魏本建+顧漢玉

摘要激光修調(diào)產(chǎn)品生產(chǎn)工藝在我國剛開始發(fā)展應(yīng)用，許多設(shè)計(jì)人員對(duì)于激光修調(diào)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)缺少相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。文章采用型號(hào)為ESI9XXX激光修調(diào)設(shè)備，通過改變對(duì)修調(diào)結(jié)果有重大影響的幾個(gè)參數(shù)進(jìn)行各項(xiàng)試驗(yàn)，總結(jié)出適合激光修調(diào)設(shè)備的金屬熔絲參數(shù)為產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員提供指引，使設(shè)計(jì)的產(chǎn)品適合于激光修調(diào)設(shè)備，可減少新品的調(diào)試時(shí)間，提高所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的良率，有利于激光修調(diào)工藝在國內(nèi)能更快的推廣和應(yīng)用。

關(guān)鍵詞熔絲間距；熔絲寬度；熔絲長(zhǎng)度；熔絲厚度；氧化層厚度

中圖分類號(hào)：TN402 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）12-0050-02

由于半導(dǎo)體器件的發(fā)展，半導(dǎo)體器件集成度越來越高，傳統(tǒng)的電修調(diào)產(chǎn)品工藝已經(jīng)不能滿足市場(chǎng)的需求，應(yīng)市場(chǎng)需求而產(chǎn)生激光修調(diào)工藝技術(shù)，相對(duì)于傳統(tǒng)電修調(diào)工藝，激光修調(diào)工藝的優(yōu)點(diǎn)在于：由于在芯片表面不需要設(shè)計(jì)扎針的PAD位，則可在同樣單位面積上設(shè)計(jì)更多的管芯；由于每根熔絲占用的面積很小，可設(shè)計(jì)出更多的熔絲用于調(diào)整芯片的參數(shù)，從而提高產(chǎn)品的精度和性能；由于利用激光修調(diào)可簡(jiǎn)化探針卡的復(fù)雜程度，可用多SITE并行測(cè)試提高測(cè)試效率；對(duì)于熔絲設(shè)計(jì)參數(shù)是否適合激光修調(diào)設(shè)備，直接關(guān)系到修調(diào)后產(chǎn)品成品率及修調(diào)時(shí)間的問題。所以熔絲設(shè)計(jì)參數(shù)就成為修調(diào)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。

1實(shí)驗(yàn)過程

1.1 主要的試驗(yàn)設(shè)備簡(jiǎn)介：ESI9XXXX激光修調(diào)機(jī)

ESI9XXX修調(diào)機(jī)由美國制造，應(yīng)用于半導(dǎo)體晶圓修調(diào)，采用高精度磁懸浮平面馬達(dá)進(jìn)行XY定位，應(yīng)用激光干涉技術(shù)對(duì)平臺(tái)移動(dòng)位置進(jìn)行監(jiān)控。HP unix操作系統(tǒng)，開放式的數(shù)據(jù)處理方式?？筛鶕?jù)自身需求對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。ESI9XXX主要應(yīng)用于修調(diào)、電源控制芯片、存儲(chǔ)器芯片、精確頻率調(diào)整芯片、精密電阻修調(diào)、高精度運(yùn)放修調(diào)等。

1.2 激光修調(diào)熔絲的原理

ESI9XXX型號(hào)的激光修調(diào)機(jī)是由一個(gè)激光發(fā)生器，產(chǎn)生1.32 um波長(zhǎng)的光束，光束通過鏡面的反射和透鏡聚焦把激光的能量聚焦在一個(gè)點(diǎn)，這個(gè)點(diǎn)的大小就是光斑尺寸，能量在0.2uj到2.0uj范圍之間，當(dāng)這個(gè)能量點(diǎn)聚焦在熔絲上，則把熔絲氣化達(dá)到調(diào)整芯片參數(shù)的目的。而把熔絲氣化是否完全則跟熔絲的設(shè)計(jì)參數(shù)有著密切的關(guān)系，主要是同以下幾個(gè)參數(shù)相關(guān)。

1）熔絲之間的間距（Link pitch）。

2）熔絲表面的氧化層厚度（oxide thickness）。

3）熔絲的寬度（Link width）。

4）熔絲的長(zhǎng)度（Link length）。

5）熔絲的厚度（Link thickness）。

6）熔絲所位于的METAL層（metal layer）。

修調(diào)產(chǎn)品有一個(gè)要求就是必須排布L MARK圖形。此圖形可位于劃片道里或是在芯片內(nèi)部均可。其寬度在6.0~10 um之間，長(zhǎng)度范圍：2~40 um。“L”的圖案要求光澤度高，平坦無雜質(zhì)，棱角清晰（一般為metal層），其周邊20 um*20 um范圍內(nèi)要求平坦無雜質(zhì)，且與“L”黑白分明。

圖1參數(shù)定義

1.3 設(shè)計(jì)晶圓工藝布版

圓片每個(gè)BLOCK有27列FUSE排布，分別標(biāo)示從fuse0到fuse26，每列有16個(gè)PAD位，分別從上到下定義為PAD1到PAD16，27列FUSE用9種不同的工藝制成。分別命名為A，B，C……I。相關(guān)的分布如表1。

每種不同工藝的熔絲設(shè)計(jì)不同的參數(shù)：寬度變化、長(zhǎng)度變化、間距變化、氧化層厚度變化（1000A、3500A、6000A、-6000A），參數(shù)實(shí)驗(yàn)的熔絲厚度統(tǒng)一采用5000A。

1.4 采用的修調(diào)方案

1）Fuse（0~9）修調(diào)第3根，測(cè)試第3根是否修斷。

2）Fuse （15，17，19）修調(diào)第2、4 Fuse，測(cè)試第2和第4根是否有修斷，測(cè)試第3根是否導(dǎo)通以此來判斷修調(diào)第2和第4根是否有對(duì)第3根Fuse有影響。

3）Fuse（16，18，20）修調(diào)第3根，測(cè)試第3根是否有修斷測(cè)試第2和第4是否導(dǎo)通以此來判斷修調(diào)第3根是否有對(duì)第2、4根Fuse有影響。

4）Fuse （21~26）修調(diào)1，3，5測(cè)試第3根是否有修斷測(cè)試第2和第4是否導(dǎo)通以此來判斷修調(diào)1、3、5是否有對(duì) 第2、4根Fuse有影響。

圖2熔絲排列順序

2結(jié)果與分析

1）對(duì)不同間距的熔絲進(jìn)行修調(diào)，目的是驗(yàn)證修調(diào)的效果及修調(diào)后對(duì)相鄰的熔絲的影響。相關(guān)的數(shù)據(jù)如表2。

表2不同間距的熔絲修調(diào)后的測(cè)量數(shù)據(jù)

從以上數(shù)據(jù)可知Pitch 4~8 um 間距的Fuse，用0.9uj能量3.0 um光斑修條后測(cè)量相鄰的熔絲，相鄰熔絲阻值與修調(diào)前一致不受修調(diào)影響；各熔絲的修調(diào)后的阻值均大于20M ohm；在pitch為4 um間距的熔絲外觀有少許的破壞，如圖3。所以建議間距設(shè)為6 um。

圖3相鄰熔絲受影響

2）對(duì)表面氧化層厚度不同的熔絲進(jìn)行修調(diào)，目的是驗(yàn)證熔絲表面氧化層厚度不同對(duì)修調(diào)效果的影響。相關(guān)的數(shù)據(jù)如表3。

表3氧化層厚度不同對(duì)熔絲修調(diào)后的測(cè)量數(shù)據(jù)

從以上數(shù)據(jù)可知熔絲表面氧化層厚度在1000A、3500A、6000A、（-）6000A分別用0.9uj、1.0uj、1.1uj、1.1uj能量和3.0 um光斑進(jìn)行修調(diào)，測(cè)量各熔絲修調(diào)后的阻值均大于20M ohm，因此表中的四個(gè)氧化層厚度不影響修調(diào)效果。

3）對(duì)不同寬度的熔絲修調(diào)，目的是驗(yàn)證在不同寬度的熔絲修調(diào)效果。相關(guān)的數(shù)據(jù)如表4。

表4不同寬度的熔絲修調(diào)后的測(cè)量數(shù)據(jù)

從以上數(shù)據(jù)可知用1.0uj、3.0um光斑修調(diào)后的阻值均大于30M ohm，所以熔絲的寬度在0.6到1.0 um范圍內(nèi)均適合于設(shè)備要求。建議值為0.8 um。

4）對(duì)于不同長(zhǎng)度熔絲修調(diào)，目的是驗(yàn)證不同長(zhǎng)度熔絲的修調(diào)效果，相關(guān)的數(shù)據(jù)如表5。

表5不同長(zhǎng)度熔絲修調(diào)后的測(cè)量數(shù)據(jù)

從以上數(shù)據(jù)可知用1.0uj、3.0 um光斑修調(diào)后的電阻值均大于30M ohm，所以得出熔絲長(zhǎng)度在4到12 um范圍內(nèi)均適合于設(shè)備要求。

5）對(duì)不同METAL層數(shù)的熔絲進(jìn)行修調(diào)，目的是驗(yàn)證兩層或三層（Double/Triple metal）電路結(jié)構(gòu)的熔絲修調(diào)效果，相關(guān)數(shù)據(jù)如表6。

表6不同METAL層數(shù)的熔絲進(jìn)行修調(diào)后的測(cè)量數(shù)據(jù)

從以上數(shù)據(jù)可知用1.0uj、3.0 um光斑修調(diào)后阻值均大于29M ohm。所以兩層和三層電路結(jié)構(gòu)適合設(shè)備要求。

6）對(duì)Top metal進(jìn)行l(wèi)aser trim，目的是驗(yàn)證Top metal修調(diào)效果。相關(guān)數(shù)據(jù)如表7。

表7Top metal修調(diào)后的測(cè)量數(shù)據(jù)

從以上數(shù)據(jù)可知用1.1uj、3.6 um光斑修調(diào)后阻值均大于20M ohm，用高倍顯微鏡觀測(cè)到熔絲周邊有白色殘留物，由于在流片過程中Top metal參雜有一些熔點(diǎn)較高的材料，致使修調(diào)不易完全氣化。不推薦使用，如圖4。

圖4Top metal外觀

3結(jié)論與推薦參數(shù)

對(duì)于設(shè)計(jì)參數(shù)是否適合ESI9XXX修調(diào)設(shè)備主要判定方法是：熔絲的是否有被修斷及修調(diào)后相鄰熔絲的外觀是否受影響。如果我們通過測(cè)量?jī)啥说淖杩怪荡笥?0M則認(rèn)為是修斷，在顯微鏡下通過檢查熔絲表觀不受損則認(rèn)為表觀符合要求。綜合以上的數(shù)據(jù)及圖片，得出如下的結(jié)論。

1）據(jù)實(shí)驗(yàn)中所得出的數(shù)據(jù) 建議采用的尺寸：長(zhǎng)6 um，寬0.8 um，厚：5000A，間距（Pitch）6 um。

2）Fuse上氧化層厚度在0~6kA 范圍均可采用。

3）兩層 Metal以上產(chǎn)品均采用Top-1 Metal Fuse。

4）Top metal fuse Laser trim后有白霧狀殘留物，不推薦用于metal fuse。

5）metal Fuse上氧化層厚度宜考慮以薄優(yōu)先的原則。

4結(jié)束語

由于傳統(tǒng)電修調(diào)工藝的局限性不能滿足當(dāng)前半導(dǎo)體工藝發(fā)展的需求，激光修調(diào)工藝在國內(nèi)快速增長(zhǎng)，同時(shí)由于激光修調(diào)產(chǎn)品有不可重復(fù)性的特點(diǎn)，晶圓的流片周期比較長(zhǎng)，投入的資金大，修調(diào)設(shè)備整體價(jià)格昂貴，很多的公司無法進(jìn)行相關(guān)的試驗(yàn)，本次的試驗(yàn)?zāi)康氖菫榱舜_定ESI9XXX激光修調(diào)設(shè)備最佳修調(diào)參數(shù)，以提高修調(diào)產(chǎn)品的良率，并為客戶的激光修調(diào)產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供參考。

參考文獻(xiàn)

[1]ESI9XXX Service Guide.

[2]Semiconductor Link Processing System.

[3]激光世界Laser Focus World 2013年1月1期.

[4]http：//www.doc88.com/p-348627916574.html.

endprint

摘要激光修調(diào)產(chǎn)品生產(chǎn)工藝在我國剛開始發(fā)展應(yīng)用，許多設(shè)計(jì)人員對(duì)于激光修調(diào)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)缺少相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。文章采用型號(hào)為ESI9XXX激光修調(diào)設(shè)備，通過改變對(duì)修調(diào)結(jié)果有重大影響的幾個(gè)參數(shù)進(jìn)行各項(xiàng)試驗(yàn)，總結(jié)出適合激光修調(diào)設(shè)備的金屬熔絲參數(shù)為產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員提供指引，使設(shè)計(jì)的產(chǎn)品適合于激光修調(diào)設(shè)備，可減少新品的調(diào)試時(shí)間，提高所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的良率，有利于激光修調(diào)工藝在國內(nèi)能更快的推廣和應(yīng)用。

關(guān)鍵詞熔絲間距；熔絲寬度；熔絲長(zhǎng)度；熔絲厚度；氧化層厚度

中圖分類號(hào)：TN402 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）12-0050-02

由于半導(dǎo)體器件的發(fā)展，半導(dǎo)體器件集成度越來越高，傳統(tǒng)的電修調(diào)產(chǎn)品工藝已經(jīng)不能滿足市場(chǎng)的需求，應(yīng)市場(chǎng)需求而產(chǎn)生激光修調(diào)工藝技術(shù)，相對(duì)于傳統(tǒng)電修調(diào)工藝，激光修調(diào)工藝的優(yōu)點(diǎn)在于：由于在芯片表面不需要設(shè)計(jì)扎針的PAD位，則可在同樣單位面積上設(shè)計(jì)更多的管芯；由于每根熔絲占用的面積很小，可設(shè)計(jì)出更多的熔絲用于調(diào)整芯片的參數(shù)，從而提高產(chǎn)品的精度和性能；由于利用激光修調(diào)可簡(jiǎn)化探針卡的復(fù)雜程度，可用多SITE并行測(cè)試提高測(cè)試效率；對(duì)于熔絲設(shè)計(jì)參數(shù)是否適合激光修調(diào)設(shè)備，直接關(guān)系到修調(diào)后產(chǎn)品成品率及修調(diào)時(shí)間的問題。所以熔絲設(shè)計(jì)參數(shù)就成為修調(diào)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。

1實(shí)驗(yàn)過程

1.1 主要的試驗(yàn)設(shè)備簡(jiǎn)介：ESI9XXXX激光修調(diào)機(jī)

ESI9XXX修調(diào)機(jī)由美國制造，應(yīng)用于半導(dǎo)體晶圓修調(diào)，采用高精度磁懸浮平面馬達(dá)進(jìn)行XY定位，應(yīng)用激光干涉技術(shù)對(duì)平臺(tái)移動(dòng)位置進(jìn)行監(jiān)控。HP unix操作系統(tǒng)，開放式的數(shù)據(jù)處理方式?？筛鶕?jù)自身需求對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。ESI9XXX主要應(yīng)用于修調(diào)、電源控制芯片、存儲(chǔ)器芯片、精確頻率調(diào)整芯片、精密電阻修調(diào)、高精度運(yùn)放修調(diào)等。

1.2 激光修調(diào)熔絲的原理

ESI9XXX型號(hào)的激光修調(diào)機(jī)是由一個(gè)激光發(fā)生器，產(chǎn)生1.32 um波長(zhǎng)的光束，光束通過鏡面的反射和透鏡聚焦把激光的能量聚焦在一個(gè)點(diǎn)，這個(gè)點(diǎn)的大小就是光斑尺寸，能量在0.2uj到2.0uj范圍之間，當(dāng)這個(gè)能量點(diǎn)聚焦在熔絲上，則把熔絲氣化達(dá)到調(diào)整芯片參數(shù)的目的。而把熔絲氣化是否完全則跟熔絲的設(shè)計(jì)參數(shù)有著密切的關(guān)系，主要是同以下幾個(gè)參數(shù)相關(guān)。

1）熔絲之間的間距（Link pitch）。

2）熔絲表面的氧化層厚度（oxide thickness）。

3）熔絲的寬度（Link width）。

4）熔絲的長(zhǎng)度（Link length）。

5）熔絲的厚度（Link thickness）。

6）熔絲所位于的METAL層（metal layer）。

修調(diào)產(chǎn)品有一個(gè)要求就是必須排布L MARK圖形。此圖形可位于劃片道里或是在芯片內(nèi)部均可。其寬度在6.0~10 um之間，長(zhǎng)度范圍：2~40 um?！癓”的圖案要求光澤度高，平坦無雜質(zhì)，棱角清晰（一般為metal層），其周邊20 um*20 um范圍內(nèi)要求平坦無雜質(zhì)，且與“L”黑白分明。

圖1參數(shù)定義

1.3 設(shè)計(jì)晶圓工藝布版

圓片每個(gè)BLOCK有27列FUSE排布，分別標(biāo)示從fuse0到fuse26，每列有16個(gè)PAD位，分別從上到下定義為PAD1到PAD16，27列FUSE用9種不同的工藝制成。分別命名為A，B，C……I。相關(guān)的分布如表1。

每種不同工藝的熔絲設(shè)計(jì)不同的參數(shù)：寬度變化、長(zhǎng)度變化、間距變化、氧化層厚度變化（1000A、3500A、6000A、-6000A），參數(shù)實(shí)驗(yàn)的熔絲厚度統(tǒng)一采用5000A。

1.4 采用的修調(diào)方案

1）Fuse（0~9）修調(diào)第3根，測(cè)試第3根是否修斷。

2）Fuse （15，17，19）修調(diào)第2、4 Fuse，測(cè)試第2和第4根是否有修斷，測(cè)試第3根是否導(dǎo)通以此來判斷修調(diào)第2和第4根是否有對(duì)第3根Fuse有影響。

3）Fuse（16，18，20）修調(diào)第3根，測(cè)試第3根是否有修斷測(cè)試第2和第4是否導(dǎo)通以此來判斷修調(diào)第3根是否有對(duì)第2、4根Fuse有影響。

4）Fuse （21~26）修調(diào)1，3，5測(cè)試第3根是否有修斷測(cè)試第2和第4是否導(dǎo)通以此來判斷修調(diào)1、3、5是否有對(duì) 第2、4根Fuse有影響。

圖2熔絲排列順序

2結(jié)果與分析

1）對(duì)不同間距的熔絲進(jìn)行修調(diào)，目的是驗(yàn)證修調(diào)的效果及修調(diào)后對(duì)相鄰的熔絲的影響。相關(guān)的數(shù)據(jù)如表2。

表2不同間距的熔絲修調(diào)后的測(cè)量數(shù)據(jù)

從以上數(shù)據(jù)可知Pitch 4~8 um 間距的Fuse，用0.9uj能量3.0 um光斑修條后測(cè)量相鄰的熔絲，相鄰熔絲阻值與修調(diào)前一致不受修調(diào)影響；各熔絲的修調(diào)后的阻值均大于20M ohm；在pitch為4 um間距的熔絲外觀有少許的破壞，如圖3。所以建議間距設(shè)為6 um。

圖3相鄰熔絲受影響

2）對(duì)表面氧化層厚度不同的熔絲進(jìn)行修調(diào)，目的是驗(yàn)證熔絲表面氧化層厚度不同對(duì)修調(diào)效果的影響。相關(guān)的數(shù)據(jù)如表3。

表3氧化層厚度不同對(duì)熔絲修調(diào)后的測(cè)量數(shù)據(jù)

從以上數(shù)據(jù)可知熔絲表面氧化層厚度在1000A、3500A、6000A、（-）6000A分別用0.9uj、1.0uj、1.1uj、1.1uj能量和3.0 um光斑進(jìn)行修調(diào)，測(cè)量各熔絲修調(diào)后的阻值均大于20M ohm，因此表中的四個(gè)氧化層厚度不影響修調(diào)效果。

3）對(duì)不同寬度的熔絲修調(diào)，目的是驗(yàn)證在不同寬度的熔絲修調(diào)效果。相關(guān)的數(shù)據(jù)如表4。

表4不同寬度的熔絲修調(diào)后的測(cè)量數(shù)據(jù)

從以上數(shù)據(jù)可知用1.0uj、3.0um光斑修調(diào)后的阻值均大于30M ohm，所以熔絲的寬度在0.6到1.0 um范圍內(nèi)均適合于設(shè)備要求。建議值為0.8 um。

4）對(duì)于不同長(zhǎng)度熔絲修調(diào)，目的是驗(yàn)證不同長(zhǎng)度熔絲的修調(diào)效果，相關(guān)的數(shù)據(jù)如表5。

表5不同長(zhǎng)度熔絲修調(diào)后的測(cè)量數(shù)據(jù)

從以上數(shù)據(jù)可知用1.0uj、3.0 um光斑修調(diào)后的電阻值均大于30M ohm，所以得出熔絲長(zhǎng)度在4到12 um范圍內(nèi)均適合于設(shè)備要求。

5）對(duì)不同METAL層數(shù)的熔絲進(jìn)行修調(diào)，目的是驗(yàn)證兩層或三層（Double/Triple metal）電路結(jié)構(gòu)的熔絲修調(diào)效果，相關(guān)數(shù)據(jù)如表6。

表6不同METAL層數(shù)的熔絲進(jìn)行修調(diào)后的測(cè)量數(shù)據(jù)

從以上數(shù)據(jù)可知用1.0uj、3.0 um光斑修調(diào)后阻值均大于29M ohm。所以兩層和三層電路結(jié)構(gòu)適合設(shè)備要求。

6）對(duì)Top metal進(jìn)行l(wèi)aser trim，目的是驗(yàn)證Top metal修調(diào)效果。相關(guān)數(shù)據(jù)如表7。

表7Top metal修調(diào)后的測(cè)量數(shù)據(jù)

從以上數(shù)據(jù)可知用1.1uj、3.6 um光斑修調(diào)后阻值均大于20M ohm，用高倍顯微鏡觀測(cè)到熔絲周邊有白色殘留物，由于在流片過程中Top metal參雜有一些熔點(diǎn)較高的材料，致使修調(diào)不易完全氣化。不推薦使用，如圖4。

圖4Top metal外觀

3結(jié)論與推薦參數(shù)

對(duì)于設(shè)計(jì)參數(shù)是否適合ESI9XXX修調(diào)設(shè)備主要判定方法是：熔絲的是否有被修斷及修調(diào)后相鄰熔絲的外觀是否受影響。如果我們通過測(cè)量?jī)啥说淖杩怪荡笥?0M則認(rèn)為是修斷，在顯微鏡下通過檢查熔絲表觀不受損則認(rèn)為表觀符合要求。綜合以上的數(shù)據(jù)及圖片，得出如下的結(jié)論。

1）據(jù)實(shí)驗(yàn)中所得出的數(shù)據(jù) 建議采用的尺寸：長(zhǎng)6 um，寬0.8 um，厚：5000A，間距（Pitch）6 um。

2）Fuse上氧化層厚度在0~6kA 范圍均可采用。

3）兩層 Metal以上產(chǎn)品均采用Top-1 Metal Fuse。

4）Top metal fuse Laser trim后有白霧狀殘留物，不推薦用于metal fuse。

5）metal Fuse上氧化層厚度宜考慮以薄優(yōu)先的原則。

4結(jié)束語

由于傳統(tǒng)電修調(diào)工藝的局限性不能滿足當(dāng)前半導(dǎo)體工藝發(fā)展的需求，激光修調(diào)工藝在國內(nèi)快速增長(zhǎng)，同時(shí)由于激光修調(diào)產(chǎn)品有不可重復(fù)性的特點(diǎn)，晶圓的流片周期比較長(zhǎng)，投入的資金大，修調(diào)設(shè)備整體價(jià)格昂貴，很多的公司無法進(jìn)行相關(guān)的試驗(yàn)，本次的試驗(yàn)?zāi)康氖菫榱舜_定ESI9XXX激光修調(diào)設(shè)備最佳修調(diào)參數(shù)，以提高修調(diào)產(chǎn)品的良率，并為客戶的激光修調(diào)產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供參考。

參考文獻(xiàn)

[1]ESI9XXX Service Guide.

[2]Semiconductor Link Processing System.

[3]激光世界Laser Focus World 2013年1月1期.

[4]http：//www.doc88.com/p-348627916574.html.

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摘要激光修調(diào)產(chǎn)品生產(chǎn)工藝在我國剛開始發(fā)展應(yīng)用，許多設(shè)計(jì)人員對(duì)于激光修調(diào)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)缺少相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。文章采用型號(hào)為ESI9XXX激光修調(diào)設(shè)備，通過改變對(duì)修調(diào)結(jié)果有重大影響的幾個(gè)參數(shù)進(jìn)行各項(xiàng)試驗(yàn)，總結(jié)出適合激光修調(diào)設(shè)備的金屬熔絲參數(shù)為產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員提供指引，使設(shè)計(jì)的產(chǎn)品適合于激光修調(diào)設(shè)備，可減少新品的調(diào)試時(shí)間，提高所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的良率，有利于激光修調(diào)工藝在國內(nèi)能更快的推廣和應(yīng)用。

關(guān)鍵詞熔絲間距；熔絲寬度；熔絲長(zhǎng)度；熔絲厚度；氧化層厚度

中圖分類號(hào)：TN402 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）12-0050-02

由于半導(dǎo)體器件的發(fā)展，半導(dǎo)體器件集成度越來越高，傳統(tǒng)的電修調(diào)產(chǎn)品工藝已經(jīng)不能滿足市場(chǎng)的需求，應(yīng)市場(chǎng)需求而產(chǎn)生激光修調(diào)工藝技術(shù)，相對(duì)于傳統(tǒng)電修調(diào)工藝，激光修調(diào)工藝的優(yōu)點(diǎn)在于：由于在芯片表面不需要設(shè)計(jì)扎針的PAD位，則可在同樣單位面積上設(shè)計(jì)更多的管芯；由于每根熔絲占用的面積很小，可設(shè)計(jì)出更多的熔絲用于調(diào)整芯片的參數(shù)，從而提高產(chǎn)品的精度和性能；由于利用激光修調(diào)可簡(jiǎn)化探針卡的復(fù)雜程度，可用多SITE并行測(cè)試提高測(cè)試效率；對(duì)于熔絲設(shè)計(jì)參數(shù)是否適合激光修調(diào)設(shè)備，直接關(guān)系到修調(diào)后產(chǎn)品成品率及修調(diào)時(shí)間的問題。所以熔絲設(shè)計(jì)參數(shù)就成為修調(diào)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。

1實(shí)驗(yàn)過程

1.1 主要的試驗(yàn)設(shè)備簡(jiǎn)介：ESI9XXXX激光修調(diào)機(jī)

ESI9XXX修調(diào)機(jī)由美國制造，應(yīng)用于半導(dǎo)體晶圓修調(diào)，采用高精度磁懸浮平面馬達(dá)進(jìn)行XY定位，應(yīng)用激光干涉技術(shù)對(duì)平臺(tái)移動(dòng)位置進(jìn)行監(jiān)控。HP unix操作系統(tǒng)，開放式的數(shù)據(jù)處理方式?？筛鶕?jù)自身需求對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。ESI9XXX主要應(yīng)用于修調(diào)、電源控制芯片、存儲(chǔ)器芯片、精確頻率調(diào)整芯片、精密電阻修調(diào)、高精度運(yùn)放修調(diào)等。

1.2 激光修調(diào)熔絲的原理

ESI9XXX型號(hào)的激光修調(diào)機(jī)是由一個(gè)激光發(fā)生器，產(chǎn)生1.32 um波長(zhǎng)的光束，光束通過鏡面的反射和透鏡聚焦把激光的能量聚焦在一個(gè)點(diǎn)，這個(gè)點(diǎn)的大小就是光斑尺寸，能量在0.2uj到2.0uj范圍之間，當(dāng)這個(gè)能量點(diǎn)聚焦在熔絲上，則把熔絲氣化達(dá)到調(diào)整芯片參數(shù)的目的。而把熔絲氣化是否完全則跟熔絲的設(shè)計(jì)參數(shù)有著密切的關(guān)系，主要是同以下幾個(gè)參數(shù)相關(guān)。

1）熔絲之間的間距（Link pitch）。

2）熔絲表面的氧化層厚度（oxide thickness）。

3）熔絲的寬度（Link width）。

4）熔絲的長(zhǎng)度（Link length）。

5）熔絲的厚度（Link thickness）。

6）熔絲所位于的METAL層（metal layer）。

修調(diào)產(chǎn)品有一個(gè)要求就是必須排布L MARK圖形。此圖形可位于劃片道里或是在芯片內(nèi)部均可。其寬度在6.0~10 um之間，長(zhǎng)度范圍：2~40 um?！癓”的圖案要求光澤度高，平坦無雜質(zhì)，棱角清晰（一般為metal層），其周邊20 um*20 um范圍內(nèi)要求平坦無雜質(zhì)，且與“L”黑白分明。

圖1參數(shù)定義

1.3 設(shè)計(jì)晶圓工藝布版

圓片每個(gè)BLOCK有27列FUSE排布，分別標(biāo)示從fuse0到fuse26，每列有16個(gè)PAD位，分別從上到下定義為PAD1到PAD16，27列FUSE用9種不同的工藝制成。分別命名為A，B，C……I。相關(guān)的分布如表1。

每種不同工藝的熔絲設(shè)計(jì)不同的參數(shù)：寬度變化、長(zhǎng)度變化、間距變化、氧化層厚度變化（1000A、3500A、6000A、-6000A），參數(shù)實(shí)驗(yàn)的熔絲厚度統(tǒng)一采用5000A。

1.4 采用的修調(diào)方案

1）Fuse（0~9）修調(diào)第3根，測(cè)試第3根是否修斷。

2）Fuse （15，17，19）修調(diào)第2、4 Fuse，測(cè)試第2和第4根是否有修斷，測(cè)試第3根是否導(dǎo)通以此來判斷修調(diào)第2和第4根是否有對(duì)第3根Fuse有影響。

3）Fuse（16，18，20）修調(diào)第3根，測(cè)試第3根是否有修斷測(cè)試第2和第4是否導(dǎo)通以此來判斷修調(diào)第3根是否有對(duì)第2、4根Fuse有影響。

4）Fuse （21~26）修調(diào)1，3，5測(cè)試第3根是否有修斷測(cè)試第2和第4是否導(dǎo)通以此來判斷修調(diào)1、3、5是否有對(duì) 第2、4根Fuse有影響。

圖2熔絲排列順序

2結(jié)果與分析

1）對(duì)不同間距的熔絲進(jìn)行修調(diào)，目的是驗(yàn)證修調(diào)的效果及修調(diào)后對(duì)相鄰的熔絲的影響。相關(guān)的數(shù)據(jù)如表2。

表2不同間距的熔絲修調(diào)后的測(cè)量數(shù)據(jù)

從以上數(shù)據(jù)可知Pitch 4~8 um 間距的Fuse，用0.9uj能量3.0 um光斑修條后測(cè)量相鄰的熔絲，相鄰熔絲阻值與修調(diào)前一致不受修調(diào)影響；各熔絲的修調(diào)后的阻值均大于20M ohm；在pitch為4 um間距的熔絲外觀有少許的破壞，如圖3。所以建議間距設(shè)為6 um。

圖3相鄰熔絲受影響

2）對(duì)表面氧化層厚度不同的熔絲進(jìn)行修調(diào)，目的是驗(yàn)證熔絲表面氧化層厚度不同對(duì)修調(diào)效果的影響。相關(guān)的數(shù)據(jù)如表3。

表3氧化層厚度不同對(duì)熔絲修調(diào)后的測(cè)量數(shù)據(jù)

從以上數(shù)據(jù)可知熔絲表面氧化層厚度在1000A、3500A、6000A、（-）6000A分別用0.9uj、1.0uj、1.1uj、1.1uj能量和3.0 um光斑進(jìn)行修調(diào)，測(cè)量各熔絲修調(diào)后的阻值均大于20M ohm，因此表中的四個(gè)氧化層厚度不影響修調(diào)效果。

3）對(duì)不同寬度的熔絲修調(diào)，目的是驗(yàn)證在不同寬度的熔絲修調(diào)效果。相關(guān)的數(shù)據(jù)如表4。

表4不同寬度的熔絲修調(diào)后的測(cè)量數(shù)據(jù)

從以上數(shù)據(jù)可知用1.0uj、3.0um光斑修調(diào)后的阻值均大于30M ohm，所以熔絲的寬度在0.6到1.0 um范圍內(nèi)均適合于設(shè)備要求。建議值為0.8 um。

4）對(duì)于不同長(zhǎng)度熔絲修調(diào)，目的是驗(yàn)證不同長(zhǎng)度熔絲的修調(diào)效果，相關(guān)的數(shù)據(jù)如表5。

表5不同長(zhǎng)度熔絲修調(diào)后的測(cè)量數(shù)據(jù)

從以上數(shù)據(jù)可知用1.0uj、3.0 um光斑修調(diào)后的電阻值均大于30M ohm，所以得出熔絲長(zhǎng)度在4到12 um范圍內(nèi)均適合于設(shè)備要求。

5）對(duì)不同METAL層數(shù)的熔絲進(jìn)行修調(diào)，目的是驗(yàn)證兩層或三層（Double/Triple metal）電路結(jié)構(gòu)的熔絲修調(diào)效果，相關(guān)數(shù)據(jù)如表6。

表6不同METAL層數(shù)的熔絲進(jìn)行修調(diào)后的測(cè)量數(shù)據(jù)

從以上數(shù)據(jù)可知用1.0uj、3.0 um光斑修調(diào)后阻值均大于29M ohm。所以兩層和三層電路結(jié)構(gòu)適合設(shè)備要求。

6）對(duì)Top metal進(jìn)行l(wèi)aser trim，目的是驗(yàn)證Top metal修調(diào)效果。相關(guān)數(shù)據(jù)如表7。

表7Top metal修調(diào)后的測(cè)量數(shù)據(jù)

從以上數(shù)據(jù)可知用1.1uj、3.6 um光斑修調(diào)后阻值均大于20M ohm，用高倍顯微鏡觀測(cè)到熔絲周邊有白色殘留物，由于在流片過程中Top metal參雜有一些熔點(diǎn)較高的材料，致使修調(diào)不易完全氣化。不推薦使用，如圖4。

圖4Top metal外觀

3結(jié)論與推薦參數(shù)

對(duì)于設(shè)計(jì)參數(shù)是否適合ESI9XXX修調(diào)設(shè)備主要判定方法是：熔絲的是否有被修斷及修調(diào)后相鄰熔絲的外觀是否受影響。如果我們通過測(cè)量?jī)啥说淖杩怪荡笥?0M則認(rèn)為是修斷，在顯微鏡下通過檢查熔絲表觀不受損則認(rèn)為表觀符合要求。綜合以上的數(shù)據(jù)及圖片，得出如下的結(jié)論。

1）據(jù)實(shí)驗(yàn)中所得出的數(shù)據(jù) 建議采用的尺寸：長(zhǎng)6 um，寬0.8 um，厚：5000A，間距（Pitch）6 um。

2）Fuse上氧化層厚度在0~6kA 范圍均可采用。

3）兩層 Metal以上產(chǎn)品均采用Top-1 Metal Fuse。

4）Top metal fuse Laser trim后有白霧狀殘留物，不推薦用于metal fuse。

5）metal Fuse上氧化層厚度宜考慮以薄優(yōu)先的原則。

4結(jié)束語

由于傳統(tǒng)電修調(diào)工藝的局限性不能滿足當(dāng)前半導(dǎo)體工藝發(fā)展的需求，激光修調(diào)工藝在國內(nèi)快速增長(zhǎng)，同時(shí)由于激光修調(diào)產(chǎn)品有不可重復(fù)性的特點(diǎn)，晶圓的流片周期比較長(zhǎng)，投入的資金大，修調(diào)設(shè)備整體價(jià)格昂貴，很多的公司無法進(jìn)行相關(guān)的試驗(yàn)，本次的試驗(yàn)?zāi)康氖菫榱舜_定ESI9XXX激光修調(diào)設(shè)備最佳修調(diào)參數(shù)，以提高修調(diào)產(chǎn)品的良率，并為客戶的激光修調(diào)產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供參考。

參考文獻(xiàn)

[1]ESI9XXX Service Guide.

[2]Semiconductor Link Processing System.

[3]激光世界Laser Focus World 2013年1月1期.

[4]http：//www.doc88.com/p-348627916574.html.

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