Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ КОРРЕКЦИИ ТОПОЛОГИИ БИС

Изобретение относится к вопросам проектирования схемотехники и топологии интегральных схем и может быть использовано для коррекции топологии БИС.

Несмотря на применение современных методов проектирования и использование качественной технологии новые кристаллы могут быть неработоспособны или их измеренные параметры могут отличаться от ожидаемых.

Известен способ коррекции топологии, заключающийся в измерении параметров кристалла после его изготовления, обнаружении наличия дефекта, места его локализации и определения предполагаемых путей его исправления. На основе полученных результатов производится компьютерная разработка второй версии топологии БИС, проектирование нового комплекта фотошаблонов и проведение полного цикла технологических операций для изготовления партии пластин. Если результаты измерения параметров нового кристалла БИС устраивают разработчиков, проектирование топологии считается успешно законченным, при отрицательном результате необходимо опять менять проект, разрабатывать третью версию топологии и/или схемы, заново создавая комплект фотошаблонов и повторять весь технологический цикл. И так может происходить несколько раз, так как ошибки, допущенные при проектировании принципиальной схемы и топологии данным способом, обнаруживаются только после изготовления БИС [Rapid prototyping of submicron ICs using FIB. David Perrin, Wayland Seifert. Solid State Technology, October, 1994].

Очевидно, что недостатком рассмотренного способа коррекции является непредсказуемо длительное время, необходимое для разработки и изготовления работоспособных БИС.

Наиболее близким к предлагаемому является способ коррекции, в котором после нахождении причины возникновения дефекта, места его локализации и определения предполагаемых путей его исправления производится механическое изменение схемы кристалла БИС в режиме реального времени, когда оперативно исключаются прежние (дефектные) и создаются новые связи между элементами или узлами схемы. Новые связи между выбранными точками схемы формируются с помощью временно создаваемых проводящих перемычек с последующим измерением параметров модифицированной схемы кристалла. Перемычки создаются на поверхности кристалла с использованием технологии “Фокусированных ионных пучков” (FIB), например, на установке Quanta 3D или ей подобной [FIB/FE SEM System Tracks Down Killer Defects. Eugene Delenia, Bryan Tracy, Homi Fatemi. EE-Evaluation Engineering, October, 1995], [Электронно-зондовые методы наведенного тока и потенциального контраста в анализе отказов специализированных интегральных схем считывания и обработки сигналов матричных ИК фотоприемников. Акимов В.М., Дремова Н.Н., Якунин С.Н. Прикладная физика, 2008, №2, 94-99].

Применение тонкой ионно-лучевой технологии FIB для реконструкции элементов БИС позволяет реализовать такие технологические операции, как травление материалов, осаждение диэлектриков и нанесение проводящих элементов (Pt, W) в локальной области кристалла.

Исправление топологии кристалла продолжается до тех пор, пока не будет получена схема, в которой будет устранен обнаруженный дефект. При положительном результате выполненной работы производится проектирование новой топологии.

Указанный способ коррекции топологии имеет существенный недостаток, связанный с высокой стоимостью установок, использующих технологию FIB, и необходимостью наличия высококвалифицированных специалистов. В связи с этим этот способ не нашел широкого применения.

Задачей изобретения является снижение стоимости выполнения операции коррекции топологии при минимизации времени на ее проведение.

Технический результат - снижение стоимости коррекции топологии - достигается тем, что способ коррекции топологии БИС включает измерение параметров схемы кристалла после его изготовления, исследование причины отклонения измеренных параметров от ожидаемых, обнаружение места расположения дефекта, исключение дефектной связи между элементами схемы, формирование новой связи в схеме взамен дефектной при помощи временно создаваемой проводящей перемычки, причем проводящую перемычку создают с помощью индиевого слоя путем прижатия этого слоя к металлизированной шине для возникновения холодной сварки слоя индия и материала шины.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в следующем:

- по результатам исследования изготовленного кристалла намечают путь исправления дефекта;

- устраняют намеченную к удалению дефектную связь между элементами схемы;

- определяют необходимое место расположения индиевой перемычки взамен дефектной;

- производят снятие диэлектрика с металлической шины на месте будущего контакта перемычки с металлом любым известным методом;

- наносят пленку индия на окна к металлизированным шинам и трассу будущего расположения перемычки иглой (зондом) зондовой установки;

- проводят предварительное формирование индиевой перемычки; при этом пленку индия прижимают иглой с плоским основанием в окнах к металлическим шинам и к поверхности кристалла вдоль трассы расположения перемычки;

- формируют окончательный рисунок индиевой перемычки как по ширине, так и по высоте;

- производят электрическую формовку полученного контакта путем пропускания через него электрического тока во время деформации индия и после создания контакта для снижения контактного сопротивления металл-индий-металл;

- проводят измерение параметров измененной схемы кристалла, при отрицательном результате цикл операций по исправлению дефекта повторяется, при положительном - проводится проектирование второй версии топологии.

При применении рассмотренного способа коррекции топологии БИС не требуется использования сложного технологического оборудования, достаточно иметь в наличии аналитическую зондовую установку, набор игл (зондов) и небольшой объем расходного материала - металлического индия. Работу по исправлению топологии выполняет один сотрудник - специалист по электрозондовым измерениям. Обычно коррекция одного элемента топологии занимает несколько минут.

Последовательность технологических операций для создания индиевых перемычек по предлагаемому способу иллюстрируется на фиг. 1-8, где:

1 - кристалл БИС,

2 - шины металлизации,

3 - слой защитного диэлектрика,

4 - пленка индия,

5 - электрод для прижима индия,

6 - перемычка из индия,

7 - электроды для электрической формовки контакта.

Создание индиевых перемычек осуществляется в следующей последовательности:

- определяют место расположения индиевой перемычки (фиг. 1а - вид сверху на кристалл и фиг. 1б - поперечное сечение кристалла в месте создания индиевой перемычки);

- удаляют диэлектрик с металлической шины на месте будущего контакта перемычки с металлом любым известным методом (фиг. 2);

- наносят пленку пластичного металла индия на окна к металлизированным шинам иглой зондовой установки (фиг. 3);

- формируют электрический контакт индиевой перемычки к металлизированным шинам; для этого пленку индия прижимают к металлу шин иглой с плоским основанием, производя этим холодную сварку между контактируемыми металлами (фиг. 4);

- создают окончательный рисунок индиевой перемычки как по ширине, так и по высоте (фиг. 5 - вид сверху на кристалл);

- производят электрическую формовку полученного контакта путем пропускания через него электрического тока для снижения контактного сопротивления металл - индий - металл (фиг. 6 и 7);

- проводят электрический контроль сопротивления индиевой перемычки (фиг.8).

Использование индия для оперативного изменения схемы кристалла определяется его свойствами. Индий самый пластичный металл в широком диапазоне температур - от комнатной до гелиевых температур. Его твердость по шкале Мооса чуть больше 1 (мягче только тальк). Индий в 20 раз мягче чистого золота, а его сопротивление растяжению в 6 раз меньше, чем у свинца. На воздухе при комнатной температуре устойчив, при нагревании - окисляется.

Температура плавления индия составляет 156,78°C, именно она в основном и определяет токовый предел использования индиевой перемычки. По основным эксплуатационным параметрам индий близок к металлам шин, что позволяет создавать надежный электрический, механический и тепловой контакт индий-металл в широком температурном диапазоне.

Так, например, контакт индий - металл широко используется при создании индиевых микроконтактов для проведения гибридизации кристаллов методом «перевернутого кристалла» при создании фотоприемных устройств ИК-диапазона [Методы создания системы металлизации с индиевыми микроконтактами для кремниевых матричных МОП-мультиплексоров. Акимов В.М., Васильева Л.А., Коган Н.Б., Климанов Е.А., Курбет И.Ю., Лисейкин В.П., Микертумянц А.Р., Седнев М.В., Серегина Н.Н., Щукин С.В. Прикладная физика, №1, 2008, с. 71-74].

Проведен комплекс испытаний индиевых перемычек, изготовленных предлагаемым способом, включая механические нагрузки, многократное термоциклирование и контроль временной стабильности.

Электрическое сопротивление контакта металлизированный проводник - слой индия составляет обычно единицы - десятки Ом в зависимости от площади контакта. Индиевая перемычка пропускает ток в нескольких сот миллиампер, что вполне достаточно для большинства случаев. В качестве проводящего материала для контакта со слоем индия успешно использовались металлы: алюминий, молибден, ванадий и полупроводниковые материалы: поликремний и легированный кремний. Данный метод применим для коррекции топологии БИС, гибридных тонко- и толстопленочных микросхем, а также совмещенных ГИС.

Способ может быть использован также для устранения обрывов металлизированных шин и создания проводников и контактных площадок для измерения тестовых структур.