時間）でスパッタ加工を行い、この終了後、
ガス供給系２３を動作させ反応ガスを導入し、偏向系２
２を制御し、速いビーム走査（短いビーム滞在時間）で
導電膜堆積を行う。このような装置を用いれば溝形成、
膜堆積のプロセス条件の切り替えが自動的に行われるた
め、人為的な操作ミスが無く、かつ迅速に作業が行える
ため、歩留り、スループットの向上が可能である。

【００３９】〈実施例５〉この例は、実施例４のビーム
滞在時間を制御する代わりに、ビーム電流密度を制御し
て配線を形成する装置例を示すもので、実施例１に示し
た配線形成方法を実施するための装置例となるものであ
る。以下、図１２を用いて具体的に説明する。なお、図
１１の装置と同一部分については、説明を省略した。同
図に示したように、２９はレンズ電圧制御部、３０はア
パーチャ選択機構である。この装置では、２９、３０を
調節して高電流密度ビームを形成し、これをビーム偏向
系２２の制御で遅い速度で走査してスパッタ加工を行い
必要な溝を形成する。これが終わった後、２９、３０の
制御により、レンズ電圧の調節、アパーチャ選択を新た
に行い、電流密度を下げて、ガス供給系２３の制御によ
り反応ガスを導入しつつ、ビーム偏向系２２の制御によ
り走査速度を大きくして導電膜の堆積を行う。このよう
な装置を用いれば、溝形成、膜堆積のプロセス条件の切
り替えが、ビーム偏向系２２の走査速度を自動的に制御
することにより行われるため、人為的な操作ミスが無
く、かつ迅速に作業が行え、歩留り、スループットの向
上が可能となる。

【００４０】〈実施例６〉この例は、溝形成時にエッチ
ング専用のガスを試料上に供給する集束イオンビーム誘
起エッチング工程と、集束イオンビーム誘起堆積工程と
を組み合わせて用いた配線形成方法を説明するものであ
る。集束イオンビーム誘起エッチングは、スパッタリン
グと比較して加工速度が大きく、かつ反応生成物が揮発
物として除去されるので加工部の周辺に付着し難いとい
う利点を持っている。以下、図１３〜図１４を用いて具
体的に説明する。

【００４１】図１３は、集積回路上に集束イオンビーム
誘起エッチングにより溝構造３２を形成し、その溝内部
に配線形成を行い、表面絶縁膜内に形成されている既存
の隣接する配線３１間に、新たな配線３４を形成してこ
れらを相互に接続した集積回路の要部平面図を示したも
のである。溝形成のエッチング工程においては、試料表
面にＸｅＦ₂を含むエッチングガスを供給した。このエ
ッチングガスは、絶縁膜であるＳｉＯ₂はエッチングす
るが、配線材料のアルミニウムは侵し難く、既存の下層
配線３１を露出させることができる。図１４は、図１３
の溝構造３２内に検査配線３４を形成した場合の同図ｂ
−ｂ’に該当する断面構造を示したものである。以下、
絶縁膜中に埋設された既存の配線３１間を新たな配線３
４で接続する配線形成工程の手順について説明する。

【００４２】イオンビームには直径１μｍ、エネルギ２
０ｋｅＶのＧａ１価イオンビームを用いた。溝構造３２
の幅は１．１μｍである。ＸｅＦ₂を含むエッチングガ
スの供給下で厚さ０．８μｍの表面絶縁膜３３のエッチ
ングの後、層間絶縁膜３５に至る若干のオーバーエッチ
を行なった為、溝の深さは約１μｍとなった。この後、
エッチングガスを止め、チャンバ内へのガス供給を導電
膜形成用のＷ(ＣＯ)₆ガスに切り換え導入して、同じビ
ームで走査を行い、溝内部に膜堆積３４を行った。集積
回路の配線形成領域の表面絶縁膜３３は除去され、既存
配線３１及び層間絶縁膜３５が露出した状態で、タング
ステン配線３４が埋め込まれ、既存配線どうしを接続し
ている。

【００４３】〈実施例７〉この実施例は、特定用途向け
の集積回路(ＡＳＩＣ)等において集束イオンビーム誘起
堆積法によって所定領域に必要な配線を直接形成するも
のであり、従来の金属膜堆積、リソグラフィー、エッチ
ングなどの工程を経ずに短期間で新たな機能が付加され
た集積回路を製作するのに好適な製造例について説明す
るものである。以下、図５〜図１６にしたがい具体的に
説明する。

【００４４】図１５は集積回路の一部分を示した平面図
である。この集積回路においてはそれぞれ異なる機能を
持つ２種類のモジュール３６、３７を基板内に予め形成
してあり、もう一つのモジュール３８にどちらをつなぐ
かで機能を変えることができる。通常は、最終のリソグ
ラフィー、エッチング工程で配線を変えるが、そのため
には最低２枚のマスクが必要である。この配線工程を本
発明の集束イオンビーム誘起堆積法で行なえば、このよ
うな冗長を省くことが可能になる。しかし、従来の集束
イオンビーム誘起堆積法では堆積速度が小さいため、こ
のようなマスクレスプロセスの利点を十分に生かすこと
ができなかった。図中の３９はこの配線形成工程を短縮
する為に周知のリソグラフィ技術で設けた溝である。こ
の溝を使って集束イオンビーム誘起堆積を行なうことで
最終的に接続するモジュールが決定される。図１６はこ
のようにして導電膜４０を形成し、モジュール３８とモ
ジュール３７とを接続した場合の配線図である。

【００４５】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明により所期
の目的を達成することができた。すなわち、本発明の集
束イオンビーム誘起堆積法による配線形成方法によれ
ば、配線形成が在来法に比較して著しく改善され、高
速、かつ高精度にできるようになった。また、集束イオ
ンビーム誘起堆積法を実現するための改良された本発明
の配線形成装置によれば、溝形成とそれに引き続く導電
膜の堆積とのプロセス制御が自動的に行えるようにな
り、人為的な操作ミスが無く、かつ迅速に作業が行える
ため、歩留り、スループットの向上が可能となった。こ
れらによって、集束イオンビーム誘起堆積法による検査
配線形成を用いた高密度集積回路の開発期間を著しく短
縮することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の配線形成方法の原理説明を兼ね一実施
例となる配線形成プロセスフローを示した要部断面図。

【図２】従来法で形成した配線の断面図。

【図３】検査配線の形成対象となる集積回路上の既存配
線パターンを示した平面図。

【図４】集積回路の隣接した既存配線間に従来法で新た
に検査配線を形成した場合の平面図。

【図５】図４のａ−ａ’における断面図。

【図６】従来法で形成した検査配線と短絡させてはなら
ない隣接する既存配線間が短絡した状態を示した平面
図。

【図７】本発明の配線形成方法で集積回路に検査配線を
形成した場合の要部断面図。

【図８】同じく配線形成方法の他の原理に基づく一実施
例を説明するビーム滞在時間と膜堆積速度との関係を示
した特性図。

【図９】同じく反応ガス供給を止めずに溝加工を行なっ
たときの溝の断面図。

【図１０】同じく図９の溝にビーム滞在時間を短くして
形成した埋込み配線の断面図。

【図１１】同じく本発明の配線形成装置の一例を示した
ブロック図。

【図１２】同じく本発明の配線形成装置の他の一例を示
したブロック図。

【図１３】同じく溝形成に集束イオンビーム誘起エッチ
ングを取り入れた場合おける検査配線形成領域となる溝
と既存配線パターンとの関係を示した集積回路の平面
図。

【図１４】同じく検査配線形成後における図１３のｂ−
ｂ’に該当する断面図。

【図１５】同じく異なる機能を有するモジュール間に配
線形成用の溝を形成した集積回路の平面模式図。

【図１６】同じく異なる機能を有する２つのモジュール
を本発明による配線形成方法により接続した集積回路の
平面模式図。

【符号の説明】

１…絶縁膜、２…集束イオンビームスパッ
タリングで形成した溝、３…集束イオンビーム、４…
堆積導電膜、５…空洞、６、９…露出し
た既存配線、７、８…既存の下層配線、１０、１１…コ
ンタクトホール、１２…従来法で配線形成中に再付着に
より生じた導電膜、１３…従来法で形成した検査配線、
１４…本発明により形成した検査配線、１５…絶縁性の
再付着膜、１６…導電性の再付着膜、１７…層間絶縁
膜、１８…ガス供給したまま低走査速度で形成した溝の
内壁に形成された導電膜、１９…走査速度を速くして埋
込んだ導電膜、２０…液体金属イオン源、２１…集束光
学系、２２…ビーム偏向系、２３…ガス供給系、２
４…加工試料、２５…試料ステージ、２６…二
次電子検出器、２７…表示装置、２８…制御装置、
２９…レンズ電圧制御部、３０…アパーチャ選択
機構、３１…既存の下層配線、３２…集束イオンビーム
誘起エッチングにより形成した溝、３３…表面絶縁膜、
３４…本発明により形成した埋込み配線、３５…
層間絶縁膜、３６、３７、３８…モジュール回
路、３９…絶縁膜上の溝、４０…本発明により形成
した配線。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回路基板の配線形成領域に、予め定められ
た所定の配線形状に合わせた溝を形成する工程と、前記
工程で形成された溝内に所定の導体膜形成用の反応ガス
を供給した状態で溝内を堆積優位の走査条件で集束イオ
ンビームを走査する集束イオンビーム誘起堆積法により
配線導体膜を堆積する工程とを有してなる配線形成方
法。
【請求項２】回路基板の配線形成領域に、予め定められ
た所定の配線形状に合わせた溝を形成する工程を、集束
イオンビームスパッタリングが優位のビーム走査条件で
溝を形成する工程として成る請求項１記載の配線形成方
法。
【請求項３】回路基板の配線形成領域に、予め定められ
た所定の配線形状に合わせた溝を形成する工程を、前記
配線形成領域にエッチングガスを供給した状態で集束イ
オンビームを所定の配線形状に合わせて走査する集束イ
オンビーム誘起エッチングにより溝を形成する工程とし
て成る請求項１記載の配線形成方法。
【請求項４】回路基板の配線形成領域に、予め定められ
た所定の配線形状に合わせた溝を形成する工程を、リソ
グラフィー加工法を用いて溝を形成する工程として成る
請求項１記載の配線形成方法。
【請求項５】集束イオンビームスパッタリングが優位の
ビーム走査条件で溝を形成する工程と、堆積優位の走査
条件で集束イオンビームを走査する配線導体膜の堆積工
程とは、それぞれの工程で走査するイオンビームの電流
密度を所定の大きさに制御して行うものとし、始めにス
パッタリング優位の高電流密度の走査条件で溝を形成
し、次いで堆積優位の低電流密度の走査条件に切り換え
て溝内を走査することにより溝内に導電膜を堆積するよ
うにして成る請求項２記載の配線形成方法。
【請求項６】集束イオンビームスパッタリングが優位の
ビーム走査条件で溝を形成する工程と、堆積優位の走査
条件で集束イオンビームを走査する配線導体膜の堆積工
程とは、それぞれの工程で走査するイオンビームの滞在
時間を所定時間に制御して行うものとし、始めにスパッ
タリング優位の遅い走査条件で走査し、イオンビームの
滞在時間を長くすることにより溝を形成し、次いで堆積
優位の速い走査条件で走査し、イオンビームの滞在時間
が短くなるように走査条件を切り換えて溝内を走査する
ことにより溝内に導電膜を堆積するようにして成る請求
項２記載の配線形成方法。
【請求項７】溝形成工程において、溝の開口幅をｗ、深
さをｄとしたとき、ｄ／ｗで表示するアスペクト比を
０．５〜４．５とした溝を形成する工程として成る請求
項１乃至６何れか記載の配線形成方法。
【請求項８】層間絶縁膜を有する多層配線構造体の所望
の既存配線間を新たな配線導体層で接続するに際し、前
記新たな配線導体層の形成方法として請求項１乃至７何
れか記載の配線形成方法により形成する集積回路の回路
修正方法。
【請求項９】液体金属イオン源からイオンビームを引
き出し、それを集束光学系で所望の電流密度を有し、所
望のビーム径に集束する手段と、集束されたイオンビ
ームを偏向し、試料上の配線形成領域上を形成すべき配
線パターンにしたがって走査する手段と、ステージに
載置された試料上に反応ガスを供給する手段と、イオ
ンビーム走査により発生した二次電子を検出し走査領域
の二次電子像を表示する手段と、少なくともイオンビ
ーム偏向系を制御する制御装置と、配線パターン形状
にしたがって走査するイオンビームの電流密度を、スパ
ッタ優位の溝形成用電流密度と堆積優位の導電層形成用
電流密度とに切り換える電流密度制御手段とを具備して
成り、電流密度を所望値に制御することにより溝形成と
それに引き続く溝内への導電層の堆積とを同一チャンバ
ー内で連続的に行えるように構成して成る集束イオンビ
ーム誘起堆積を利用した配線形成装置。
【請求項１０】液体金属イオン源からイオンビームを
引き出し、それを集束光学系で所望の電流密度を有し、
所望のビーム径に集束する手段と、集束されたイオン
ビームを偏向し、試料上の配線形成領域上を形成すべき
配線パターンにしたがって走査する手段と、ステージ
に載置された試料上に反応ガスを供給する手段と、イ
オンビーム走査により発生した二次電子を検出し走査領
域の二次電子像を表示する手段と、少なくともイオン
ビーム偏向系を制御する制御装置と、配線パターン形
状にしたがって走査するイオンビームの走査速度を切り
換え、ビームの滞在時間を制御する手段とを具備して成
り、ビームの滞在時間を所望値に制御することにより溝
形成とそれに引き続く溝内への導電層の堆積とを同一チ
ャンバー内で連続的に行えるように構成して成る集束イ
オンビーム誘起堆積を利用した配線形成装置。
【請求項１１】制御装置は、イオンビーム偏向系を制御
すると共に、集束光学系とビーム偏向系との間に配設し
たアパーチャ選択機構を制御し、所望形状のアパーチャ
の選択を可能とし、さらには反応ガス供給手段を制御
し、供給弁開閉によるガスの供給停止、もしくはガス種
の切り換え動作を可能とするように構成して成る請求項
９もしくは１０記載の集束イオンビーム誘起堆積を利用
した配線形成装置。