以激光为基础的集成电路的修理或重新构型的方法和系统技术方案

本发明专利技术提供了一种用各自定向的激光脉冲（７４，９４）从多个靶位置（１５０）照射在一个或更多集成电路（ＩＣ）芯片上的抗蚀剂材料的方法和系统。在一个实施例中，一片ＩＣ（１２）包括一个或更多刻蚀靶（１０４，１０６）如导电接点（７２，９２），并覆盖有一层光敏抗蚀剂材料的刻蚀保护层（９０）。然后，定位数据指向光敏抗蚀剂材料上的多个位置（１５０），指引具有预定参数的每个激光输出脉冲（９４），其中预定参数的选择用来使光敏抗蚀剂材料曝光。因为光敏抗蚀剂的曝光所需能量小于接点吹除所需能量，所以可采用低能紫外激光（１２０），而且这些激光的较短的波长允许有更小的实用激光输出光斑尺寸（９８）。由于非烧蚀性加工不产生渣屑，可将一光学元件（１４８）放在刻蚀保护层（９０）的１０ｍｍ以内，以使激光输出脉冲聚焦成一个小于激光输出（１４０）的波长的两倍的光斑尺寸。从而，本实施例的一个优点是，允许微电路制造者减小电路元件（１４）之间的间隔距离。光敏抗蚀剂层（９０）被显影后，可接近的刻蚀靶（９２）能被刻蚀以修理或再构造ＩＣ器件。在另一实施例中，可采用稍高一点的紫外能量激光输出脉冲（７４），来烧蚀刻蚀保护抗蚀层（７０），所以，采用任何类型的刻蚀保护覆盖层，如非光敏性抗蚀剂材料，具有明显的制造和成本效益。在该工序后，对可接近的刻蚀靶（６０，６２）进行刻蚀。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及存储器和逻辑集成电路生产和修理的激光方法和系统，尤其是涉及根据每种集成电路独特的重新构型数据，在蚀刻保护顶层材料上创造独特的构型。
技术介绍
在半导体晶片上的集成电路(Integrated Circuit-IC)器件制造，典型的是采用光致抗蚀剂的敷设和构型，为随后的诸如的搀杂或清除工序而鉴别IC器件。在此仅仅示例性地列举了诸如DRAM、SRAM和含有导电线路的嵌入式存储器等逻辑产品和存储器件的加工和制造。光致抗蚀剂材料可抗蚀刻，从而可以使IC器件上被其覆盖的区域受到保护，至少不受下一道加工工序的影响。光刻法是一种典型的晶片构形工艺，它采用对一定波长的光敏感的光致抗蚀材料，传统上这类光的波长相当于水银灯的光线的辐射波长，例如G(436nm)、H(408nm)或I(365nm)，或者是受激准分子激光的辐射波长，例如ArF(193nm)和KrF(248nm)。常规的光致抗蚀材料通常由正性光致抗蚀剂和负性光致抗蚀剂组成，正性光致抗蚀剂暴露在光下时变为可溶的，而负性光致抗蚀剂暴露在光下时变为聚合的(不溶解的)。在光刻法中，一个所需的构型先在昂贵的分刻版或光掩模中形成，然后再转移到晶片的抗蚀层中去。采用灯源以及更近期的一定类型的激光系统，可同时使在晶片上的每个IC器件的抗蚀层暴露在光掩模的负像中。因此，光刻法特别适合IC器件上的可重复的特征的大批量生产。1994年由John Wiley &Sons公司的P.Rai-Choudbury主编的微刻蚀法、微机加工、以及微制造手册的第一卷微刻蚀法，以及SorabK.Ghandi的SPIE卷PM39和超大规模集成(VLSI)制造原理硅和砷化镓中，对光刻法和其它的超大规模集成存储器制造工艺作了详细描述。IC存储器制造工艺的产品受多种因素的影响。某些缺陷是由于次面层或构型的同轴性变化而造成的，而其他缺陷是由于硅基片中的粒子杂质和缺陷造成的。附图说明图1、2A和2B显示了IC器件12(参见图6)的重复性电路10，普遍制造的IC器件12包括多个重复性电路元件14的重复迭代，例如存储单元20的备份列16和行18的重复迭代。参见图2A和2B，电路10也可设计成包括特定的电路接点22，例如，这种电路接点22可被除去，以断开与有缺陷的存储单元20的连接，并取代替代的重复单元24。接点22被设计为常规的接点宽度25(约2.5μm)、接点长度26、以及与相邻的电路结构或元件30(例如连接结构38)约8μm的元件至元件的间距(中心至中心的间隔)28。电路10、电路元件14或单元20要作缺陷测试，缺陷的位置可映入数据库或程序。由于从晶片32(图6)至晶片32以及IC器件12到IC器件12的缺陷各不相同，所以，采用固定构形光掩膜的常规光刻工艺不能完成修理工序。不过，一些激光可以精确地投射具有激光点36的激光脉冲34，这种激光点大到足以包围住并“吹除”接点22，但一般又小到足以避免伤及相邻的电路元件30。在材料研究杂志1986年3-4月第2期、第1卷、第368-381页的L.M.Scarfone和J.D.Chlipala的“硅存储器的可编程冗余技术中的靶接点爆炸的计算机模拟”以及电子设备的IEEE学报1989年6月第6期、第36卷、第1056-1061页的J.D.Chipala，L.M.Scarfone和Chih-Yuan Lu的“用于超大规模集成电路存储器修理的激光可编程冗余技术中的聚硅化物接点的计算机模拟爆炸”中，对早期的以激光为基础的接点吹除法的物理和计算机模型作了描述。激光接点吹除法现已得到很好的改进，是一种可供选择的断开接点的方法。最普遍的接点材料是多晶硅和类似的组成物，它们对常规的1.047μm或1.064μm的激光波长有很好的响应。图2C显示了用现有技术的能量分布的常规激光脉冲34将钝化层40和接点22去除后的图2A中的常规接点结构38。然而，技术趋向于开发更复杂、更高密度的电路10或具有更多层的和更小的接点结构38以及更小的存储单元尺寸的存储器。随着多晶硅接点22变得更小、埋得更深，在常规的激光输出以及1.047μm或1.064μm辐射的光斑尺寸限度内，更难以将它们去除。常常需要用既昂贵又费时的工序，来精细地蚀刻除去钝化层40或其他表面层，以使接点22可容易地被随后的激光切割。对较高密度的电路10或嵌入式存储器来说，另一个阻碍是常规的多晶硅之类的接点材料，包括多硅化物和双硅化物，其电阻随尺寸缩小而增大，从而限制存储单元20的操作速度。为解决由多晶硅之类的接点22引起的电阻升高而导致的信号传播延迟问题，存储器制造商已采用各种导电性更好的金属接点结构材料，如铝、钛、镍、铜、钨、铂、金属合金、金属氮化物或其它类似金属材料。采用金属接点22作冗余修理的另一个动力是，这些金属接点22常常处在更靠近存储器器件的多层结构的顶部，从而接点22较容易被激光束触及，而不必蚀刻除去多覆盖层中的窗口。但是，这些材料中的多数更难以用常规接点加工激光系统的1.047μm或1.064μm波长来加工，因为这些材料有比多晶硅更高的光学反射率或更高的熔点或气化点。通常，用激光切断这些金属会产生渣和屑，它们围绕着切断口，导致在被切断的接点22两端的较低的开路电阻，并可能使电路损坏。为加工金属接点材料并消除潜在的碎屑，需要更高能量的激光输出。但提高激光输出的能量水平对硅、砷化镓和其它半导体基片44、其它层42、以及相邻的电路结构30都会有有害影响。在美国专利5,265,114中，Sun等人采用如1.3μm的波长来利用靶(如金属接点)与基片44(如硅)之间的吸收反差。在其它优点之中，该方法允许使用较高能量的激光脉冲来切断接点22，而不影响硅基片44，从而形成一个比常规的1.047μm和1.064μm激光波长所允许的更大的激光能量加工窗口。由这种方法加工的在接点22两端的开路电阻，要比用常规光束切断的接点22两端的电阻大得多。随着接点22和间距28变得更小，光斑尺寸限度变得更为关键。光学元件的选择和它们距基片44的距离，都影响了接点吹除激光脉冲34的实际光斑尺寸范围。例如，光学元件一般要保持在连接结构38上方至少10mm处，以避免碰及可能由接点吹除产生的渣或其它屑。常规的接点吹除激光输出脉冲的光斑尺寸范围可方便地估计为波长的两倍(2λ)。所以，对于1.32、1.06和1.04μm的辐射材料，用于材料清除的实际光斑尺寸范围大致分别是2.64μm、2.12μm和2.08μm。技术人员将意识到，较短的波长，如0.532μm、0.355μm或0.266μm可被用来减小材料清除时的最小聚焦激光束光斑尺寸。然而，技术人员也懂得，硅基片44将大大地吸收比约1μm短的波长，以致于这些波长将不可避免地损伤基片44，尤其是在接点吹除所需的高能量时。目前工业上使用的修理64兆DRAM的最小聚焦激光光点36的直径46约为2.0μm。这一光斑尺寸预计对于256兆至约1千兆的DRAM设计都是有用的。图3是光斑尺寸与年度的关系曲线图，表明了随接点间距28和接点宽度25的减小，工业上需要更小的光斑尺寸。该图是基于一个估算光斑尺寸需求的简单公式光斑尺寸＝2(最小接点间距)－(系统精度)－0.5(接点宽度)。该图假定1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种选择性去除嵌入在半导体器件中的靶材料的方法，该靶材料安置在基片上的不同位置，并覆盖有至少一层刻蚀保护层，包括： 向射束定位器提供代表嵌入在半导体器件中的靶材料的位置的射束定位数据； 根据射束定位数据，指引波长小于５００ｎｍ的激光输出冲击某一位置的刻蚀保护层，该位置与靶材料的一个位置在空间深度方向上是对准的，该激光输出具有的空间尺寸定义了将被去除的刻蚀保护层的区域； 引起激光输出指向的刻蚀保护区域的去除； 进行刻蚀加工，以去除与被去除的刻蚀保护层的区域在空间深度方向上对准的位置处的靶材料。

【技术特征摘要】
US 1997-7-22 08/898,555;US 1997-1-6 60/034,2321.一种选择性去除嵌入在半导体器件中的靶材料的方法，该靶材料安置在基片上的不同位置，并覆盖有至少一层刻蚀保护层，包括向射束定位器提供代表嵌入在半导体器件中的靶材料的位置的射束定位数据；根据射束定位数据，指引波长小于500nm的激光输出冲击某一位置的刻蚀保护层，该位置与靶材料的一个位置在空间深度方向上是对准的，该激光输出具有的空间尺寸定义了将被去除的刻蚀保护层的区域；引起激光输出指向的刻蚀保护区域的去除；进行刻蚀加工，以去除与被去除的刻蚀保护层的区域在空间深度方向上对准的位置处的靶材料。2.根据权利要求1的方法，进一步包括以大于300Hz的重复率产生多个激光输出；和用至少一个独立的、不指向另一位置的激光输出冲击多个位置中的每一个。3.根据权利要求2的方法，其中多个激光输出是由同一个激光器产生的，每个位置是在单独的时间被冲击的。4.根据权利要求1的方法，其中刻蚀保护层包括正性光致抗蚀剂材料，所产生的激光输出具有足够的能量来激活处在与该位置在空间上对准的位置上的光致抗蚀材料的区域。5.根据权利要求4的方法，其中所产生的激光输出的波长足以接近水银G、H或I线光致抗蚀剂的峰值波长灵敏度，以激活该光致抗蚀剂。6.根据权利要求4的方法，其中引起该区域的去除，进一步包括将该刻蚀保护层显影，以去除被激光输出冲击了的刻蚀保护层部分。7.根据权利要求1的方法，其中激光输出具有的能量密度足以烧蚀与该位置空间对准的刻蚀保护层区域，而且不足以烧蚀靶材料。8.根据权利要求1的方法，其中刻蚀保护层包括不带光敏剂的抗蚀剂材料。9.根据权利要求7的方法，其中区域的直径小于1μm。10.根据权利要求1的方法，进一步包括产生355nm、266nm或212nm波长的激光输出。11.根据权利要求1的方法，其中靶材料位于相邻的电路结构的2μm以内。1...

【专利技术属性】
技术研发人员：爱德华J斯文森，孙云龙，理查德S哈里斯，
申请(专利权)人：电子科学工业公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]