專利名稱：混合熔絲技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及熔絲，更具體地涉及在同一集成電路芯片、模塊或晶片上結(jié)合激光激發(fā)熔絲和電激發(fā)熔絲以提高半導(dǎo)體封裝的生產(chǎn)率。
眾所周知，多年來在多種產(chǎn)品上一直優(yōu)選采用不同的熔絲技術(shù)，如電激發(fā)熔絲或激光激發(fā)熔絲。過去已嘗試在同一電路中互連不同類型的熔絲，以共享不同種類的熔絲技術(shù)的優(yōu)點。例如，在授予Bert的美國專利第5,748,031號，在同一電路中以串聯(lián)方式互連激光熔絲和電熔絲，由此可以通過用激光熔斷一個熔絲或流過電流使與其串聯(lián)的熔絲熔斷而實現(xiàn)熔斷。再例如，在都被轉(zhuǎn)讓給Schepis等的美國專利第5,485,032號和第5,314,840號中，描述了一種可設(shè)計成既可用激光也可用電流熔斷的熔絲，與未設(shè)計的熔絲不同，它的電阻值可以變化，這種變化是通過用鉛和鍺合金化而引入的。再例如，在都被轉(zhuǎn)讓給Carruthers等的美國專利第5,340,775號和第5,285,099號中，描述了一種可光學(xué)激光也可電激發(fā)的具有雙重目的SiCr熔絲。再例如，在1994年授權(quán)的日本專利6-325889中，描述了一種包含激光熔絲和電熔絲的電路，其中激光熔絲用于控制，而電熔絲用于減小總電路面積。在此也是把激光熔絲和電熔絲電氣地結(jié)合在一起，使得它可互相控制對方。
在同一電路上把激光激發(fā)熔絲和電激發(fā)熔絲結(jié)合起來，具有這樣的顯著缺點，即，在每一個電路上都具有相同數(shù)目的激光熔絲和電熔絲，對芯片上“不動產(chǎn)”(芯片面積)的消耗十分巨大。另一方面，如果只有一部分激光熔絲與電熔絲結(jié)合，由于為了使電熔絲在以后的模塊級上都有用，只有在晶片級上未連接的那些激光熔絲才可以使用，所以就會大大降低激發(fā)冗余(redundancies)的靈活性。
眾所周知，激光激發(fā)熔絲比電熔絲可靠得多。但也有許多缺點，如在前述美國專利第5,748,031號中詳細描述的，使得它不象電熔絲那樣受歡迎。例如，激光熔絲具有需要光接觸才能熔斷的致命缺點。更具體而言，激光熔絲必需置于芯片上，并使其連接絲通過窗口暴露以允許光束在任何需要的時候熔斷熔絲。但是，一旦芯片裝進模塊或進入其它第二級的封裝，就不能再進入窗口，從而不能再隨意地設(shè)計熔絲。因此，激光激發(fā)熔絲只對芯片有用，具體而言，是對封裝前的集成電路(IC)器件，而不是對裝在模塊上的芯片有用。
電熔絲的優(yōu)點在于無論熔絲裝在哪兒，是露出窗口的芯片、模塊之類，還是設(shè)置在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)之中，都可以容易地設(shè)計。電熔絲通過焊盤與熔絲擊斷(zapping)工具界面結(jié)合。這些焊盤可置于封殼的外部，這樣無論IC芯片是否安裝在下一級的封裝上都可增加熔斷的靈活性。但是，它們具有占據(jù)芯片大量面積的缺點，尤其在高密度集成電路芯片中，這是一個很嚴重的缺點。
因此，本發(fā)明的目的在于在同一集成電路器件中結(jié)合激光激發(fā)熔絲和電激發(fā)熔絲，以提高整個生產(chǎn)率。
本發(fā)明的另一目的在于使激光激發(fā)熔絲和電激發(fā)熔絲互相電氣隔離，從而可彼此獨立對每種熔絲進行設(shè)計。
本發(fā)明的再一目的在于在芯片上有成比例的激光熔絲和電熔絲，從而使得可通過激光熔絲用對應(yīng)的冗余子陣列、單元之類代替陣列來消除制造缺陷，而電熔絲用來消除在對模塊最終測試或安裝測試，或其它類似第二級封裝中檢測到的缺陷。
簡言之，本發(fā)明在半導(dǎo)體晶片或模塊上提供不同類型的熔絲，每種熔絲分別用于特定的目的，其中激發(fā)一種熔絲不導(dǎo)致另一種熔絲失效。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種半導(dǎo)體集成電路晶片或模塊上的熔絲排列，其包括至少一個第一類型的熔絲和至少一個第二類型的熔絲，第一類型的熔絲和第二類型的熔絲彼此之間不連接。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種半導(dǎo)體集成電路晶片或模塊上的熔絲排列，其包括多個用來修復(fù)第一類型缺陷的第一類型的熔絲和多個用來修復(fù)第二類型缺陷的第二類型的熔絲，第一類型的熔絲和第二類型的熔絲彼此之間不連接。
本發(fā)明的各種目的還可通過一種在半導(dǎo)體集成電路晶片或模塊上設(shè)置不同類型的熔絲的方法，來實現(xiàn)，該方法包括下列步驟提供用于修復(fù)第一類型缺陷的第一類型的熔絲；以及提供用于修復(fù)第二類型缺陷的第二類型的熔絲，且第一類型的熔絲和第二類型的熔絲彼此之間不連接。
通過下面的結(jié)合附圖對優(yōu)選實施例的詳細描述，本發(fā)明的上述和其它目的、方面和優(yōu)點將更加易于理解。


圖1是采用激光熔絲和電熔絲的常規(guī)晶片測試和修復(fù)工藝流程方塊圖；圖2是具有8個32Kb子陣列以及被混合熔絲技術(shù)激發(fā)的相關(guān)冗余陣列的常規(guī)256 Mb DRAM芯片的方塊圖；圖3a-3b、4a-4b和5描述了根據(jù)本發(fā)明的需要制造各個混合技術(shù)熔絲，即電熔絲和激光熔絲的不同工藝步驟。
本發(fā)明描述了一種這樣的結(jié)構(gòu)，其中在同一芯片上采用了用于不同目的的兩種不同的相互排斥的熔絲技術(shù)。這種結(jié)合可以是諸如激光熔絲和電熔絲、激光熔絲和反熔絲(anti-fuse)、或電熔絲和反熔絲等的在半導(dǎo)體工業(yè)中采用的標(biāo)準熔絲技術(shù)的任一組合。此處描述的優(yōu)選實施例采用標(biāo)準的可設(shè)計的激光熔絲和可設(shè)計的電熔絲。這種結(jié)合可用于提高整個生產(chǎn)率的特定任務(wù)。雖然這些熔絲技術(shù)中的每一種，原則上講，都足以完成所有所需的熔斷，但是如現(xiàn)在在大多DRAM工業(yè)中實用的那樣，在芯片級上采用激光熔絲具有顯著的優(yōu)點，雖然一旦芯片在下一級封裝中被安裝，激光熔絲不能對產(chǎn)生的缺陷進行任何修復(fù)。在這種情況下，有缺陷的芯片通常被扔掉了。另一方面，采用滿足各種熔斷需求的電熔絲導(dǎo)致占用了大大多于必需的芯片面積，原因在于需要采用足以熔斷熔絲的大電流的晶體管。但是，可以采用這兩種技術(shù)的合理混合，由此，激光熔絲象現(xiàn)在實用中那樣，用來修復(fù)制造工藝造成的缺陷的大部分，而將選出的很少幾個電熔絲用于解決在封裝和施加應(yīng)力后可能出現(xiàn)的剩余的缺陷。
將不同類型的熔絲并排放置，以實現(xiàn)其在激發(fā)IC器件如DRAM中的冗余單元時的最佳用途。例如，一個256 Mb DRAM可能需要8000個激光熔絲和100個電熔絲。由于電熔絲的數(shù)目很小，不占用大多的芯片面積，而且同時，它們可用來修復(fù)在安裝試驗中向模塊上安裝芯片和對封裝施加應(yīng)力所產(chǎn)生的應(yīng)力。
典型的工藝流程圖如圖1所示。此時，激光熔絲被用在晶片階段。在完成所有修復(fù)后，將晶片切片以得到多個單個芯片，然后封裝(即裝在模塊上)、施加應(yīng)力和測試。在這一階段，任何新發(fā)現(xiàn)的缺陷都不能被激光熔絲消除，因為封裝化合物已經(jīng)完全覆蓋了芯片。但是，通過與合適的封裝引線接觸，現(xiàn)在可用電熔絲激發(fā)任何附加的冗余。
典型的布置圖如圖2所示，這里，示出了原始陣列、冗余陣列和熔絲元件。理想地，激光熔絲和電熔絲都可用來激發(fā)冗余元件。圖2示出一個256 Mb DRAM芯片100，8個32 Mb子陣列200和與每個子陣列200相連的冗余陣列210。子陣列之下是熔絲盒，包括激光熔絲220和電熔絲230。在本實施例中，熔絲盒包括每盒分別設(shè)置1000個的8000個激光熔絲220，和每盒分別設(shè)置10個的電熔絲230。
考慮到最好以理想混合比混合不同類型的熔絲技術(shù)，可對上述例子進一步歸納，其中最利于被第一類型熔絲修復(fù)的第一類缺陷的個數(shù)，與被另一類熔絲修復(fù)的第二類缺陷的個數(shù)成最佳的比例。例如，在1Gb的DRAM中，200,000個激光熔絲可修復(fù)任何需要用冗余陣列代替子陣列的缺陷。一旦已經(jīng)對激光熔絲進行了設(shè)計，發(fā)現(xiàn)DRAM芯片無缺陷，就對芯片測試和安裝，以去除通常影響芯片在其壽命早期階段的可靠性的早期缺陷。為此，需要將附加的100個電熔絲結(jié)合到包含DRAM芯片的封裝上，以修復(fù)任何因安裝時的掉落和碰撞造成的缺陷，通常不會多于5～10個缺陷。
制造方法下面描述具有兩種不同熔絲技術(shù)的半導(dǎo)體芯片的制造方法。
圖3a是示出在第一金屬化級上制造的電熔絲的半導(dǎo)體芯片的剖面圖。認為襯底500上布滿了各種典型的電路和器件。電熔絲放置在第一金屬化級，該金屬化級通常用來使芯片個人化，在DRAM工業(yè)中通常稱為門導(dǎo)體級。在圖3a中，505是門導(dǎo)體線，510是電熔絲。圖3b是圖3a的電熔絲的俯視圖，也示出了這些情況。電熔絲510位于芯片的右下角，并與閂鎖電路530相連接。在這一級之后，如下所述地制作其它電導(dǎo)線和通道。
圖4a是圖3中描述的同一半導(dǎo)體芯片的剖視圖，其上已做成了多個級。激光熔絲表示在最上面的級。標(biāo)號540、550和560表示多層結(jié)構(gòu)中的通道級，而標(biāo)號545、555和565表示布線級(或?qū)?。在該實施例中，布線級505還用作激光熔絲570(圖4a中)。
圖4b是制作級565后的芯片的俯視圖。此處，激光熔絲570置于每個芯片的一面上，更具體而言在其左下角。這些熔絲與不同組的鎖存器580相連。鎖存器580表示在與閂鎖電路530不同的位置上，以強調(diào)兩組電路是既不依賴也不互連這一事實。該互連級完成后，可能會淀積另外的布線級。
圖5示出完成的芯片結(jié)構(gòu)的剖視圖。電熔絲示在底部附近，而激光熔絲則靠近上部。上述另外的布線級包括通道級595和最后布線級590。在最后布線級的上面淀積鈍化層595，在氧化硅和氮化硅層的結(jié)合之后通常還有聚合物絕緣保護層。而且，從上部蝕刻一開口600，直到激光熔絲570所處的區(qū)。圖4b也示出了這種情況，其中開口600的位置更加清楚。
在上述實施例中，表示的是電熔絲在門導(dǎo)體級，激光熔絲在靠近芯片上部的金屬互連級。事實上，電熔絲可位于任何布線級上，即使是在可采用多硅熔絲的襯底中也可以。同樣地，激光熔絲也可位于任何布線級上。電熔絲的實際位置取決于不同布線級的電阻，而激光熔絲的位置更多地取決于不同布線級的金屬厚度和透過激光熔絲鏈上的鈍化層蝕刻孔的容易程度。
雖然結(jié)合優(yōu)選實施例對本發(fā)明進行了描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，本發(fā)明并不局限于此處公開的精確結(jié)構(gòu)，在不脫離本發(fā)明和后述權(quán)利要求書的范圍的前提下可以作出各種變化和改進。
權(quán)利要求
1．一種半導(dǎo)體集成電路晶片或模塊上的熔絲排列，包括至少一個第一類型的熔絲；以及至少一個第二類型的熔絲，且所述第一類型的熔絲和所述第二類型的熔絲彼此不連接。
2．如權(quán)利要求1所述的熔絲排列，其中所述第一類型的熔絲單獨修復(fù)所述晶片上的缺陷，而所述第二類型的熔絲單獨修復(fù)，所述模塊上的缺陷，且所述第一類型的熔絲和所述第二類型的熔絲以互不影響對方的方式進行所述缺陷的修復(fù)。
3．如權(quán)利要求1所述的熔絲排列，其中所述至少一個第一類型的熔絲是激光激發(fā)熔絲，而所述至少一個第二類型的熔絲是電激發(fā)熔絲。
4．如權(quán)利要求1所述的熔絲排列，其中還包括至少一個激光激發(fā)熔絲和至少一個電激發(fā)熔絲。
5．如權(quán)利要求1所述的熔絲排列，其中還包括一個激光激發(fā)熔絲、至少一個電激發(fā)熔絲和一個電激發(fā)反熔絲。
6．如權(quán)利要求1所述的熔絲排列，其中在把所述芯片安裝到第二級封裝之前激發(fā)所述第一類型的熔絲，而所述第二類型的熔絲是在把所述芯片安裝到第二級封裝之后被激發(fā)。
7．如權(quán)利要求1所述的熔絲排列，其中所述第一類型的熔絲修復(fù)第一類型的熔絲，而所述第二類型的熔絲修復(fù)第二類型的缺陷。
8．如權(quán)利要求1所述的熔絲排列，其中所述第一類型的缺陷包括在制造所述芯片時產(chǎn)生的缺陷，而所述第二類型的缺陷包括在對所述模塊施加應(yīng)力時所產(chǎn)生的缺陷。
9．一種半導(dǎo)體集成電路晶片或模塊上的熔絲排列，包括至少一個第一類型的熔絲；以及至少一個第二類型的熔絲，且所述第一類型的熔絲和所述第二類型的熔絲串聯(lián)連接。
10．一種半導(dǎo)體集成電路晶片或模塊上的熔絲排列，包括多個用來修復(fù)第一類型缺陷的第一類型的熔絲，以及多個用來修復(fù)第二類型缺陷的第二類型的熔絲，所述第一類型的熔絲和所述第二類型的熔絲彼此之間不連接。
11．如權(quán)利要求10所述的熔絲排列，其中所述多個第一類型的熔絲是激光激發(fā)熔絲，而所述多個第二類型的熔絲是電激發(fā)熔絲。
12．如權(quán)利要求10所述的熔絲排列，其中所述第一類型的缺陷是晶片缺陷，而所述第二類型的缺陷是模塊缺陷。
13．如權(quán)利要求10所述的熔絲排列，其中所述第一類型的缺陷是需要激發(fā)芯片冗余裝置的缺陷，而所述第二類型的缺陷是需要激發(fā)模塊級冗余的單個單元故障。
14．一種在半導(dǎo)體集成電路晶片或模塊上設(shè)置不同類型的熔絲的方法，包括提供至少一個第一類型的熔絲；以及提供至少一個第二類型的熔絲，且所述第一類型的熔絲和所述第二類型的熔絲彼此不連接。
15．如權(quán)利要求14所述的設(shè)置不同類型的熔絲的方法，其中所述第一類型的熔絲和所述第二類型的熔絲以不使剩余的所述熔絲失效的方式，單獨地激發(fā)所述晶片或所述模塊上的冗余裝置。
16．如權(quán)利要求14所述的設(shè)置不同類型的熔絲的方法，其中所述至少一個第一類型的熔絲是激光激發(fā)熔絲，而所述至少一個第二類型的熔絲是電激發(fā)熔絲。
17．一種在半導(dǎo)體集成電路晶片或模塊上設(shè)置不同類型的熔絲的方法，包括提供多個用來修復(fù)第一類型缺陷的第一類型的熔絲，以及提供多個用來修復(fù)第二類型缺陷的第二類型的熔絲，所述第一類型的熔絲和所述第二類型的熔絲彼此不連接。
全文摘要
在一個半導(dǎo)體集成電路晶片上設(shè)置多個用于不同目的不同類型的熔絲,其中激發(fā)一種類型的熔絲不會使另一種類型的熔絲失效。第一種類型的熔絲,例如激光激發(fā)熔絲主要用于修復(fù)片級的缺陷,而第二類型的熔絲,如電激發(fā)熔絲,用于修復(fù)把IC芯片安裝到模塊上并在安裝測試中對模塊施加壓力后發(fā)現(xiàn)的缺陷。模塊級的缺陷通常是單個單元故障,可通過用電熔絲激發(fā)模塊級冗余而修復(fù)。
文檔編號H01H85/046GK1297255SQ00120188
公開日2001年5月30日 申請日期2000年7月20日 優(yōu)先權(quán)日1999年7月27日
發(fā)明者查德拉瑟哈·納拉巖, 肯尼思·阿恩特, 戴維·拉奇魯浦, 阿克瑟爾·布林辛格, 加布里埃爾·丹尼爾, 桐畑外志昭 申請人:國際商業(yè)機器公司, 英芬能技術(shù)北美公司