激光修调产品熔丝设计小结

魏本建+顾汉玉

摘要激光修调产品生产工艺在我国刚开始发展应用，许多设计人员对于激光修调产品的设计缺少相关经验。文章采用型号为ESI9XXX激光修调设备，通过改变对修调结果有重大影响的几个参数进行各项试验，总结出适合激光修调设备的金属熔丝参数为产品设计人员提供指引，使设计的产品适合于激光修调设备，可减少新品的调试时间，提高所设计产品的良率，有利于激光修调工艺在国内能更快的推广和应用。

关键词熔丝间距；熔丝宽度；熔丝长度；熔丝厚度；氧化层厚度

中图分类号：TN402 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）12-0050-02

由于半导体器件的发展，半导体器件集成度越来越高，传统的电修调产品工艺已经不能满足市场的需求，应市场需求而产生激光修调工艺技术，相对于传统电修调工艺，激光修调工艺的优点在于：由于在芯片表面不需要设计扎针的PAD位，则可在同样单位面积上设计更多的管芯；由于每根熔丝占用的面积很小，可设计出更多的熔丝用于调整芯片的参数，从而提高产品的精度和性能；由于利用激光修调可简化探针卡的复杂程度，可用多SITE并行测试提高测试效率；对于熔丝设计参数是否适合激光修调设备，直接关系到修调后产品成品率及修调时间的问题。所以熔丝设计参数就成为修调产品设计的重点。

1实验过程

1.1 主要的试验设备简介：ESI9XXXX激光修调机

ESI9XXX修调机由美国制造，应用于半导体晶圆修调，采用高精度磁悬浮平面马达进行XY定位，应用激光干涉技术对平台移动位置进行监控。HP unix操作系统，开放式的数据处理方式。可根据自身需求对数据进行转换。ESI9XXX主要应用于修调、电源控制芯片、存储器芯片、精确频率调整芯片、精密电阻修调、高精度运放修调等。

1.2 激光修调熔丝的原理

ESI9XXX型号的激光修调机是由一个激光发生器，产生1.32 um波长的光束，光束通过镜面的反射和透镜聚焦把激光的能量聚焦在一个点，这个点的大小就是光斑尺寸，能量在0.2uj到2.0uj范围之间，当这个能量点聚焦在熔丝上，则把熔丝气化达到调整芯片参数的目的。而把熔丝气化是否完全则跟熔丝的设计参数有着密切的关系，主要是同以下几个参数相关。

1）熔丝之间的间距（Link pitch）。

2）熔丝表面的氧化层厚度（oxide thickness）。

3）熔丝的宽度（Link width）。

4）熔丝的长度（Link length）。

5）熔丝的厚度（Link thickness）。

6）熔丝所位于的METAL层（metal layer）。

修调产品有一个要求就是必须排布L MARK图形。此图形可位于划片道里或是在芯片内部均可。其宽度在6.0~10 um之间，长度范围：2~40 um。“L”的图案要求光泽度高，平坦无杂质，棱角清晰（一般为metal层），其周边20 um*20 um范围内要求平坦无杂质，且与“L”黑白分明。

图1参数定义

1.3 设计晶圆工艺布版

圆片每个BLOCK有27列FUSE排布，分别标示从fuse0到fuse26，每列有16个PAD位，分别从上到下定义为PAD1到PAD16，27列FUSE用9种不同的工艺制成。分别命名为A，B，C……I。相关的分布如表1。

每种不同工艺的熔丝设计不同的参数：宽度变化、长度变化、间距变化、氧化层厚度变化（1000A、3500A、6000A、-6000A），参数实验的熔丝厚度统一采用5000A。

1.4 采用的修调方案

1）Fuse（0~9）修调第3根，测试第3根是否修断。

2）Fuse （15，17，19）修调第2、4 Fuse，测试第2和第4根是否有修断，测试第3根是否导通以此来判断修调第2和第4根是否有对第3根Fuse有影响。

3）Fuse（16，18，20）修调第3根，测试第3根是否有修断测试第2和第4是否导通以此来判断修调第3根是否有对第2、4根Fuse有影响。

4）Fuse （21~26）修调1，3，5测试第3根是否有修断测试第2和第4是否导通以此来判断修调1、3、5是否有对 第2、4根Fuse有影响。

图2熔丝排列顺序

2结果与分析

1）对不同间距的熔丝进行修调，目的是验证修调的效果及修调后对相邻的熔丝的影响。相关的数据如表2。

表2不同间距的熔丝修调后的测量数据

从以上数据可知Pitch 4~8 um 间距的Fuse，用0.9uj能量3.0 um光斑修条后测量相邻的熔丝，相邻熔丝阻值与修调前一致不受修调影响；各熔丝的修调后的阻值均大于20M ohm；在pitch为4 um间距的熔丝外观有少许的破坏，如图3。所以建议间距设为6 um。

图3相邻熔丝受影响

2）对表面氧化层厚度不同的熔丝进行修调，目的是验证熔丝表面氧化层厚度不同对修调效果的影响。相关的数据如表3。

表3氧化层厚度不同对熔丝修调后的测量数据

从以上数据可知熔丝表面氧化层厚度在1000A、3500A、6000A、（-）6000A分别用0.9uj、1.0uj、1.1uj、1.1uj能量和3.0 um光斑进行修调，测量各熔丝修调后的阻值均大于20M ohm，因此表中的四个氧化层厚度不影响修调效果。

3）对不同宽度的熔丝修调，目的是验证在不同宽度的熔丝修调效果。相关的数据如表4。

表4不同宽度的熔丝修调后的测量数据

从以上数据可知用1.0uj、3.0um光斑修调后的阻值均大于30M ohm，所以熔丝的宽度在0.6到1.0 um范围内均适合于设备要求。建议值为0.8 um。

4）对于不同长度熔丝修调，目的是验证不同长度熔丝的修调效果，相关的数据如表5。

表5不同长度熔丝修调后的测量数据

从以上数据可知用1.0uj、3.0 um光斑修调后的电阻值均大于30M ohm，所以得出熔丝长度在4到12 um范围内均适合于设备要求。

5）对不同METAL层数的熔丝进行修调，目的是验证两层或三层（Double/Triple metal）电路结构的熔丝修调效果，相关数据如表6。

表6不同METAL层数的熔丝进行修调后的测量数据

从以上数据可知用1.0uj、3.0 um光斑修调后阻值均大于29M ohm。所以两层和三层电路结构适合设备要求。

6）对Top metal进行laser trim，目的是验证Top metal修调效果。相关数据如表7。

表7Top metal修调后的测量数据

从以上数据可知用1.1uj、3.6 um光斑修调后阻值均大于20M ohm，用高倍显微镜观测到熔丝周边有白色残留物，由于在流片过程中Top metal参杂有一些熔点较高的材料，致使修调不易完全气化。不推荐使用，如图4。

图4Top metal外观

3结论与推荐参数

对于设计参数是否适合ESI9XXX修调设备主要判定方法是：熔丝的是否有被修断及修调后相邻熔丝的外观是否受影响。如果我们通过测量两端的阻抗值大于10M则认为是修断，在显微镜下通过检查熔丝表观不受损则认为表观符合要求。综合以上的数据及图片，得出如下的结论。

1）据实验中所得出的数据 建议采用的尺寸：长6 um，宽0.8 um，厚：5000A，间距（Pitch）6 um。

2）Fuse上氧化层厚度在0~6kA 范围均可采用。

3）两层 Metal以上产品均采用Top-1 Metal Fuse。

4）Top metal fuse Laser trim后有白雾状残留物，不推荐用于metal fuse。

5）metal Fuse上氧化层厚度宜考虑以薄优先的原则。

4结束语

由于传统电修调工艺的局限性不能满足当前半导体工艺发展的需求，激光修调工艺在国内快速增长，同时由于激光修调产品有不可重复性的特点，晶圆的流片周期比较长，投入的资金大，修调设备整体价格昂贵，很多的公司无法进行相关的试验，本次的试验目的是为了确定ESI9XXX激光修调设备最佳修调参数，以提高修调产品的良率，并为客户的激光修调产品设计提供参考。

参考文献

[1]ESI9XXX Service Guide.

[2]Semiconductor Link Processing System.

[3]激光世界Laser Focus World 2013年1月1期.

[4]http：//www.doc88.com/p-348627916574.html.

endprint

摘要激光修调产品生产工艺在我国刚开始发展应用，许多设计人员对于激光修调产品的设计缺少相关经验。文章采用型号为ESI9XXX激光修调设备，通过改变对修调结果有重大影响的几个参数进行各项试验，总结出适合激光修调设备的金属熔丝参数为产品设计人员提供指引，使设计的产品适合于激光修调设备，可减少新品的调试时间，提高所设计产品的良率，有利于激光修调工艺在国内能更快的推广和应用。

关键词熔丝间距；熔丝宽度；熔丝长度；熔丝厚度；氧化层厚度

中图分类号：TN402 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）12-0050-02

由于半导体器件的发展，半导体器件集成度越来越高，传统的电修调产品工艺已经不能满足市场的需求，应市场需求而产生激光修调工艺技术，相对于传统电修调工艺，激光修调工艺的优点在于：由于在芯片表面不需要设计扎针的PAD位，则可在同样单位面积上设计更多的管芯；由于每根熔丝占用的面积很小，可设计出更多的熔丝用于调整芯片的参数，从而提高产品的精度和性能；由于利用激光修调可简化探针卡的复杂程度，可用多SITE并行测试提高测试效率；对于熔丝设计参数是否适合激光修调设备，直接关系到修调后产品成品率及修调时间的问题。所以熔丝设计参数就成为修调产品设计的重点。

1实验过程

1.1 主要的试验设备简介：ESI9XXXX激光修调机

ESI9XXX修调机由美国制造，应用于半导体晶圆修调，采用高精度磁悬浮平面马达进行XY定位，应用激光干涉技术对平台移动位置进行监控。HP unix操作系统，开放式的数据处理方式。可根据自身需求对数据进行转换。ESI9XXX主要应用于修调、电源控制芯片、存储器芯片、精确频率调整芯片、精密电阻修调、高精度运放修调等。

1.2 激光修调熔丝的原理

ESI9XXX型号的激光修调机是由一个激光发生器，产生1.32 um波长的光束，光束通过镜面的反射和透镜聚焦把激光的能量聚焦在一个点，这个点的大小就是光斑尺寸，能量在0.2uj到2.0uj范围之间，当这个能量点聚焦在熔丝上，则把熔丝气化达到调整芯片参数的目的。而把熔丝气化是否完全则跟熔丝的设计参数有着密切的关系，主要是同以下几个参数相关。

1）熔丝之间的间距（Link pitch）。

2）熔丝表面的氧化层厚度（oxide thickness）。

3）熔丝的宽度（Link width）。

4）熔丝的长度（Link length）。

5）熔丝的厚度（Link thickness）。

6）熔丝所位于的METAL层（metal layer）。

修调产品有一个要求就是必须排布L MARK图形。此图形可位于划片道里或是在芯片内部均可。其宽度在6.0~10 um之间，长度范围：2~40 um。“L”的图案要求光泽度高，平坦无杂质，棱角清晰（一般为metal层），其周边20 um*20 um范围内要求平坦无杂质，且与“L”黑白分明。

图1参数定义

1.3 设计晶圆工艺布版

圆片每个BLOCK有27列FUSE排布，分别标示从fuse0到fuse26，每列有16个PAD位，分别从上到下定义为PAD1到PAD16，27列FUSE用9种不同的工艺制成。分别命名为A，B，C……I。相关的分布如表1。

每种不同工艺的熔丝设计不同的参数：宽度变化、长度变化、间距变化、氧化层厚度变化（1000A、3500A、6000A、-6000A），参数实验的熔丝厚度统一采用5000A。

1.4 采用的修调方案

1）Fuse（0~9）修调第3根，测试第3根是否修断。

2）Fuse （15，17，19）修调第2、4 Fuse，测试第2和第4根是否有修断，测试第3根是否导通以此来判断修调第2和第4根是否有对第3根Fuse有影响。

3）Fuse（16，18，20）修调第3根，测试第3根是否有修断测试第2和第4是否导通以此来判断修调第3根是否有对第2、4根Fuse有影响。

4）Fuse （21~26）修调1，3，5测试第3根是否有修断测试第2和第4是否导通以此来判断修调1、3、5是否有对 第2、4根Fuse有影响。

图2熔丝排列顺序

2结果与分析

1）对不同间距的熔丝进行修调，目的是验证修调的效果及修调后对相邻的熔丝的影响。相关的数据如表2。

表2不同间距的熔丝修调后的测量数据

从以上数据可知Pitch 4~8 um 间距的Fuse，用0.9uj能量3.0 um光斑修条后测量相邻的熔丝，相邻熔丝阻值与修调前一致不受修调影响；各熔丝的修调后的阻值均大于20M ohm；在pitch为4 um间距的熔丝外观有少许的破坏，如图3。所以建议间距设为6 um。

图3相邻熔丝受影响

2）对表面氧化层厚度不同的熔丝进行修调，目的是验证熔丝表面氧化层厚度不同对修调效果的影响。相关的数据如表3。

表3氧化层厚度不同对熔丝修调后的测量数据

从以上数据可知熔丝表面氧化层厚度在1000A、3500A、6000A、（-）6000A分别用0.9uj、1.0uj、1.1uj、1.1uj能量和3.0 um光斑进行修调，测量各熔丝修调后的阻值均大于20M ohm，因此表中的四个氧化层厚度不影响修调效果。

3）对不同宽度的熔丝修调，目的是验证在不同宽度的熔丝修调效果。相关的数据如表4。

表4不同宽度的熔丝修调后的测量数据

从以上数据可知用1.0uj、3.0um光斑修调后的阻值均大于30M ohm，所以熔丝的宽度在0.6到1.0 um范围内均适合于设备要求。建议值为0.8 um。

4）对于不同长度熔丝修调，目的是验证不同长度熔丝的修调效果，相关的数据如表5。

表5不同长度熔丝修调后的测量数据

从以上数据可知用1.0uj、3.0 um光斑修调后的电阻值均大于30M ohm，所以得出熔丝长度在4到12 um范围内均适合于设备要求。

5）对不同METAL层数的熔丝进行修调，目的是验证两层或三层（Double/Triple metal）电路结构的熔丝修调效果，相关数据如表6。

表6不同METAL层数的熔丝进行修调后的测量数据

从以上数据可知用1.0uj、3.0 um光斑修调后阻值均大于29M ohm。所以两层和三层电路结构适合设备要求。

6）对Top metal进行laser trim，目的是验证Top metal修调效果。相关数据如表7。

表7Top metal修调后的测量数据

从以上数据可知用1.1uj、3.6 um光斑修调后阻值均大于20M ohm，用高倍显微镜观测到熔丝周边有白色残留物，由于在流片过程中Top metal参杂有一些熔点较高的材料，致使修调不易完全气化。不推荐使用，如图4。

图4Top metal外观

3结论与推荐参数

对于设计参数是否适合ESI9XXX修调设备主要判定方法是：熔丝的是否有被修断及修调后相邻熔丝的外观是否受影响。如果我们通过测量两端的阻抗值大于10M则认为是修断，在显微镜下通过检查熔丝表观不受损则认为表观符合要求。综合以上的数据及图片，得出如下的结论。

1）据实验中所得出的数据 建议采用的尺寸：长6 um，宽0.8 um，厚：5000A，间距（Pitch）6 um。

2）Fuse上氧化层厚度在0~6kA 范围均可采用。

3）两层 Metal以上产品均采用Top-1 Metal Fuse。

4）Top metal fuse Laser trim后有白雾状残留物，不推荐用于metal fuse。

5）metal Fuse上氧化层厚度宜考虑以薄优先的原则。

4结束语

由于传统电修调工艺的局限性不能满足当前半导体工艺发展的需求，激光修调工艺在国内快速增长，同时由于激光修调产品有不可重复性的特点，晶圆的流片周期比较长，投入的资金大，修调设备整体价格昂贵，很多的公司无法进行相关的试验，本次的试验目的是为了确定ESI9XXX激光修调设备最佳修调参数，以提高修调产品的良率，并为客户的激光修调产品设计提供参考。

参考文献

[1]ESI9XXX Service Guide.

[2]Semiconductor Link Processing System.

[3]激光世界Laser Focus World 2013年1月1期.

[4]http：//www.doc88.com/p-348627916574.html.

endprint

摘要激光修调产品生产工艺在我国刚开始发展应用，许多设计人员对于激光修调产品的设计缺少相关经验。文章采用型号为ESI9XXX激光修调设备，通过改变对修调结果有重大影响的几个参数进行各项试验，总结出适合激光修调设备的金属熔丝参数为产品设计人员提供指引，使设计的产品适合于激光修调设备，可减少新品的调试时间，提高所设计产品的良率，有利于激光修调工艺在国内能更快的推广和应用。

关键词熔丝间距；熔丝宽度；熔丝长度；熔丝厚度；氧化层厚度

中图分类号：TN402 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）12-0050-02

由于半导体器件的发展，半导体器件集成度越来越高，传统的电修调产品工艺已经不能满足市场的需求，应市场需求而产生激光修调工艺技术，相对于传统电修调工艺，激光修调工艺的优点在于：由于在芯片表面不需要设计扎针的PAD位，则可在同样单位面积上设计更多的管芯；由于每根熔丝占用的面积很小，可设计出更多的熔丝用于调整芯片的参数，从而提高产品的精度和性能；由于利用激光修调可简化探针卡的复杂程度，可用多SITE并行测试提高测试效率；对于熔丝设计参数是否适合激光修调设备，直接关系到修调后产品成品率及修调时间的问题。所以熔丝设计参数就成为修调产品设计的重点。

1实验过程

1.1 主要的试验设备简介：ESI9XXXX激光修调机

ESI9XXX修调机由美国制造，应用于半导体晶圆修调，采用高精度磁悬浮平面马达进行XY定位，应用激光干涉技术对平台移动位置进行监控。HP unix操作系统，开放式的数据处理方式。可根据自身需求对数据进行转换。ESI9XXX主要应用于修调、电源控制芯片、存储器芯片、精确频率调整芯片、精密电阻修调、高精度运放修调等。

1.2 激光修调熔丝的原理

ESI9XXX型号的激光修调机是由一个激光发生器，产生1.32 um波长的光束，光束通过镜面的反射和透镜聚焦把激光的能量聚焦在一个点，这个点的大小就是光斑尺寸，能量在0.2uj到2.0uj范围之间，当这个能量点聚焦在熔丝上，则把熔丝气化达到调整芯片参数的目的。而把熔丝气化是否完全则跟熔丝的设计参数有着密切的关系，主要是同以下几个参数相关。

1）熔丝之间的间距（Link pitch）。

2）熔丝表面的氧化层厚度（oxide thickness）。

3）熔丝的宽度（Link width）。

4）熔丝的长度（Link length）。

5）熔丝的厚度（Link thickness）。

6）熔丝所位于的METAL层（metal layer）。

修调产品有一个要求就是必须排布L MARK图形。此图形可位于划片道里或是在芯片内部均可。其宽度在6.0~10 um之间，长度范围：2~40 um。“L”的图案要求光泽度高，平坦无杂质，棱角清晰（一般为metal层），其周边20 um*20 um范围内要求平坦无杂质，且与“L”黑白分明。

图1参数定义

1.3 设计晶圆工艺布版

圆片每个BLOCK有27列FUSE排布，分别标示从fuse0到fuse26，每列有16个PAD位，分别从上到下定义为PAD1到PAD16，27列FUSE用9种不同的工艺制成。分别命名为A，B，C……I。相关的分布如表1。

每种不同工艺的熔丝设计不同的参数：宽度变化、长度变化、间距变化、氧化层厚度变化（1000A、3500A、6000A、-6000A），参数实验的熔丝厚度统一采用5000A。

1.4 采用的修调方案

1）Fuse（0~9）修调第3根，测试第3根是否修断。

2）Fuse （15，17，19）修调第2、4 Fuse，测试第2和第4根是否有修断，测试第3根是否导通以此来判断修调第2和第4根是否有对第3根Fuse有影响。

3）Fuse（16，18，20）修调第3根，测试第3根是否有修断测试第2和第4是否导通以此来判断修调第3根是否有对第2、4根Fuse有影响。

4）Fuse （21~26）修调1，3，5测试第3根是否有修断测试第2和第4是否导通以此来判断修调1、3、5是否有对 第2、4根Fuse有影响。

图2熔丝排列顺序

2结果与分析

1）对不同间距的熔丝进行修调，目的是验证修调的效果及修调后对相邻的熔丝的影响。相关的数据如表2。

表2不同间距的熔丝修调后的测量数据

从以上数据可知Pitch 4~8 um 间距的Fuse，用0.9uj能量3.0 um光斑修条后测量相邻的熔丝，相邻熔丝阻值与修调前一致不受修调影响；各熔丝的修调后的阻值均大于20M ohm；在pitch为4 um间距的熔丝外观有少许的破坏，如图3。所以建议间距设为6 um。

图3相邻熔丝受影响

2）对表面氧化层厚度不同的熔丝进行修调，目的是验证熔丝表面氧化层厚度不同对修调效果的影响。相关的数据如表3。

表3氧化层厚度不同对熔丝修调后的测量数据

从以上数据可知熔丝表面氧化层厚度在1000A、3500A、6000A、（-）6000A分别用0.9uj、1.0uj、1.1uj、1.1uj能量和3.0 um光斑进行修调，测量各熔丝修调后的阻值均大于20M ohm，因此表中的四个氧化层厚度不影响修调效果。

3）对不同宽度的熔丝修调，目的是验证在不同宽度的熔丝修调效果。相关的数据如表4。

表4不同宽度的熔丝修调后的测量数据

从以上数据可知用1.0uj、3.0um光斑修调后的阻值均大于30M ohm，所以熔丝的宽度在0.6到1.0 um范围内均适合于设备要求。建议值为0.8 um。

4）对于不同长度熔丝修调，目的是验证不同长度熔丝的修调效果，相关的数据如表5。

表5不同长度熔丝修调后的测量数据

从以上数据可知用1.0uj、3.0 um光斑修调后的电阻值均大于30M ohm，所以得出熔丝长度在4到12 um范围内均适合于设备要求。

5）对不同METAL层数的熔丝进行修调，目的是验证两层或三层（Double/Triple metal）电路结构的熔丝修调效果，相关数据如表6。

表6不同METAL层数的熔丝进行修调后的测量数据

从以上数据可知用1.0uj、3.0 um光斑修调后阻值均大于29M ohm。所以两层和三层电路结构适合设备要求。

6）对Top metal进行laser trim，目的是验证Top metal修调效果。相关数据如表7。

表7Top metal修调后的测量数据

从以上数据可知用1.1uj、3.6 um光斑修调后阻值均大于20M ohm，用高倍显微镜观测到熔丝周边有白色残留物，由于在流片过程中Top metal参杂有一些熔点较高的材料，致使修调不易完全气化。不推荐使用，如图4。

图4Top metal外观

3结论与推荐参数

对于设计参数是否适合ESI9XXX修调设备主要判定方法是：熔丝的是否有被修断及修调后相邻熔丝的外观是否受影响。如果我们通过测量两端的阻抗值大于10M则认为是修断，在显微镜下通过检查熔丝表观不受损则认为表观符合要求。综合以上的数据及图片，得出如下的结论。

1）据实验中所得出的数据 建议采用的尺寸：长6 um，宽0.8 um，厚：5000A，间距（Pitch）6 um。

2）Fuse上氧化层厚度在0~6kA 范围均可采用。

3）两层 Metal以上产品均采用Top-1 Metal Fuse。

4）Top metal fuse Laser trim后有白雾状残留物，不推荐用于metal fuse。

5）metal Fuse上氧化层厚度宜考虑以薄优先的原则。

4结束语

由于传统电修调工艺的局限性不能满足当前半导体工艺发展的需求，激光修调工艺在国内快速增长，同时由于激光修调产品有不可重复性的特点，晶圆的流片周期比较长，投入的资金大，修调设备整体价格昂贵，很多的公司无法进行相关的试验，本次的试验目的是为了确定ESI9XXX激光修调设备最佳修调参数，以提高修调产品的良率，并为客户的激光修调产品设计提供参考。

参考文献

[1]ESI9XXX Service Guide.

[2]Semiconductor Link Processing System.

[3]激光世界Laser Focus World 2013年1月1期.

[4]http：//www.doc88.com/p-348627916574.html.

endprint