2.20 Кристаллы ис

2.20.1 Введение

Топологические конфигурации элементов ИС составляют часть состава топологических объектов, размещаемых на кристаллах. Элементы ИС подлежат соединению в пределах кристалла и потому значительную часть площади кристалла занимают проводные связи элементов. Площадь, занятая проводными связями элементов, зависит от размещения и ориентации радиоэлементов в топологическом пространстве кристалла и размещения соединительных проводников. Приемлемой является топология, в которой площадь проводных соединений и защитных зазоров сравнима с площадью, занятой элементами ИС, или превышает ее не более чем в 2—3 раза. Естественным считается стремление минимизировать размеры области кристалла, занятой элементами и их соединениями. От размеров кристалла зависит его стоимость, так как при уменьшении площади кристалла увеличивается число кристаллов, размещаемых на общей технологической пластине, и повышается процент выхода годных кристаллов из-за снижения вероятности попадания точечных дефектов пластины на топологическую конфигурацию элемента ИС.

Наряду с площадью, занятой элементами и их соединениями, на кристалле выделяются области специального и технологического назначения. К областям специального функционального назначения следует отнести:

• область размещения контактов для внешнего электромонтажа кристаллов;

• область перехода от функциональных элементов и их соединений к контактам внешнего электромонтажа (буферная область).

Последняя из названых областей не всегда предусматривается, но может быть необходимой для размещения дополнительных элементов защиты входов и исполнения переходных соединительных участков «плавного» согласования плотности тока между радиоэлементами области их размещения и контактными площадками внешнего монтажа кристаллов (см. «токорастекатели» на рис. 2.69).

Технологические области предназначены для размещения топологических фрагментов, не связанных функциональными элементами ИС, но предназначенных для применения в процессах производства кристаллов и их монтажа в корпусах и конструкциях последующих иерархических уровней.

К числу таких областей относятся:

• область, выделенная под разделение пластины на кристаллы;

• область размещения фигур совмещения на кристалле;

• область размещения тестовых топологических конфигураций;

• область размещения маркировки и иных атрибутов кристалла.

На области разделения пластины на кристаллы удаляется изолирующий защитный слой (слой окисла на кремнии), с тем чтобы не нарушить его целостность как диэлектрика из-за возможного образования трещин при механическом разделениипластины. Ширина этой области определяется точностью оборудования позиционирования линии разделения и может варьироваться от 50 до 200 мкм между смежными кристаллами.

Размеры области размещения фигур совмещения на кристалле зависят от их числа, формы и размеров фигур. На рисунке 2.86 изображён фрагмент части кристалла с одним из вариантов выделенной области под 3 фигуры совмещения 1. Позицией 2 на рисунке отмечена граница защитного окисла на поверхности кристалла.

Фигуры совмещения 1 (см. рис. 2.86) необходимы для совмещения рисунка фотошаблона при фотолитографии с рисун­ком ранее созданных слоев или соответствия результатов совмещения слоёв на кристалле для выбраковки дефектных кристаллов по результатам визуального или оптического контроля.

Расстояние между контурами внешней 1 и вложенной 5 формами фигур совмещения согласно рисунку 2.86 принимается равной минимально допустимому расстоянию 6 между смежными границами совмещаемых слоёв. На рисунке 2.86 поз. 2 обозначает погрешность формирования внешней формы, поз. 4 обозначает погрешность внутренней формы фигур совмещения. Число фигур на единицу меньше количестваопераций фотолитографии, использованных при изготовлении микро­схемы. Фигуры совмещения могут иметь форму треугольника, квад­рата, креста (см. рис. 2.87) и т.д. Линейные размеры форм фигур совмещения принимаются не менее 5–10 кратных минимальных расстояний между смежными границами совмещаемых слоёв для контроля поворотных смещений совмещаемых шаблонов. Фигуры совмещения относятся к технологическим объектам кристалла, поэтому в конструкторской документации их форма может не задаваться, а резервируется область (зона) кристалла под размещение фигур совмещения.

Тестовые элементы (резисторы, диоды, транзисторы и пр.) могут быть включены в состав кристалла для контроля результатов технологических операций по электрофизическим характеристикам отдельных слоев транзисторных структур или для контроля результатов всего технологического маршрута. Так, о результатах операции базовой диффузии можно судить по сопротивлению тестового резистора, а результаты технологического процесса в целом дают измерения параметров тестового транзистора. В последнем случае с помощью зондов путем задания набора тестовых сигналов можно получить информацию о таких рабочих характеристиках транзистора, как напряжение пробоя р-n-переходов, коэффициент усиления, ток утечки и т.д. Для улучшения условий доступа к контрольным точкам тестовые фигуры с кристаллов ИС могут выноситься на специальные тестовые кристаллы (см. рис. 2.88), где компонуются исключительно тестовые топологические конфигурации радиоэлементов, отдельных функциональных групп и фрагментов структуры ИС [1]. Тестовые кристаллы равномерно (см. рис. 2.89) распределяются по площади пластины и, по существу, являются свидетелями технологических отклонений в обработке пластины и позволяют проводить как межоперационный тестовый, так и функциональный контроль микросхем на пластине, еще не разделенной на кристаллы.

Статистические методы обработки результатов позволяют по данным тестового контроля составлять объективную оценку технологических операций и маршрутов, прогнозировать процент выхода годных микросхем и т.д.

Элементы маркировки являются атрибутами идентификации функции назначения кристалла и, возможно, принадлежности конкретной пластине, даты исполнения. Элементы маркировки формируются в верхнем технологическом слое структуры последней литографической обработкой в форме символьных записей. Размер шрифта маркировочных записей принимается сопоставимым с размерами фигур совмещения. Место под маркировку на кристалле отводится в специально выделенных разрывах зоны контактных площадок внешних подключений кристалла.

Полезными сервисными элементами топологии верхнего слоя структуры кристалла следует считать явные символьные обозначения номеров контактных площадок на краях их рядов и функциональных групп элементов.

Ключ — это какая-либо конструктивная особенность первой или иной контактной площадки или специальный знак на кристалле, позволяющие определить порядок счета внешних контактов кристалла (если номера площадок явно не позиционированы). Это необходимо для правильной ориентации кристалла при размещении его в корпусе и в процессах функционального контроля, электромонтажа. Для топологии, изображенной на рис. 2.69, ключом является специфичная геометрия первой контактной площадки с двумя «токорастекателями», тогда как для топологии изображенной на рис. 2.70 ключом является крестообразная отметка (часть фигуры совмещения).