CN103699710A

CN103699710A - 一种基于脉冲激光的集成电路fib快速定位方法

Info

Publication number: CN103699710A
Application number: CN201310577122.2A
Authority: CN
Inventors: 杜守刚; 范隆; 李鹏; 岳素格; 陆时进; 李建成
Original assignee: Beijing Microelectronic Technology Institute; Mxtronics Corp
Current assignee: Beijing Microelectronic Technology Institute; Mxtronics Corp
Priority date: 2013-11-18
Filing date: 2013-11-18
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2033-11-18
Also published as: CN103699710B

Abstract

本发明涉及一种基于脉冲激光的集成电路FIB快速定位方法，根据集成电路版图所提供的布局布线信息，调整显微镜分辨率，找到需要做FIB的区域，然后利用脉冲激光轰击所述需要做FIB的区域，做出烧蚀光斑标记，需要做FIB的区域为集成电路版图中的金属线表面或者空白区域表面，采用本发明方法能够大大提高定位精度和定位效率，可用将传统定位方法大约2个小时左右缩短到20分钟以内，特别是对重复单元较大区域或顶层金属布局无特征参时，可以使其定位效率提高2～4倍。

Description

一种基于脉冲激光的集成电路FIB快速定位方法

技术领域

本发明涉及一种基于脉冲激光的集成电路FIB快速定位方法，属于集成电路修改、截面分析、复杂电路失效分析等集成电路研发技术领域，特别是属于集成电路小范围、局部区域物理版图改版领域。

背景技术

随着半导体技术的迅猛发展，集成电路加工工艺水平的飞速提高，大规模、高集成度是现代集成电路发展的显著特征；计算机辅助设计是大规模集成电路的必要手段，但这种手段在提升集成电路研发速度的同时也带来了一定的设计风险，在投片之前的全流程验证有时不能完全保证一次投片的成功率，电路内部的有些“盲区”现有的辅助设计软件有时难以识别，特别是自动布局布线辅助软件，在纳米级集成电路设计中，这种现象更为严重，当然设计方案的错误也会降低一次投片的成功率。

为了分析投片不成功原因，减少不成功设计方案的修改次数，缩短研发时间和周期，FIB（Focus Ion Beam聚焦离子束）技术应运而生，该技术将液态金属(Ga或K)离子源产生的离子束经过离子枪加速,聚焦后照射于样品表面，粒子与电路表面的材料作用后产生二次电子，利用电子探测器俘获这些电子就可以实现对电路表面的成像，而且在对器件表面成像的同时可使用物理溅射的方式搭配化学气体反应，有选择性的剥除金属,氧化硅层或沉积金属层，以完成微、纳米级表面形貌加工。

集成电路中常见的FIB应用包括利用FIB切断、连接某一金属线，利用FIB增加某一线路电阻、电容，改变线路的特性，利用FIB剥离某一区域氧化层露出金属，利用FIB跨层连接某一金属线，利用FIB对某一较小区域进行截面分析等等。FIB对集成电路进行物理修改可使芯片设计者对芯片问题处作针对性的测试,以便更快更准确的验证设计方案。若芯片部分区域有问题,可通过FIB对此区域隔离或改正此区域功能,以便找到问题的症结。

尽管FIB越来越受到集成电路研发者的青睐，但是随着对其的大量应用，FIB的缺点也越来越突出，主要表现在以下两点:

1）成像单一

由于该技术利用的是将液态金属(Ga或K)离子源产生的离子束经过离子枪加速真空环境）,聚焦后照射于电路表面，粒子与电路表面的材料作用后产生二次电子，利用电子探测器俘获这些电子就可以实现对电路表面的黑白成像，但是这种黑白成像无法识别不同金属层的位置信息，

2）FIB内置三维平移台固有的定位误差

尽管离子束具有较强的定位精度，但这是在找到某个物理特征点时才可以实现，如果没有物理特征点，是无法避免由于平移台本身固有误差所带来的影响。

因此，为了更快更准确的验证设计方案，找到设计方案中问题的症结，需要对定位技术进行跨领域拓展性的研究，本技术的突破，可大大提高FIB中的定位效率，特别是对重复单元较大区域或顶层金属布局无特征参时，可以使其定位效率提高2～4倍。

目前，国内专门做FIB的公司只有两家，而且这两家的主体设备采用的都是美国生产的F-200，其1000μm的移动定位误差可达几十个μm，如果重复单元的区域较大，会对定位造成很大影响，甚至不能实现精确定位。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种基于脉冲激光的集成电路FIB快速定位方法，该方法利用脉冲激光烧蚀物理特征点来缩小FIB移动误差所带来的影响，可以使移动误差降到1.7μm（光斑直径为1.7μm）左右，定位的效率大大提高，满足FIB各种应用中快速定位的需求。

本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：

一种基于脉冲激光的集成电路FIB快速定位方法，根据集成电路版图所提供的布局布线信息，调整显微镜分辨率，找到需要做FIB的区域，然后利用脉冲激光轰击所述需要做FIB的区域，做出烧蚀光斑标记，所述需要做FIB的区域为集成电路版图中的金属线表面或者空白区域表面。

在上述基于脉冲激光的集成电路FIB快速定位方法中，根据集成电路版图所提供的布局布线信息，调整显微镜分辨率，找到需要做FIB的区域的具体方法如下：

（1）、在集成电路版图开发软件中打开集成电路版图，找到集成电路版图中需要做FIB的区域及需要做FIB的区域四周300μm以内任一物理特征点A，在集成电路版图上确定从物理特征点A到需要做FIB区域之间的顶层物理金属线的个数N，及物理特征点A到需要做FIB区域之间的水平距离或垂直距离L；所述物理特征点A的选取原则为：位于可看得见的金属线上，并且沿着物理特征点A向需要做FIB的区域水平移动或垂直移动时，不能出现所述金属线被覆盖的情形；

（2）、利用5倍物镜的显微镜，在集成电路物理版图表面找到集成电路四个顶点以及需要做FIB的区域四周300μm内的物理特征点A，记录物理特征点A的三维坐标值，如果找不到物理特征点A，进入步骤（5）；

（3）、利用20倍物镜的显微镜，在集成电路物理版图表面继续找集成电路四个顶点以及需要做FIB的区域四周300μm内的物理特征点A，记录物理特征点A的三维坐标值，如果找不到物理特征点A，进入步骤（5）

（4）、利用100倍物镜的显微镜，在集成电路物理版图表面找到物理特征点A，同时记下物理特征点A的起始坐标，以起始坐标此为参考零点，向需要做FIB的区域进行水平或垂直移动，同时观测移动的距离L’和移动覆盖的顶层物理金属线的个数N’，并与步骤（1）中的移动的距离L和金属线的个数N进行比较，当移动的距离和金属线的个数均一致，即N=N’，L=L’，则与物理特征点A的水平或垂直距离为L的点周围区域即为集成电路需要做FIB的区域；

（5）、采用如下逐渐放大寻找范围找到一个特征物理点，具体方法如下：

（a）、在集成电路物理版图上需要做FIB的区域四周300μm以外寻找一个距离需要做FIB的区域最近的物理特征点B；

（b）、沿着物理特征点B所在的金属线向需要做FIB的区域每走5-10个金属线间隔，用脉冲激光打一个物理特征点C，并且记录下所述物理特征点C；

（c）、重复步骤（b），直到找到需要做FIB的区域四周300μm以内的点，所述点即为找到的物理特征点。

在上述基于脉冲激光的集成电路FIB快速定位方法中，物理特征点为物理版图上突然出现不规则变化的区域，所述不规则变化为线间距变化、线形状变化或特征模块出现，所述线间距变化、线形状变化为金属线突变窄或突变宽、金属线疏密程度不同；所述特征模块为PAD位或金属线头突出。

在上述基于脉冲激光的集成电路FIB快速定位方法中，与物理特征点A的水平或垂直距离为L的点周围10微米以内区域为集成电路需要做FIB的区域。

在上述基于脉冲激光的集成电路FIB快速定位方法中，利用脉冲激光轰击所述区域，做出烧蚀光斑标记所需要的能量为1064nm波长下能量不小于230nJ，满足能把金属线上的SiO₂绝缘层烧蚀掉，使金属线的金属层裸露。

在上述基于脉冲激光的集成电路FIB快速定位方法中，烧蚀标记点的方式是借助脉冲激光来实现。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

（1）、本发明首次提出利用脉冲激光寻找集成电路版图上的需要做FIB的区域，然后利用脉冲激光轰击所述区域，做出烧蚀光斑标记，为后续做FIB的区域进行准确定位提供参考点，从而减少集成电路设计过程中的投版次数，大大降低研发成本、缩短研发周期；

（2）、采用本发明基于脉冲激光的集成电路FIB快速定位方法，大大提高了定位效率和定位精度，为首个在FIB设备上验证的快速定位技术，为进一步开展FIB在各个领域内的应用提供了有力保障；没有采用此方法时，定位一个点大概需要2个小时左右，采用本发明方法后，定位时间可缩短到20分钟以内；特别是对重复单元较大区域或顶层金属布局无特征参时，可以使其定位效率提高2～4倍；

（3）、本发明采用逐步缩小扫描区域做标记点的方式，之前确定无法完成定位的电路经脉冲激光烧蚀做标记后，完全可以实现精确定位。

附图说明

图1为本发明快速定位方法中集成电路版图信息示意图；

图2A为本发明为集成电路物理表面纳米脉冲激光所烧蚀的斑点（物理特征点）图；

图2B为本发明脉冲激光烧蚀斑点在FIB的离子束成像。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

本发明利用脉冲激光结合电路版图布局信息的定位方法是根据集成电路版图所提供的布局布线信息，调整显微镜分辨率，找到需要做FIB的区域，然后利用一定能量的脉冲激光轰击该区域，露出金属层，做出一定形状的烧蚀光斑标记，需要做FIB的区域为集成电路版图中的金属线表面或者空白区域表面，空白区域为电路版图顶层中金属线间隔形成的区域。

基于脉冲激光烧蚀点的FIB（Focus Ion Beam）快速定位技术是在FIB中按照一定的方法，将粒子探测器的成像视场移动到烧蚀光斑所在的区域内，利用FIB高精度粒子探针进一步精确定位到需要做FIB的区域。

本发明选用纳米脉冲激光器系统产生脉冲激光，该系统由显微镜系统、三位定位系统、激光器主体组成。

本发明利用脉冲激光根据集成电路版图所提供的布局布线信息，调整显微镜分辨率，找到需要做FIB的区域。通过调整脉冲激光单粒子效应模拟装置的不同物镜，改变其不同的视场，同时记录不同视场下需要做FIB的区域的位置信息包括物理金属线的个数和距离，核对这两个参数来共同确保定位需要做FIB的区域的准确性。具体方法如下：

（1）、在集成电路版图开发软件中打开集成电路版图，找到该集成电路版图中需要做FIB的区域及需要做FIB的区域四周300μm（需要做FIB的区域中心点为起点的距离）以内任一物理特征点A，同时在集成电路版图上确定从物理特征点A到需要做FIB区域之间的顶层物理金属线的个数N，及物理特征点A到需要做FIB区域之间的水平距离或垂直距离L。

物理特征点A位于可看得见的金属线上，并且沿着物理特征点A向需要做FIB的区域水平或垂直移动时，不能出现该金属线被覆盖的情形。一般物理特征点为物理版图上突然出现不规则变化的区域，该不规则变化为线间距变化、线形状变化或特征模块出现，其中线间距变化、线形状变化为金属线突变窄或突变宽、金属线疏密程度不同，特征模块为PAD位、金属线头突出。本发明中水平或垂直移动指沿金属线水平移动或垂直移动，即以金属线为参考，相对金属线的水平或垂直移动。

物理特征点的位置信息包括矢量信息（一般是

放大倍数、距离、线条间隔数），如

（100X，1050μm，35）。利用脉冲激光烧蚀金属所形成的物理特征点一定要具有矢量性，也就是说最好做个方向箭头，以便准确定位需要做FIB的区域。

（4）、利用100倍物镜的显微镜，在集成电路物理版图表面找到物理特征点A，同时记下物理特征点A的起始坐标，以起始坐标此为参考零点，向需要做FIB的区域进行水平或垂直移动，同时观测移动的距离L’和移动覆盖的顶层物理金属线的个数N’，并与步骤（1）中的移动的距离L和金属线的个数N进行比较，当移动的距离和金属线的个数均一致，即N=N’，L=L’，则与物理特征点A的水平或垂直距离为L的点周围区域即为集成电路需要做FIB的区域。本发明选择与物理特征点A的水平或垂直距离为L的点周围10微米以内区域为集成电路需要做FIB的区域。

（5）、采用如下逐渐放大寻找范围找到一个特征物理点，然后利用脉冲激光烧蚀多个物理特征点的方法来引入物理特征点，具体方法如下：

如图1所示为本发明快速定位方法中集成电路版图信息示意图，其中A：物理特征点A，B：物理特征点B，C：烧蚀特征点C，FIB：FIB试验点，N：移动的金属线条数（黑色线条表示金属线），L：表示距离特征点的长度。P：空白区域（没有走金属线的区域），M：金属线（黑色线条表示金属线）。图1中给出了本发明实施例中的各移动的金属线条数N和距离特征点的长度L。

按照上述方法找到需要做FIB的区域后，利用脉冲激光轰击该区域，做出烧蚀光斑标记所需要的能量为1064nm波长下能量不小于230nJ，满足能把金属线上的SiO₂绝缘层烧蚀掉，使金属线的金属层裸露，以便在FIB中利用粒子探测器探测反射粒子成像时所用的钾离子能够轰击在金属表面，使物理特征点的成像高亮显示。

按照本发明方法做出烧蚀光斑标记后，可以在FIB中利用从大到小改变视场来寻找烧蚀光斑标记，然后逐渐缩小视场进行快速定位，方法如下：

（1）、首先进行大视场寻找集成电路物理版图最大视场下的物理特征点，然后移动FIB中的坐标标尺，依次找到全部的物理特征点，逐渐逼近需要做FIB的区域。

（2）、找物理特征点后，在物理特征点的所指的方向区域就是需要做FIB的区域。由于离子探针的精度可达几个纳米，一般为5～7个纳米，因此，可以很高精度的定位需要做FIB的区域。

本发明基于脉冲激光的集成电路FIB快速定位方法可以广泛应用于FIB的各种应用中，包括利用FIB切断、连接某一金属线，利用FIB增加某一线路电阻、电容，改变线路的特性，利用FIB剥离某一区域氧化层露出金属，利用FIB跨层连接某一金属线，利用FIB对某一较小区域进行截面分析等等。

如图2A所示为本发明为集成电路物理表面纳米脉冲激光所烧蚀的斑点（物理特征点）图，图中Y为激光烧蚀光斑-物理特征点；图2B所示为本发明脉冲激光烧蚀斑点在FIB的离子束成像，图中X为FIB中的激光光斑。

试验表明采用本发明方法能够大大提高定位精度和定位效率，本发明实施例中做了简要对比，具体如下：

有无脉冲激光烧蚀参考点	平均定位单个点位的时间	经济效益（单个定位点）
			无	～2个小时	3200元
有	～20分钟	540元

采用传统方法定位一个点大概需要2个小时左右，采用本发明方法后，定位时间可缩短到20分钟以内；此外还可以降低成本，显著提升经济效益。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims

1.一种基于脉冲激光的集成电路FIB快速定位方法，其特征在于：根据集成电路版图所提供的布局布线信息，调整显微镜分辨率，找到需要做FIB的区域，然后利用脉冲激光轰击所述需要做FIB的区域，做出烧蚀光斑标记，所述需要做FIB的区域为集成电路版图中的金属线表面或者空白区域表面。

2.根据权利要求1所述的一种基于脉冲激光的集成电路FIB快速定位方法，其特征在于：所述根据集成电路版图所提供的布局布线信息，调整显微镜分辨率，找到需要做FIB的区域的具体方法如下：

3.根据权利要求2所述的一种基于脉冲激光的集成电路FIB快速定位方法，其特征在于：所述物理特征点为物理版图上突然出现不规则变化的区域，所述不规则变化为线间距变化、线形状变化或特征模块出现，所述线间距变化、线形状变化为金属线突变窄或突变宽、金属线疏密程度不同；所述特征模块为PAD位或金属线头突出。

4.根据权利要求2所述的一种基于脉冲激光的集成电路FIB快速定位方法，其特征在于：所述与物理特征点A的水平或垂直距离为L的点周围10微米以内区域为集成电路需要做FIB的区域。

5.根据权利要求1或2所述的一种基于脉冲激光的集成电路FIB快速定位方法，其特征在于：所述利用脉冲激光轰击所述区域，做出烧蚀光斑标记所需要的能量为1064nm波长下能量不小于230nJ，满足能把金属线上的SiO₂绝缘层烧蚀掉，使金属线的金属层裸露。

6.根据权利要求1-5任一权利要求所述的一种基于脉冲激光的集成电路FIB快速定位方法，其特征在于：所述烧蚀标记点的方式是借助脉冲激光来实现。