CN102339766A - 线路修复中的超长距离连线方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种线路修复中的超长距离连线方法；包括以下步骤：暴露出需要做桥联的金属线，在该线附近并远离顶层金属的位置生长出多个金属垫，连接每个金属垫和所述暴露的金属线；对第一个金属垫键合上金属球，保持引线不断；用劈刀引导引线拉至第二个金属垫，劈刀施力在第二个金属垫形成第二键合点，如此以往，最后键合点完成后，再将引线夹断。用本发明所述的FIB线路修复功能可以便捷的多次和反复在同一个芯片上进行调试，另外本发明所述超长距离连线方法，具有时间短、连线阻值低的优点。

Description

线路修复中的超长距离连线方法
技术领域
本发明涉及一种半导体芯片调试及失效分析中用到的线路修复技术。
背景技术
线路修复技术是半导体工业链中必要的以及应用广泛的技术，用于芯片初期设计中的问题调试，可大大缩短产品推出时间；还可以用于芯片后期的失效分析定位。
常用的线路修复设备是聚焦粒子束显微镜(Focused Ion Beam，FIB)。
线路修复通过切断或连接金属线实现对芯片问题的问题调试，帮助找到设计问题或验证设计工程师的设想；线路修复同样在芯片后期的失效分析中起重要作用，可以实现失效定位。用FIB实现线路修复的范围一般在一百微米以下的范围，一旦距离或范围增大，甚至到毫米级，用FIB操作的时间和人力等成本将难以承受。
芯片改版来完成，这通常需要大于一个月的时间，时间成本和风险成本过高。另外，利用FIB的镀金属条功能直接连线，存在阻值大、时间长的问题：选用500pA束流，1毫米，2微米，2微米，需要280分钟，对应的电阻为2.6兆欧(以常用的铂为例)，用大于500pA的束流来镀金属条，可以缩短时间，但是由于刻蚀速率加大，导致生长的金属层会远小于2微米，效果也会很差；而选用小于500pA的束流，耗费时间将会远超过280分钟。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种，它可以解决线路修复中的超长连线问题，实现超长连线且时间较短，同时连线电阻极大减小。最终提高芯片初期设计时的电流功能调试以及芯片后期失效分析的效果和速度。
为了解决以上技术问题，本发明提供了一种线路修复中的超长距离连线方法；包括以下步骤：暴露出需要做桥联的金属线，在该线附近并远离顶层金属的位置生长出多个金属垫，连接每个金属垫和所述暴露的金属线；对第一个金属垫键合上金属球，保持引线不断；用劈刀引导引线拉至第二个金属垫，劈刀施力在第二个金属垫形成第二键合点，如此以往，最后键合点完成后，再将引线夹断。
本发明的有益效果在于：用本发明所述的FIB线路修复功能可以便捷的多次和反复在同一个芯片上进行调试。本发明的超长距离连线方法，时间短、连线阻值低：以1毫米两端点连接为例，采用本发明的方法，垫积金属垫和键合用的总时间在若选用目前较细的引线，其直径为20.3um，完成后的电阻会降低三个数量级，可在8.5千欧左右。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1是本发明实施例所述方法形成的结构示意图；
图2是以芯片上三处金属线需短接为例，芯片金属层表面覆盖有绝缘层初始形貌示意图；
图3是本发明实施例所述用聚焦粒子束显微镜FIB的精确刻蚀功能暴露出需短接的芯片内部金属线的示意图；
图4是本发明实施例所述在金属线附近有厚绝缘层保护区域用聚焦粒子束显微镜FIB的垫积薄膜功能垫积若干铂金属垫的示意图；
图5是本发明实施例所述继续用FIB垫积功能连接金属垫和暴露金属的示意图；
图6是本发明实施例所述芯片放入引线键合机后的劈刀和引线位置示意图；
图7是本发明实施例所述使用引线键合机，用劈刀将引线焊在第一个金属垫上，引线不断，引向第二个金属垫的示意图；
图8是本发明实施例所述用劈刀将未断的引线焊在第二个金属垫上，引线不断，引向第三个金属垫的示意图；
图9是本发明实施例所述用劈刀将未断的引线焊在第三个金属垫上，切断引线的示意图。
具体实施方式
如图1所示，第一步，用聚焦粒子束电子显微镜FIB完成以下工作：暴露出需要做桥联的金属线，在该线附近并远离顶层金属的位置用1000pA束流生长出用于后续键合用的50x50x0.5微米(长x宽x厚)的铂金属垫(该大小一方面不会耗费太长时间，另一方面足够保证引线键合机将键合球压焊在上面)，淀积铂金属条连接暴露金属线和金属垫。
引线键合机在劈刀键合力和超声作用下，对第一个金属垫键合上金属球，线不断，劈刀引导引线拉至第二个金属垫，劈刀施力在第二个金属垫形成第二键合点，如此以往，最后键合点完成后，再将引线用引线夹夹断。如此实现芯片线路修复时的超长距离连线。即在线路修复中，为实现在芯片上长距离连线的目的，采用如下方法：暴露出需互连的金属线，并连接到特定生长的金属垫，再用倒装键合技术用粗引线连接起金属垫，完成后再夹断引线。
本发明所要使用到的聚焦粒子束电子显微镜(Focused Ion Beam，FIB)：该设备或技术，用聚焦后的镓正离子束作为入射粒子(或叫一次离子)撞击样品表面，通过收集二次电子成像，又由于镓离子的原子量大，加速后动能大，所以有很好的溅射刻蚀功能，再配合上合适的气体系统就能实现包括选择性刻蚀、垫积特定材料等辅助功能。它常配备的气体系统是Pt-Dep(铂金属垫积系统)，IEE(选择性增强刻蚀)，I-dep(绝缘膜垫积)等；工作时，气体喷在样品表面，离子束轰击FIB设定图形时，既对样品表面直接刻蚀，也将部分气体原子撞击到样品表面；通过调整合适的参数，可以用Pt-dep垫积上一层铂金属膜，用I-dep垫积上绝缘膜，用IEE加强刻蚀速率。FIB常见用途有断面精细切割、成像(包括电压衬度像)、透射电镜制样、线路修复等，本发明用到FIB的线路修复功能。
修复功能包括开窗口和金属连线：开窗口是在FIB设置好的的图形内，镓离子轰击样品表面，表面原子被溅射掉，或被真空抽走，或垫积在图形周围，这样样品表面就会形成复制了图形大小的凹坑，随着开窗选择深度加深，凹坑也变深，深度甚至可从芯片表面直到硅基板，适当的图形就会实现指定区域的绝缘膜的去除和指定金属线的截断；金属连线的过程是，用pt-dep气体，可在预设的图形内垫积上一层铂金属膜，若这段金属膜连接了不同位置的芯片内某些层金属线，那就实现了金属互连功能。
本发明所要使用到的引线键合机：该设备或技术用于芯片(表面电极，金属化层材料主要为铝)与引线框架之间的连接。可分为球键合和楔键合，实际应用时，可以单独使用其中一种或混合使用，对先球键合再楔键合的方式，其过程可描述如下：首先由电火花对引线末端实施电弧放电使其伸出部分熔化，在表面张力作用下将形成金属熔球；然后在劈刀向下的键合力和超声波能量的共同作用下，金属熔球下压到焊盘金属，并发生原子扩散形成一层金属间化合物。接着劈刀升起同时向第二焊盘的反方向移动一段距离以形成一折点。劈刀引导引线向第二焊盘移动形成线弧；接着劈刀外壁对金属引线施加压力并在超声能量的作用下以楔焊的方式形成第二键合点；最后引线夹关闭，劈刀升起一段距离后将引线于键合点边缘处拉断，常见键合完成。
如图2所示，以芯片上三处金属线需短接为例，芯片初始形貌金属层表面覆盖有绝缘层。本发明实施例包括以下步骤：
如图3所示，用聚焦粒子束显微镜FIB的精确刻蚀功能暴露出需短接的芯片内部金属线。
如图4所示，在金属线附近有厚绝缘层保护区域用聚焦粒子束显微镜FIB的垫积薄膜功能(束流1000pA)垫积若干“长x宽x高为50x50x0.5微米”的铂金属垫。
如图5所示，继续用FIB垫积功能(束流＜300pA)连接金属垫和1中暴露的金属。
如图6、图7所示，使用引线键合机，用劈刀将引线焊在第一个金属垫上(如pad1)，引线不断，引向第二个金属垫(pad2)。
如图8所示，用劈刀将未断的引线焊在第二个金属垫上(如pad2)，引线不断，引向第三个金属垫(pad3)。
如图9所示，用劈刀将未断的引线焊在第三个金属垫上(如pad3)，切断引线。
本发明并不限于上文讨论的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在于为了描述和说明本发明涉及的技术方案。基于本发明启示的显而易见的变换或替代也应当被认为落入本发明的保护范围。以上的具体实施方式用来揭示本发明的最佳实施方法，以使得本领域的普通技术人员能够应用本发明的多种实施方式以及多种替代方式来达到本发明的目的。

Claims (9)

1.一种线路修复中的超长距离连线方法；其特征在于，包括以下步骤：
暴露出需要做桥联的金属线，在该线附近并远离顶层金属的位置生长出多个金属垫，连接每个金属垫和所述暴露的金属线；
对第一个金属垫键合上金属球，保持引线不断；
用劈刀引导引线拉至第二个金属垫，劈刀施力在第二个金属垫形成第二键合点，如此以往，最后键合点完成后，再将引线夹断。
2.如权利要求1所述的线路修复中的超长距离连线方法，其特征在于，用聚焦粒子束显微镜FIB的刻蚀功能暴露出需短接的芯片内部金属线。
3.如权利要求1所述的线路修复中的超长距离连线方法，其特征在于，用聚焦粒子束显微镜FIB的垫积薄膜功能生长出金属垫。
4.如权利要求3所述的线路修复中的超长距离连线方法，其特征在于，所述金属垫为铂金属垫。
5.如权利要求3所述的线路修复中的超长距离连线方法，其特征在于，所述粒子束束流为1000pA。
6.如权利要求3所述的线路修复中的超长距离连线方法，其特征在于，所述铂金属垫的尺寸长×宽×高为50×50×0.5微米。
7.如权利要求1所述的线路修复中的超长距离连线方法，其特征在于，用聚焦粒子束显微镜FIB垫积功能连接金属垫和所述暴露的金属线。
8.如权利要求7所述的线路修复中的超长距离连线方法，其特征在于，所述粒子束束流＜300pA。
9.如权利要求1所述的线路修复中的超长距离连线方法，其特征在于，用引线键合机对金属垫键合上金属球。
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