DE19829674A1 - Lithografisches Verfahren zur Individualisierung einzelner Chips im Scheibenprozeß - Google Patents

Abstract

Ein Verfahren dient zur Individualisierung einzelner Chips im technologischen Fertigungsprozeß. Das Verfahren soll dahingehend weitergebildet werden, daß eine Beschädigung oder Veränderung der Individualisierung mit hoher Sicherheit ausgeschlossen wird. Es wird vorgeschlagen, daß die fixen Strukturelemente einer technologischen Ebene mit einem Lithografieverfahren unter Anwendung von Masken und die individuellen Strukturelemente dieser technologischen Ebene mit einem direktschreibenden Lithografieverfahren hergestellt werden.

Description

Für verschiedene Anwendungen besteht die Forderung, mikroelektronische Schaltungen mit einer individuellen Codierung zu versehen, um sie eindeutig identifizieren zu können. Bei allen bisher dafür angewandten Verfahren werden die mikroelektronischen Schaltungen nach ihrer Fertigstellung hard- oder softwaremäßig individuell codiert. Der Nachteil solcher Verfahren besteht darin, daß die Individualisierung von außen erfolgt und damit nicht absolut sichergestellt werden kann, daß durch einen späteren Zugriff die Individualisierung von außen wieder entschlüsselt, beschädigt oder verändert wird.

Eine sichere, von der Außenwelt nicht veränderbare Individualisierung ist nur möglich, wenn die Codierung bereits im Fertigungsprozeß während der Strukturierung einer oder mehrerer Prozeßebenen erfolgen. Das allerdings bedeutet, daß jedes Chip in einer entsprechenden Prozeßebene individuelle Strukturelemente enthalten muß, was fertigungstechnisch bisher als schwierig angesehen wurde und daran scheiterte, daß ein zu großer Aufwand erforderlich war. Für Verfahren mit Masken müßten 1 : 1 Projektionsverfahren eingesetzt werden, wo bereits in der Maske jedes Chip individuelle Strukturen enthielte und demzufolge für jeden Wafer eine neue Maske erforderlich wäre. Neben einem hohen Maskenaufwand wären das Auflösungsvermögen und damit die minimale Strukturabmessung durch das 1 : 1 Projektionsverfahren begrenzt. Waferstepper können nicht eingesetzt werden, weil mit einem Reticle alle Chips belichtet werden. Der Einsatz von direktschreibenden Lithografieverfahren als alternativer maskenloser Weg ist zwar grundsätzlich sehr geeignet für das Schreiben individueller Strukturen, scheitert jedoch am zu geringen Durchsatz und damit an zu hohen Kosten. Schreibzeiten von einer Stunde oder mehr pro Lithografieebene und Wafer sind Stand der Technik. Durch hohe Betriebskosten bei geringem Durchsatz kamen deshalb Direktschreibverfahren für eine effektive Volumenproduktion nicht in Betracht.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch Kombination eines Lithografieverfahrens, das mit 1 : 1 Masken oder X : 1 Reticles arbeitet, mit einem direktschreibenden Lithografieverfahren gelöst. Die technologische bzw. technologischen Ebenen, in denen jedes Chip individuelle Strukturen enthält, werden dafür in zwei Datensätze aufgespalten. Ein Datensatz enthält alle von Chip zu Chip sich wiederholenden fixen Strukturen und der zweite Datensatz die von Chip zu Chip variablen Strukturen. Damit können alle fixen Wiederholstrukturen mit einem für die jeweilige Schaltung optimalen Lithografieverfahren unter Verwendung von Masken strukturiert werden. Die individuellen Strukturen, die im allgemeinen nur aus einer verhältnismäßig geringen Anzahl von Strukturelementen bestehen, werden zusätzlich mit einem Direktschreibverfahren strukturiert. Um diesen zusätzlichen Lithografieschritt zur Chip-Individualisierung so effektiv wie möglich durchzuführen, müssen der Schaltungs­ entwurf und das Direktschreibverfahren gut aufeinander abgestimmt werden. Da der Durchsatz beim Direktschreiben entscheidend von der Größe der zu schreibenden Fläche abhängig ist, kann die Schreibzeit wesentlich verkürzt werden, wenn die individuellen Strukturen nur in bestimmte Flächenbereiche gelegt werden, so daß mit dem Schreibverfahren nur ein Bruchteil der Gesamtfläche beschrieben werden muß. Jeder Direktschreiber, ob Elektronen- oder Laserstrahlschreiber, hat außerdem eine spezielle Schreibstrategie und Schreibsequenz, so daß bei Anpassung der Lage dieser mit individuellen Strukturen belegten Flächenbereiche an den speziellen Schreibablauf des Direktschreibers sich ein zusätzlicher Effektivitätsgewinn ergibt. Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit, die Programmierbarkeit des Schreibablaufes eines Direktschreibers in gewissen Grenzen den Anforderungen des Schaltungsentwurfes anzupassen. Voraussetzung ist allerdings, daß der Direktschreiber eine hohe Flexibilität im Programmablauf besitzt und sich so programmieren läßt, daß nur die erforderlichen Flächenbereiche bearbeitet werden. Je besser Schaltungsentwurf und die Möglichkeiten der Programmierung des Belichtungsablaufes aufeinander abgestimmt werden, desto mehr läßt sich der Schreibaufwand und damit der Kostenaufwand für die Chipindividualisierung reduzieren.

Technologisch ist es zwar denkbar, eine Ebene mit individuellen Strukturen in zwei kompletten Strukturierungsprozessen - bestehend aus Beschichtung, Belichtung und Entwicklung der Lackmaske, Übertragung der Lackstruktur beispielsweise durch Ätzung und anschließender Entfernung der Lackmaske - sowohl für die Wiederholstrukturen und als auch für die individuellen Strukturen zu bearbeiten. Bei Verwendung von Positivlack ist es jedoch wesentlich zweckmäßiger, beide Belichtungsschritte nacheinander mit derselben Lackschicht durchzuführen und somit die Wiederholstrukturen und die individuellen Strukturen bereits in einer gemeinsamen Lackmaske zu integrieren. Das setzt selbstverständlich voraus, daß der Lack für beide Belichtungsverfahren empfindlich ist. Hier besitzt das Laser-Direktschreiben in Kombination mit optischen Masken-Lithografieverfahren große Vorteile. Auch anlagentechnisch ist der Laserschreiber sehr zweckmäßig, weil für die Individualisierung mit sehr einfachen und damit kostengünstigen Gerätevarianten gearbeitet werden kann.

Für die Datenaufbereitung der individuellen Strukturen können in Abhängigkeit vom Belichtungsmodus zwei Wege beschritten werden. Entweder wird für jedes Einzelchip ein entsprechender individueller Datensatz generiert und die einzelnen Datensätze werden Chip für Chip entsprechend einer vorgegebenen Array-Anordnung auf dem Wafer belichtet oder das Array aller Chips auf dem Wafer wird als ein Feld betrachtet, für das die individuellen Strukturen der einzelnen Chips entsprechend plaziert zu einem Datensatz zusammengefaßt werden.

Die individuelle Strukturierung kann bei designmäßiger Berücksichtigung der erreichbaren gerätetechnischen und technologischen Overlaygenauigkeit mit einer einzigen Globaljustierung zur vorangegangenen Belichtung der fixen Wiederholstrukturen erfolgen. Je nach erreichbarer Overlaygenauigkeit muß mit entsprechenden Strukturbreiten und/oder -abständen sowie ausreichender Überlappung von fixen und individuellen Strukturen gearbeitet werden.

In den folgenden Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Bild 1 eine schematische Darstellung der streifenweisen Belichtung bei Verwendung eines Laserschreibers,

Bild 2 ein Beispiel fixer und individueller Strukturen für vier benachbarte Chips mit Anordnung der individuellen Strukturen in jeweils einem Schreibstreifen,

Bild 3 durchgehende Belichtungsstreifen bei spaltenweise Individualisierung eines Chiparrays.

Bei Verwendung eines Laserschreibers erfolgt die Belichtung streifenweise, wobei die Streifenbreite durch die Scanweite eines akustooptischen Modulators bestimmt wird. Für die Belichtung der gesamten Fläche eines Chips müssen entsprechend viele Streifen pro Chip 21, 22 nacheinander geschrieben werden. Wie in Bild 1A schematisch dargestellt ist, werden für einen Chip einschließlich Ritzrahmen beispielsweise 16 Streifen benötigt. Werden dagegen vom Schaltungsentwurf her alle individuellen Strukturen eines Chips in einen Streifen gelegt, dann kann der Laserschreiber so programmiert werden, daß alle nicht erforderlichen Streifen übersprungen werden und nur jeweils ein Streifen pro Chip 21, 22 geschrieben wird. In Bild 1B ist ein Fall dargestellt, wo die individuellen Strukturen im Streifen 4 liegen. Entsprechend verkürzt sich auch die Schreibzeit.

Für die Codierung eines Chips ist es beispielsweise denkbar, daß fixe Strukturen, die bei der Belichtung der Wiederholstrukturen generiert werden, durch einfache Strukturelemente individuell verbunden werden, die während der individuellen Belichtung geschrieben werden. Bild 2 zeigt schematisch eine entsprechende Anordnung von fixen und individuellen Strukturen am Beispiel von vier benachbarten Chips 21 bis 24. Derartige Strukturgruppen lassen sich bequem in einem Schreibstreifen 4 unterbringen. Je schmaler die Abmessungen der Verbindungselemente entworfen werden können, desto schmaler kann auch die Streifenbreite beim Direktschreiben gewählt werden, wodurch sich die Schreibzeit weiter reduzieren läßt.

Im Bild 3 ist der Fall dargestellt, daß alle individuellen Strukturen von Chips 21, die in einer Spalte eines Arrays liegen, in einem durchgehenden Schreibstreifen 2, 3 über den gesamten Wafer 25 geschrieben werden. Kann mit einer globalen Overlayjustierung gearbeitet werden, lassen sich so spaltenweise alle Chips auf einem Wafer sehr effektiv individualisieren.

Claims (4)

1. Verfahren zur Individualisierung einzelner Chips im technologischen Fertigungsprozeß, dadurch gekennzeichnet, daß die fixen Strukturelemente einer technologischen Ebene mit einem Lithografieverfahren unter Anwendung von Masken und die individuellen Strukturelemente dieser technologischen Ebene mit einem direktschreibenden Lithografieverfahren hergestellt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die individuellen Strukturelemente im Schaltungsentwurf so plaziert werden, daß nur ein relativ kleiner, dem Schreibablauf des Direktschreibers angepaßter Flächenanteil individuell beschrieben werden muß.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lithografische Strukturierung der fixen und der individuellen Strukturen bei Verwendung von Positivlack nacheinander in derselben Lackschicht erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Overlayjustierung nur eine globale Justierung an zwei Justiermarken auf der Siliziumscheibe erfolgt.