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In
der Halbleitertechnologie ist es oftmals erforderlich, die Verschaltung
der auf Halbleiterchips integrierten elektronischen Schaltungen
nachträglich in
gewissem Umfang zu verändern.
Dabei kann es sich um Änderungen
handeln, die nur die zu Testzwecken vorgesehenen Schaltungskomponenten
betreffen. Das Design der Schaltung sollte daher möglichst flexibel
sein, um ohne grundlegende Änderung
der Bauelementstruktur die geforderten Varianten der Verdrahtung
herstellen zu können.
Es ist daher insbesondere wünschenswert,
die in den Metallisierungsebenen auf der Oberseite des Halbleiterchips vorgesehene
Verdrahtung derart veränderbar
auszugestalten, dass Schaltungsteile mit relativ geringen Abwandlungen
an unterschiedliche Funktionen der Schaltung angepasst werden können. Damit
ist es insbesondere möglich,
bei der Herstellung der Halbleiterchips unterschiedliche Testschaltungen
zu aktivieren oder alternative Schaltungsfunktionen zu realisieren.
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Der
flexible Schaltungsentwurf führt
jedoch dazu, dass diese Schaltungen, einschließlich der vorgesehenen Alternativen,
mehr Platz auf dem Halbleiterchip beanspruchen, als das bei einer
elektronischen Schaltung der Fall ist, die auf eine bestimmte Funktionsweise
beschränkt
ist. Je mehr Optionen offen gehalten sind, desto größer ist
in der Regel der für
die Schaltung erforderliche Flächenbedarf.
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Eine
Möglichkeit,
die elektrischen Verbindungen der Schaltungskomponenten aus dem
Halbleiterchip flexibel zu gestalten, besteht darin, von der Möglichkeit
Gebrauch zu machen, mittels so genannter Fuses und Anti-Fuses Leiterbahnen
zu unterbrechen bzw. Leiterbahnenden elektrisch leitend miteinander
zu verbinden. Im Fall von Leiterbahnen, die als Strukturen in Metallisierungsebenen
ausgebildet sind, können
Unterbrechungen einer Leiterbahn z. B. durch Anwendung eines Laserstrahls
hergestellt werden, mit dem ein Teil der metallischen Leiterbahn
entfernt wird. Der Laserstrahl kann jedoch nur relativ grobe Leiterbahnstrukturen
aufbrechen, sodass bei einer derartigen Fuse-Realisation ein relativ
großer Flächenbedarf
besteht.
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Die
Verdrahtung der Halbleiterbauelemente erfolgt in der Regel in einer
Mehrzahl von auf dem Halbleiterkörper
angeordneten Metallisierungsebenen, die jeweils strukturiert und
voneinander durch Zwischenmetalldielektrika getrennt sind. Eine
Variation der Verschaltung der integrierten Schaltungskomponenten
kann auch dadurch vorgesehen sein, dass diese Verdrahtung so aufgebaut
ist, dass durch Veränderung
der Struktur nur weniger Metallisierungsebenen, vorzugsweise nur
einer einzigen Metallisierungsebene, unter Einsatz einer entsprechend
abgewandelten Strukturierungsmaske die geforderten unterschiedlichen
Schaltungsfunktionen realisiert werden können. Das setzt jedoch voraus,
dass zumindest eine Maske für
die auf demselben Wafer prozessierten Halbleiterchips unterschiedlich
gestaltet ist oder dass die betreffenden Masken beim Wechsel der
prozessierten Wafer ausgetauscht werden. Eine nachträgliche Änderung
der Leiterbahnstruktur der Metallisierungsebenen ist in der Regel
nicht möglich, da
in oberen Metallisierungsebenen Leiterbahnen angeordnet sein können, die
keinesfalls entfernt oder auch nur beschädigt werden dürfen.
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Ausgehend
von gleichartigen Halbleiterchips unterschiedliche Leiterbahnstrukturen
der Schaltungsverdrahtung herzustellen, gelingt mit dem Halbleiterchip
mit Metallisierungsebenen gemäß Anspruch
1 bzw. mit dem Verfahren zur Ausbildung von Leiterbahnstrukturen
auf Halbleiterbauelementen mit den Merkmalen des Anspruchs 4. Ausgestaltungen ergeben
sich aus den abhängigen
Ansprüchen.
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Erfindungsgemäß wird eine
Leiterbahnstruktur in dem Halbleiterchip vorgesehen, die mittels
Einsatzes eines fokussierten Ionenstrahls (FIB, focused ion beam)
verändert
wird, indem Leiterbahnen miteinander verbunden werden und/oder mindestens eine
Leiterbahn unterbrochen wird. Die betroffene Leiterbahnstruktur
befindet sich vorzugsweise unmittelbar unterhalb einer obersten
Metallisierungsebene, die in erster Linie dafür vorgesehen ist, Anschlusskontaktflächen, z.
B. für
Bonddrähte
oder Flip-Chip-Montage, bereitzustellen. Die Angabe der Position
der Metallisierungsebene als oberster Metallisierungsebene geht
von einer Ausrichtung des Halbleiterchips mit dem Substrat oder
Halbleiterkörper
zuunterst aus. Die oberste Metallisierungsebene ist daher diejenige
Metallisierungsebene, die von dem Halbleiterkörper am weitesten entfernt
ist.
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Die
oberste Metallisierungsebene ist von einer Passivierungsschicht
bedeckt. In dieser Passivierungsschicht befinden sich Öffnungen,
in denen Metallflächen
der obersten Metallisierungsebene freigelegt sind. Diese metallischen
Oberflächen
dienen teilweise zum elektrischen Anschluss und in dem Bereich der
veränderbaren
Leiterbahnstruktur als Ätzstoppschicht,
um an dieser Stelle die Passivierungsschicht entfernen zu können, ohne
darunter befindliche Leiterbahnstrukturen zu beschädigen. Die
zu variierende Leiterbahnstruktur befindet sich zumindest unter
einem Teil der Metallflächen.
Die betreffenden Metallflächen
brauchen daher nicht für
den elektrischen Anschluss vorgesehen zu sein und können insbesondere
allseits elektrisch isoliert sein.
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Zur
Anwendung des fokussierten Ionenstrahls wird in der betreffenden
Metallfläche
eine Öffnung
hergestellt, sodass die darunter angeordnete Leiterbahnstruktur
mit dem fokussierten Ionenstrahl verändert werden kann. Mit dem
Ionenstrahl kann Material der Leiterbahn abgetragen werden, sodass eine
elektrisch leitende Verbindung unterbrochen wird; mit dem Ionenstrahl
kann aber auch ein Metall abgeschieden werden, mit dem zwei einander
gegenüberliegende
Enden der Leiterbahnstruktur elektrisch leitend miteinander verbunden
werden, sodass eine Verbindung geschlossen wird. Die Anwendung des
Ionenstrahls geschieht im Prinzip wie sonst üblich. Die Variation der Schaltung
kann daher unter Einsatz eines technischen Verfahrens vorgenommen werden,
das von anderen Anwendungen her bereits an sich bekannt ist.
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Ein
besonderer Vorteil dieser Struktur des Halbleiterchips und des zugehörigen Verfahrens
besteht darin, dass die obere Passivierungsschicht mit Ausnahme
der relativ kleinen Öffnungen über den Metallflächen erhalten
bleibt, sodass der Halbleiterchip nach der Behandlung mit dem fokussierten
Ionenstrahl in der herkömmlichen
Weise mit einem Gehäuse,
insbesondere einer abdeckenden Vergussmasse, versehen werden und
in einer Applikation eingesetzt werden kann. Da die zu verändernden
Leiterbahnstrukturen dicht unter einer jeweiligen in der obersten
Metallisierungsebene vorgesehenen Metallfläche angeordnet sind, kann der
fokussierte Ionenstrahl eingesetzt werden, ohne dass Signalleiterbahnen
beschädigt
werden.
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Typische
Abmessungen der Metallflächen sind
beispielsweise 10 μm × 10 μm. Daher
ist die Fläche
für einen
FIB-Einsatz ausreichend groß,
und die ebene Topologie des Halbleiterbauelementes in diesem Bereich
erleichtert den FIB-Einsatz ebenfalls. Ein fokussierter Ionenstrahl
kann auch angewendet werden, wenn Leiterbahnstrukturen verändert werden
sollen, unter denen sich weitere strukturierte Metallisierungsebenen
befinden. Die Metallflächen
der obersten Metallisierungsebene, unter denen die variierten Leiterbahnstrukturen
angeordnet sind, können auch
Teil der Spannungsversorgung sein, da diese großflächigen, breiten Zuleitungen
durch das Öffnen der
Metallflächen
in dem für
den Einsatz des Ionenstrahls vorgesehenen Bereich nicht wesentlich
beeinträchtigt
werden. Über
die oberste Metallisierungsebene können z. B. Versorgungsspannungen an
die Schaltung angelegt werden. Bei der Herstellung der Halbleiterbauelemente
werden geänderte Regeln
für die Überprüfung des
Designs (DRC, design rule check) angewendet, um festzustellen, ob eine
für einen
FIB-Eingriff vorgesehene Leiterbahnstruktur vorhanden ist und ob
diese Leiterbahnstruktur an der richtigen Stelle der Chipverdrahtung
angeordnet ist.
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Es
folgt eine genauere Beschreibung des Halbleiterchips und des Verfahrens
anhand der 1 bis 3.
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Die 1 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
des Halbleiterchips im Querschnitt.
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Die 2 zeigt
eine schräge
Schnittaufsicht auf einen Halbleiterchip mit der zu verändernden
Leiterbahnstruktur.
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Die 3 zeigt
die Struktur einer durch FIB veränderten
Leiterbahnstruktur.
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Die 1 zeigt
im Querschnitt ein Halbleiterbauelement, bei dem auf einem Substrat 10,
das aus einem Halbleiterkörper
gebildet ist, eine Mehrzahl von Metallisierungsebenen 1, 2, 7 mit
dazwischen vorhandenen Zwischenmetalldielektrika 8 angeordnet
ist. In dem Substrat sind die Komponenten einer elektronischen Schaltung
ausgebildet, von denen als Beispiel eine Transistorstruktur 9 angedeutet
ist. Die Oberseite ist mit einer Passivierungsschicht 3 bedeckt.
In der Passivierungsschicht 3 befinden sich Öffnungen 4,
in denen Metallflächen 5 der
obersten Metallisierungsebene 1 freigelegt sind. Diese
Metallflächen 5 dienen
teils dem elektrischen Anschluss, teils aber auch als Ätzstoppschicht
beim Herstellen der betreffenden Öffnungen 4 über den
Leiterbahnstrukturen 6, die durch den FIB-Eingriff verändert werden
sollen. Die zu verändernden
Leiterbahnstrukturen 6 sind in einer darunter vorhandenen Metallisierungsebene 2,
in dem Ausführungsbeispiel der 1 in
der zweitobersten Metallisierungsebene, vorgesehen. In diesem Beispiel
sind unter der mittleren in der 1 eingezeichneten Öffnung Komponenten
der Leiterbahnstruktur 6 mit einer dazwischen vorhandenen
Lücke eingezeichnet,
die durch einen FIB-Eingriff geschlossen werden kann. Unter der rechts
eingezeichneten Öffnung
befindet sich eine durchgehende Leiterbahn der Leiterbahnstruktur 6, die
z. B. an der mit dem kleinen Kreuz bezeichneten Stelle mittels FIB
aufgebrochen werden kann. Zwischen den strukturierten Metallisierungsebenen
befinden sich vertikale elektrische Verbindungen 18, mit denen
die Verdrahtung der elektronischen Schaltung bewirkt ist.
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Die
Leiterbahnstruktur 6 der in diesem Ausführungsbeispiel zweitobersten
Metallisierungsebene wird mittels fokussierten Ionenstrahls derart
verändert,
dass die Verdrahtung den je weiligen Erfordernissen des einzelnen
Halbleiterchips angepasst wird. Der beispielsweise gemäß der 1 strukturierte
Halbleiterchip kann daher auf einfache Weise schaltungstechnisch
variiert werden, ohne dass die oberseitig aufgebrachte Passivierungsschicht 3 entfernt
werden muss. Die hierfür
vorgesehenen zusätzlichen Öffnungen 4 entsprechen
in den Abmessungen in etwa den Öffnungen über den
Anschlusskontaktpads, die für
den externen elektrischen Anschluss ohnehin vorgesehen werden müssen. Die Metallflächen 5 über den
zu verändernden
Leiterbahnstrukturen 6 können an die Schaltung angeschlossen
sein, z. B. als Teil der Zuleitung der Versorgungsspannung; diese
Metallflächen 5 können aber auch
allseits elektrisch isoliert sein, sodass sie nur eine Schutzschicht
während
des Ätzprozesses
bilden, mit dem die Öffnungen 4 in
der Passivierungsschicht 3 hergestellt werden. Um die Leiterbahnstruktur 6 unter
der jeweiligen Metallfläche 5 verändern zu können, wird
die betreffende Metallfläche
selbst mit einer weiteren Öffnung
versehen, um so die darunter angeordnete Leiterbahnstruktur dem
fokussierten Ionenstrahl zugänglich
zu machen.
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Die 2 zeigt
einen Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Halbleiterchip in einem
erfindungswesentlichen Bereich. In diesem Ausschnitt ist in einer
schrägen
Schnittaufsicht eine Metallfläche 5 der
obersten Metallisierungsebene 1 mit einer Öffnung 4 in
der darüber
vorhandenen Passivierungsschicht 3 dargestellt. Die Leiterbahnstruktur 6,
die mittels fokussierten Ionenstrahls verändert werden soll, ist in einer
darunter vorhandenen, hier in der zweitobersten Metallisierungsebene 2 angeordnet und
in das Zwischenmetalldielektrikum 8 eingebettet. Die verdeckten
Konturen sind gestrichelt eingezeichnet. Weitere Metallisierungsebenen 7 umfassen
weitere Leiterbahnen, die in diesem Beispiel quer zu den Leiterbahnen
der Leiterbahnstruktur 6 verlaufen.
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Die
hintere in dem Ausschnitt der 2 dargestellte
Leiterbahn der Leiterbahnstruktur 6 wird z. B. in dem für eine Unterbrechung
vorgesehenen Bereich 11, der in der 2 mit einem
Kreuz markiert ist, aufgebrochen. Die vordere Leiterbahn der Leiterbahnstruktur 6 ist
unterbrochen und besitzt zwei einander gegenüberliegend angeordnete Leiterbahnenden 12,
die nach Bedarf mit dem fokussierten Ionenstrahl miteinander verbunden
werden können.
Die Darstellung der 2 ist nicht maßstabsgetreu;
die Struktur der Leiter ist nur zur Verdeutlichung des Prinzips
angegeben; und die Abmessungen entsprechen nicht notwendig den bevorzugten
Ausführungsformen.
Nach Bedarf können
mittels fokussierten Ionenstrahls statt der zweitobersten Metallisierungsebene
auch weiter darunter befindliche Leiterbahnstrukturen bearbeitet
werden. In dem Bereich der betreffenden Metallfläche 5 können z.
B. darunter angeordnete Metallisierungsebenen Aussparungen besitzen,
sodass mit dem fokussierten Ionenstrahl tiefer liegende Metallisierungsebenen
erreicht werden. Auf diese Weise ist es auch möglich, Leiterbahnstrukturen
in den unteren Metallisierungsebenen zu verändern. Bevorzugt ist jedoch
eine Ausgestaltung des Halbleiterchips gemäß den 1 und 2,
bei denen die mittels FIB-Eingriff variierte Leiterbahnstruktur 6 direkt
unterhalb der Metallfläche 5 angeordnet
ist.
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Wie
eine Veränderung
der besagten Leiterbahnstruktur 6 vorgenommen werden kann,
ist im Schema in der 3 dargestellt. Die 3 zeigt
eine Leiterbahnstruktur 6, die hier eine erste Anschlussleitung 13,
eine zweite Anschlussleitung 14 mit Ausrichtungsfortsätzen 15 sowie
Leiterstreifen 16 umfasst. Die Anschlussleitungen können z.
B. Leitungen für ho hen
und niedrigen Signalpegel oder die Anschlüsse der Versorgungsspannung
sein. Zwischen den Anschlussleitungen befinden sich die Leiterstreifen 16,
die in diesem Beispiel in gleichem Abstand parallel zueinander angeordnet
sind. Die Leiterstreifen 16 sind typisch z. B. etwa 300
nm breit; dazwischen kann ein Abstand von typisch z. B. etwa 500
nm vorgesehen sein. Zwischen den Leiterstreifen 16 und den
Anschlussleitungen befindet sich ein Abstand von typisch z. B. etwa
250 nm. Auf den Leiterstreifen befinden sich Kontaktbereiche 17,
an denen aus der Zeichenebene heraustretende vertikale elektrisch
leitende Verbindungen angeordnet sein können, mit denen die Leiterbahnen
der Leiterbahnstruktur 6 mit weiteren Metallisierungsebenen
des Halbleiterchips verbunden sind.
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Im
linken Bereich der 3 ist eine Verbindung 19 eingezeichnet.
An dieser Stelle wurde mittels fokussierten Ionenstrahls eine Verbindung
zwischen dem betreffenden Leiterstreifen und der zweiten Anschlussleitung 14 hergestellt.
Im oberen Bereich der 3 ist eine Verbindung 19 zwischen
einem weiteren Leiterstreifen und der ersten Anschlussleitung 13 eingezeichnet.
Derselbe Leiterstreifen 16 ist in der Mitte mit einer Unterbrechung 20 versehen.
Die elektrisch leitende Verbindung zwischen den beiden Kontaktbereichen 17 dieses
Leiterstreifens wurde daher unterbrochen, um so die Verdrahtung
der Schaltung zu verändern.
Die 3 zeigt selbstverständlich nur bestimmte Ausführungsbeispiele
der Ausgestaltung der Leiterbahnstruktur 6 und deren Modifizierung
mittels fokussierten Ionenstrahls.
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Die
in der 3 außerdem
dargestellten Ausrichtungsfortsätze 15 können dafür vorgesehen werden,
die Ausrichtung des Ionenstrahls nach dem Öffnen der die Leiterbahnstruktur 6 abdeckenden Metallfläche zu erleichtern.
Eine Positionsbestim mung ist erforderlich, um festzustellen, welcher
Teil der Leiterbahnstruktur 6 sich unter der zuvor hergestellten Öffnung der
Metallfläche
befindet. Das wird durch Markierungen, wie z. B. die eingezeichneten Ausrichtungsfortsätze 15,
erleichtert. Die Ausrichtungsfortsätze 15 können zudem
auch unterschiedliche Längen
besitzen, sodass die Position durch eine Messung dieser Länge bestimmt
werden kann und eine Positionierung des Ionenstrahls an den zu verändernden
Leiterstreifen 16 auf einfache Weise möglich ist. Nach der beschriebenen
Veränderung
der Leiterbahnstruktur wird der Halbleiterchip gehäust und
kann wie üblich
in der Applikation eingesetzt werden.
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- 1
- oberste
Metallisierungsebene
- 2
- darunter
vorhandene Metallisierungsebene
- 3
- Passivierungsschicht
- 4
- Öffnung
- 5
- Metallfläche
- 6
- Leiterbahnstruktur
- 7
- weitere
Metallisierungsebene
- 8
- Zwischenmetalldielektrikum
- 9
- Transistorstruktur
- 10
- Substrat
- 11
- Bereich
für Unterbrechung
- 12
- Leiterbahnende
- 13
- erste
Anschlussleitung
- 14
- zweite
Anschlussleitung
- 15
- Ausrichtungsfortsatz
- 16
- Leiterstreifen
- 17
- Kontaktbereich
- 18
- vertikale
elektrische Verbindung
- 19
- Verbindung
- 20
- Unterbrechung