Fehleranalayse in integrierten Schaltkreisen ICs durch plasmaätzen, trockenätzen, Plasmaabtrag (RIE, Reaktives Ionenätzen) einzelner Schichten
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Fehleranalyse in integrierten Schaltkreisen

Für die Fehleranalyse in integrierten Schaltkreisen ist es notwendig einen Chip zu öffnen und die Schichten nacheinander zu entfernen um den versteckten Fehler oder die versteckten Fehler zu finden. Außerdem ist es notwendig, die Ursache des Fehlers zu bestimmen um diesen in Zukunft zu verhindern und/oder die Leistung des Geräts zu verbessern. Erhöhte Anzahl der Kreise auf einem Raum, kleinere Bauteilgrößen und immer mehr Multischichttechniken haben für Fehleranalyseningenieure viele neue Herausfordungen geschaffen. Heutzutage werden für diese Arbeit Phantom Plasmaätzer verwendet. Trion Ingenieure haben viel Erfahrung mit der Fehleranalyse und allem Equipment, das notwendig ist um diese Geräte (z.B. ein Rasterelektronenmikroskop) zu entwickeln und darzustellen.
Je nach gewünschter Information wird die Entfernung der Schichten auf zwei Arten durchgeführt: anisotrope Entfernung aller nichtleitenden Schichten oder sequenzielle Entfernung aller Schichten einschließlich der Leiter.

Anisotrope Entfernung von nichtleitenden Schichten ("Skelettätzen")

Bei dieser Methode werden alle nichtleitenden Schichten anisotrop bis zur Siliziumoberfläche entfernt. Metallleiter bleiben auf einem Sockel aus nichtleitendem Material sitzend zurück. Anisotropes Ätzen wird verwendet um die Unterhölung von Metallleitungen zu verhindern, da ansonsten der Druck auf das Metall Delamination verursacht. Wenn das Siliziumdioxid sich dem Polysilicon des Tormaterials nähert, wird ein CF₄ + CHF₃ Gasgemisch verwendet um die Selektivität Silizium gegenüber zu verbessern und die Erosion der Polysiliconleitungen zu vermindern.

Sequenzielle Entfernung

Anisotropes nichtleitendes Entfernen ist nützlich, aber in vielen Situationen liegt der Fehler oder andere interessante Teile unter den Leitern. In diesem Fall ist es notwendig, das Metall und die nichtleitenden Schichten sequenziell zu entfernen. Die richtige Ätzrezepteinstellung ist wichtig um zu verhindern, dass Schichten die nicht geätzt werden sollen versehentlich entfernt werden. Es ist wichtig, dass die niedrigeren Level der Metallschichten nicht offen liegen wenn das höchste Level geätzt wird, ansonsten wird das niedrigere Level frühzeitig entfernt.
Um die Ebenheit während der sequenziellen Entschichtung eines IC zu gewährleisten, ist es wünschenswert jeden nichtleitenden Ätzvorgang zu unterbrechen wenn ein zu der nächsten Metallschicht ebenes Level erreicht ist.  Wenn die Passivation geätzt wurde, sollte es demnach auf dem Level der Basis der Metalllinie geätzt werden. Da es keine Ätzpause zwischen den nichtleitenden Schichten gibt, bnötigt dieser Prozess einen zeitlich festgelegten Ätzvorgang.

ICP Reaktoren in der Fehleranalyse

Induktiv gekoppelte Plasmasysteme bieten gegenüber RIE-Systemen viele Vorteile, so wie schnellere Ätzraten, saubereres und selektiveres Ätzen und verursachen zusätzlich viel weniger Schaden am Plasma, aufgrund der niedrigeren Ansprechspannung oder der Gleichstromsvorspannung auf dem Oberflächenmuster. Diese Vorteile sind auch wichtig für den Fehleranalyseningenieur. Die höhere Ätzrate ermöglicht dem FA-Ingenieur mit niedrigerer RIE spannung zu arbeiten und trotzdem noch eine ausreichende anisotrope Ätzwirkung des Plasmas auf der Probe zu erreichen.  Auf diese Art und Weise wird das Gerät nur minimal geschädigt. Das RIE-Ätzen allein vollbringt einen guten Ätzprozess bis zum dritten Level des Metals während die ICP-Maschine bis zu 4-6 Level schafft. (siehe Bild)

Eine detailliertere Beschreibung der Verwendung von Plasmaätzern in der Fehleranalyse ist in dem Dokument von Trion "Plasma Delayering of Integrated Circuits." von A. Croockett, M. Almoustafa und W. Vanderlinde erhältlich.

Crystec Technology Trading GmbH, Germany, www.crystec.com, +49 8671 882173, FAX 882177

Phantom III Reaktiv-Ionen-Ätzer (RIE)

Es sind eine Standardversion (links) und eine ICP-Version (Mitte Links) erhältlich. Zusätzlich haben wir noch eine Standardversion mit einem Vakuum-Loadlock (Mitte rechts) und eine ICP-Version mit einem Vakuum-Loadlock im Angebot (rechts).
Die Phantom III RIE Anlage wurde entwickelt um Nitride, Oxide und andere Filme oder Substrate, die mit Fluor-haltigen Chemikalien reagieren zu ätzen. Wegen ihrer modularen Form, die auf einer platzsparenden Plattform befestigt ist, ist dieses System für vieler Verbraucher auf der Welt erste Wahl.

Anwendung IC Fehleranalyse

In der IC Fehleranalyse wird gewöhnlich der Typ Phantom mit ICP-Modul eingesetzt, um höhere Ätzraten zu erzielen und geringe Schäden zu verursachen. Eine Beladeschleuse wird normalerweise nicht eingesetzt um die Zeit für Be- und Entladevorgänge kurz zu halten. Nur in Fällen, in denen spezielle Gase eingesetzt werden, die die Schleuse zum Schutz der Betreiber notwendig macht, wird diese installiert.

Beschreibung der Anlage

Reaktor - Die Kathode und die Anode werden beide aus vollen Aluminiumblöcken hergestellt. Nach einer sorgfältigen Inspektion werden sie zum Schutz vor Prozesschemikalien eloxiert. Die untere Elektrode ist in 200mm- oder 300mm-Größe erhältlich und kann Wafer mit bis zu 200mm oder 300mm Durchmesser bearbeiten. Die Prozessgase werden entweder durch einen kranzförmigen Ring oder über einen Duschkopf in die Kammer eingebracht.

Automatische Steuerelektronik - Die einzigartig designte Elektronik ist als fester Bestandteil in der unteren Elektrode eingebaut um die genaue Abstimmung, geringen Übermittlungsverlust und extrem geringe Hochfrequenz (HF) Strahlung außerhalb der Elektronik selbst sicher zu stellen. Die Elektronik verwendet ein Phasenamplitudenmessgerät und einen Verstärker um eine schnelle Rückkopplung für eine schnelle und präzise Abstimmung der Anlage zu liefern.

RF Generator - Die Phantom III wird mit einem 600 Watt, 13.56 MHz RF Generator geliefert. (Die Phantom LT wird mit einem 300 Watt RF Generator geliefert.)

Touch Screen Bedienungsdisplay - Ein Farbflachbildschirm mit berührungsempfindlicher Oberfläche bietet dem Benutzer jederzeit Zugang zu vollständigen Prozessinformationen. Die Softwareoberfläche führt den Benutzer durch jeden Abschnitt in einer logischen Art und Weise und ermöglicht Kontrolle über alle Prozessparameter.

PC Prozesssteuerung - Die PC Prozesssteuerung ermöglicht eine einfache und sichere Systemsteuerung. Die Grafiksoftware erstellt Programme in der Blockschaltbildform. Rezepte zur Festlegung des Prozessablaufes werden auf der Festplatte gespeichert oder können auf einem USB Speicher gespeichert werden um jedem Benutzer individuelle Rezepte zu ermöglichen.

Wechselstromverteiler - Der Wechselstromverteiler verteilt automatisch die voreingestellten Spannungsmengen auf die verschiedenen integrierten Komponenten. Wenn der Not-Aus-Schalter gedrückt wird, wird die HF Spannung abgeschaltet und alle Ventile, die für die Gaszuführung verwendet werden, werden automatisch geschlossen und die Maschine geht automatisch in einen sicheren Standby-Modus. Dieses System schließt seperate Spannungsregler für den Hauptwechselstrom und das Umfeld ein.

Automatischer Druckregler - Jedes Trionsystem enthält ein Butterfly-Ventil zur Druckregelung, das direkt vom Prozessregler bedient wird. Dies sorgt für eine Druckregelung, die unabhängig von allen anderen Prozessparametern ist.

Gaszuführsystem - Modernste Technik wird eingesetzt, um jegliche Kontamination zu vermeiden und höchste Reinheit sicherzustellen. Jede Phantom III Reaktionskammer besitzt bis zu acht Massendurchflussregler, alle Rohrleitungen verwenden Surface Mount Technologie und C-Seal Technologie oder ringförmig verschweißte VCR Fassungen. (Die Phantom LT wird mit zwei Massendurchflussreglern geliefert.)

Sicherheit - Das System erfüllt alle SEMI S2-93 Sicherheitsanforderungen. Eine Sicherheitsübrprüfung durch Dritte ist auf Anfrage möglich.

Anlagen - Anlagenschaltbilder können auf Anfrage bereitgestellt werden.

Anlagen-Optionen

Pumpsysteme - Jede Reaktionskammer benötigt eine eigene Pumpe. Trion kann diese ihren Ansprüchen entsprechend liefern. Es sind mechanische, trockene und Turbopumpen lieferbar. Sie können wählen, ob sie ihre eigene(n) Pumpe(n) bereitstellen wollen oder ob Sie sie direkt bei Trion kaufen wollen. Alle Pumpenvarianten, die von Trion angeboten werden, sind erprobte Systeme, die ausgewählt wurden um Ihre spezifischen Prozessanforderungen  bestmöglichst zu erfüllen.

Temperatursteuerung - Ein Kühlkreislauf mit externem Kühler oder Heizer/Kühler wird empfohlen. Durch die Steuerung der Reaktortemperatur (über die untere Elektrode) wird die Reproduzierbarkeit des Prozesses enorm verbessert und Ätznebenprodukte verflüchtigen sich leichter.

Endpunktmesssystem - Trion bietet sowohl optische als auch Laser-Endpunktmessgeräte an, die es dem Benutzer ermöglichen die Veränderung der Dicke des Films in situ und während des Ätzprozesses zu messen. Diese Systeme sind in die Anlagensoftware integriert und werden von dieser gesteuert.

Induktiv gekoppeltes Plasma (ICP) - Das von Trion verfügbare, integrierte ICP ist eine bewährte Variante für die Fehleranalyse. Es reduziert den Strahlungsschaden und die Kontamination durch Sputterwirkung des RIE-Plasmas enorm und steigert die Selektivität beim Ätzen unterschiedlicher Filme deutlich. Durch ICP sind höhere Plasmadichten möglich, da die Energie induktiv durch das Magnetfeld in das Plasma eingekoppelt wird. Dies ermöglicht Prozesse bei niedrigerem Druck, was einige maßgebliche Vorteile mit sich bringt. Es ermöglicht eine stark anisotrope Ätzung bei Strukturen mit großem Seitenverhältnis und reduziert den Microloading Effekt.Trions ICP Quelle ermöglicht verbesserte Ätzraten, Profilsteuerung, Gleichmäßigkeit und Selektivität mit dramatischer Reduzierung des RIE Strahlungsschadens. Die Phantom III ICP Anlage wird mit einem 600 oder 1250 Watt 13,56 MHz Netzteil sowie einer automatischen Anpassung geliefert. (Die Phantom LT ICP Anlage wird mit einerm 600 Watt Netzteil geliefert.)

Elektrostatischer Probenhalter - Es ist oft entscheidend, dass die Substrattemperatur während des Ätzens niedrig gehalten werden kann. Trions elektrostatischer Chuck fixiert den Wafer durch elektrostatische Kräfte sicher während etwas Helium über die Rückseite des Wafers strömt und diesen deutlich abkühlt.

Crystec Technology Trading GmbH diskutiert mit Ihnen gerne weitere Details.
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