Fehleranalyse bei integrierten Schaltkreisen

Techniken der Fehleranalyse (FA) werden dazu genutzt, die Gründe für Fehler in integrierten Schaltkreisen zu lokalisieren und zu identifizieren.

Der typische FA-Prozess umfasst vier Schritte:

1. Fehler nachweisen
2. Fehler lokalisieren und beschreiben
3. Proben-Vorbereitung und den Defekt auf seinen Ursprung zurückverfolgen
4. Ursache der Defektentstehung bestimmen

Bei den meisten FA-Prozessen sind wegen des mehrschichtigen Aufbaus der modernen integrierten Schaltungen mehrere Iterationen der Schritte 2 und 3 erforderlich. Die Prozesse in den Schritten 2 und 3 schließen ein:

• Entkapselung, Rückbearbeitung oder Schichtabbau
• Polieren und Vorbereiten einer Querschnittprobe

Zwei Hauptschritte bei FA, die ein Messen der Schichtdicke erfordern, sind der Abbau der vorderen Schichten (für herkömmliche Schaltungsbestückung, Baulementenseite nach oben) bzw. die Ausdünnung der Rückseite (für neuere Flip-chip Schaltungsbestückung, Baulementenseite nach unten.)

Oberflächen-Abtragung

Dieser Prozess erfordert die Kenntnis der Dicke des verbleibenden Dielektrikums nach dem Ausdünnungsverfahren. Die Filmetrics F40 und F42 Systeme sind dazu beide ideal geeignet.

Substratschleifen

Substratschleifen wird bei Flip-chips verwendet, um zu den Schaltkreisen zu gelangen. Das Silizium wird auf ca. 20 µm Dicke reduziert, so dass FIB Techniken verwendet werden können, um den Schaltkreis zu prüfen und ihn falls nötig zu ändern. Bei der Vorbereitung von Rückseitenproben wird das Silizium-Substrat zunächst schnell auf eine sichere Dicke abgeschliffen, und dann wird ein langsamerer Polierschritt verwendet, um das Silizium nahe an die gewünschte Dicke zu polieren. Der Polierschritt wird nach der Messung der Dicke der verbleibenden Siliziumschicht wiederholt.

Mit der Fähigkeit, bis zu 200µm Silizium zu messen, wurde das F20-XT speziell für Anwendungen bei der Rückseitenausdünnung entwickelt.

Anmerkung: Silizium-Abschliff

Ein verwandter, nicht-FA-Prozess ist das Abschleifen des Siliziums, um kleinere Dimensionen und eine höhere Packungsdichte zu erreichen (wie es z.B. bei DRAM und Flash Memory Chips erforderlich ist). Dabei wird die Dicke der Siliziumschicht innerhalb genau definierter Toleranzen gehalten. Diese Anwendung kann durch das F50-XT in einer autonomen Messung, und durch das F20-XT für eine integrierte Messung an den Silizium-Schleifern gemeistert werden.