שאלות נפוצות

מידע על המוצר Ion Beam Decapsulation (IBE with SIMS)

מהו Ion Beam Decapsulation (IBE with SIMS) ולמה הוא משמש?

Ion Beam Decapsulation (IBE with SIMS) הוא תהליך עיבוד באמצעות קרן יונים המיועד לדליירינג, דקפסולציה והנדסה הפוכה של מעגלים משולבים (IC) בתעשיית הסמיקונדקטור. המערכת מאפשרת הסרה מדויקת של שכבות מיקרוניות וננומטריות מהשבב, לצורך ניתוח כשלים, חקירה מבנית או הנדסה הפוכה. השיטה מתאימה במיוחד לשבבים מודרניים עם שכבות דקות ומבנה מורכב. מגבלה עיקרית: לא פורסמו נתונים על התאמה לחומרים אורגניים רכים במיוחד – יש לבדוק התאמה פרטנית.

אילו יתרונות טכנולוגיים יש ל-IBE לעומת שיטות דליירינג אחרות?

IBE מאפשר הסרה פיזיקלית של כל סוגי החומרים (מתכות, מבודדים, סמיקונדקטורים, חומרים מרוכבים) בדיוק גבוה, ללא תלות בתכונות כימיות. ניתן לשלוט בקצב ההסרה, בזווית הפגיעה ובאנרגיית היונים, מה שמאפשר יצירת משטח אחיד ושטוח ברמת הננומטר. יתרון נוסף הוא היכולת להסיר שכבות עבות (עשרות מיקרונים) וגם שכבות דקות במיוחד (רזולוציה אטומית). מגבלה: התהליך איטי יחסית לעיבוד רטוב, ודורש ציוד ייעודי ויקר.

כיצד IBE מסייע בניתוח כשלים והנדסה הפוכה של שבבים?

IBE מאפשר חשיפה מדויקת של שכבות פנימיות במעגל משולב, תוך שמירה על אחידות פני השטח ומניעת חדירה לשכבות לא רצויות. ניתן להסיר שכבות BEOL ו-FEOL ברצף מבוקר, ולבצע ניתוח מבני, כימי או חשמלי של כל שכבה. בכך מתקבל מידע קריטי לאיתור כשלים, חקירת תקלות או שחזור מבנה השבב. מגבלה: לא פורסמו נתונים על שילוב אוטומטי עם מערכות מדידה נוספות – יש לבדוק אפשרות אינטגרציה לפי צורך.

אילו מגבלות קיימות בשימוש ב-IBE לדליירינג?

המגבלות כוללות קצב עיבוד איטי יחסית לשיטות כימיות, עלות גבוהה של ציוד, ודרישה להפעלה על ידי מפעיל מיומן. בנוסף, לא פורסמו נתונים על התאמה לחומרים אורגניים רכים במיוחד או על עיבוד שבבים גדולים במיוחד (מעל 25x25 מ"מ). מומלץ לבדוק התאמה פרטנית לפרויקט הספציפי.

תכונות ויכולות

אילו חומרים ניתן לעבד באמצעות IBE?

IBE מסוגל לעבד כל סוגי החומרים – מתכות (כגון אלומיניום, נחושת, טנטלום, טיטניום), מבודדים (תחמוצות, סיליקטים), סמיקונדקטורים, חומרים מרוכבים, ופחמנים. ניתן לבצע הסרה סלקטיבית של חומרים שונים על ידי בחירת גזי תהליך מתאימים. מגבלה: יש לבדוק התאמה פרטנית לחומרים אורגניים רכים במיוחד.

מהי רמת הדיוק והאחידות שניתן להשיג ב-IBE?

באמצעות IBE ניתן להסיר שכבות בעובי ננומטרי ואף אטומי, עם אחידות טובה על שטח של עד 25x25 מ"מ ופחות מ-1% אי-אחידות. ניתן לשלוט בזווית הפגיעה ובקצב ההסרה להשגת פני שטח שטוחים במיוחד. מגבלה: לא פורסמו נתונים על עיבוד שבבים גדולים במיוחד או על אחידות מעבר למידות אלו.

כיצד IBE מפחית נזקים לשבב בהשוואה לשיטות אחרות?

IBE הוא תהליך פיזיקלי שאינו גורם לזיהום כימי, קורוזיה או חדירת נוזלים לשכבות עמוקות, בניגוד לעיבוד רטוב. בנוסף, הוא אינו חושף את השבב לקרינה וחום גבוהים כמו בעיבוד פלזמה, ולכן שומר על מצב החומר המקורי. מגבלה: התהליך דורש ואקום גבוה ותחזוקה שוטפת של מערכת היונים.

שימושים ולקוחות

באילו תעשיות נעשה שימוש ב-IBE עם SIMS?

המערכת נמצאת בשימוש בתעשיית הסמיקונדקטור (דליירינג, ניתוח כשלים, הנדסה הפוכה), מחקר בננוטכנולוגיה, חקר חומרים, ייצור MEMS, ותעשיות אלקטרוניקה מתקדמת. לקוחות עיקריים כוללים אוניברסיטאות, מכוני מחקר, יצרני שבבים, וחברות תעשייתיות. מגבלה: לא פורסמו נתונים על שימושים בתעשיות ביולוגיות או רפואיות – יש לבדוק התאמה פרטנית.

מי קהל היעד לשימוש במערכות IBE?

קהל היעד כולל מהנדסים, חוקרים, מדענים ומנהלי מעבדות בתחומי הסמיקונדקטור, MEMS, חקר חומרים, ננוטכנולוגיה, ומעבדות R&D. המערכות מתאימות גם ליצרנים תעשייתיים, אוניברסיטאות ומכוני מחקר. מגבלה: נדרשת הכשרה טכנית להפעלת המערכת.

בעיות נפוצות ופתרונות

אילו בעיות נפוצות בפתיחת שבבים וניתוח כשלים נפתרות באמצעות IBE?

IBE פותר בעיות של חדירה לא מבוקרת לשכבות לא רצויות, זיהום כימי, עיוות פני שטח, וקושי בהשגת אחידות בעיבוד שבבים מודרניים עם שכבות דקות ומבנה מורכב. הוא מאפשר הסרה מדויקת של שכבות, יצירת משטח אחיד, ומניעת נזקים לשכבות עמוקות. מגבלה: התהליך דורש זמן עיבוד ארוך יחסית לשיטות רטובות.

שאלות כלליות על פיקוטק וציוד אנליטי

איזה ציוד אנליטי נוסף מציעה פיקוטק?

פיקוטק מספקת מגוון רחב של ציוד אנליטי ומטרולוגי, כולל תחנות בדיקה (Probe Stations), מערכות SEM, FIB-SEM, Micro-CT, אליפסומטריה, מערכות למדידות חשמליות (CV/IV, התנגדות, זמן חיים), מערכות SAM, AFM וננו-אינדנטציה, בודקי משיכה וגזירה, ויברומטרים לייזר דופלר, ופתרונות לניתוח כשלים (רטוב, IBE, פלזמה, לייזר). לסקירה מלאה: עמוד הציוד האנליטי. מגבלה: לא כל הציוד מתאים לכל סוגי החומרים – יש לבדוק התאמה פרטנית.

Ion Beam Decapsulation (IBE with SIMS)

PicoTech offers Advanced Ion Beam Etching (IBE) systems with SIMS for delayering, decapsulation and reverse engineering purposes.

 

IC Delayering by Ion Beam Etching

Within the semiconductor industry, the business to tear down, deconstruct, or deprocess wafer level integrated circuits (IC) exists. This deconstruction process is pursued to conduct failure analysis and reverse engineering of the internal structure of the IC device. The IC’s are small chips which may have an areal size of 4mm x 4mm or larger with dimensions up to 25mm x 25mm. The IC’s use a Silicon substrate base on which very thin layers of electronic materials are grown to form components in microelectronic circuits.

These layers are micrometer to nanometer thick and consist of a complex array of conductive metals, insulating dielectrics and semiconductor materials. The typical number of layers can range from 5 to 12. A simple single passive layer may consist of Aluminum or Copper lines and posts surrounded by a thin barrier layer composed of a Ta or Ti based material which is all embedded in a Si based dielectric compound matrix.

Industrial demand to analyze the failure mode or reverse engineer these complicated IC structures requires the layers to be precisely and uniformly exposed layer by layer. By necessity of the IC construction, the layers which are typically exposed first are the top BEOL and “packing” ones. Then to reach deeper layers, the layers are sequentially removed layer by layer, working down to the FEOL layers. This removal technique is called delayering. The historic and standard delayering techniques are bumping-up against their limitations to handle the contemporary IC chip designs.

As the microelectronics market moves to push more powerful and densely populated IC chips, contemporary IC designs are increasingly shrinking the layer thicknesses and compacting the structures within the layers. Using the established techniques to delayer the contemporary IC chips, has become tediously costly, error prone and with limited utility. In order perform failure analysis and reverse engineering on contemporary IC chips, the delayering process requires new material removal methods which can precisely remove nanometer amounts of these electronic materials over the entire area of the IC chip.

In general, the primary objective in the delayering process would be to remove material in a manner which exposes the constitutes in a common plane of the IC chip. A failed delayering step would penetrate adjacent layers, revealing material and structures not relevant to the plane which is to be studied. The delayering process techniques need to be adept at creating a common planar surface which is smooth and uniform. The challenge confronting delayering techniques is the scale at which it performs. It must control the accurate removal of micrometer, nanometer and atomic levels of surface material. The challenge is compounded because it is not a single well identified material which is removed, but rather the surface will consist of different materials. The unique properties of these materials make them behave differently when exposed to delayering processes. The removal characteristics of the materials differ by their natural properties. Therefore, delayering employs various tactics to control removal rates while producing a flat, planar surface at the micrometer scale.

Unique Properties of IBE
1) Ion beam etching (IBE) has the capability to remove any material by a purely physical process. This process is sometimes called sputtering. Considered a universal etchant process method, IBE can etch metals, alloys, insulators, semiconductors, carbon-based materials and any multilayers or composites thereof. IBE can accurately control the rates of removal of these materials by its ability to precisely control the ion beam properties. These ion beam properties such ion energy, ion current density, incidence angle fundamentally determine the physical sputtering phenomena.

2) By selecting the correct feed gases when designing the ion beam etch process, the etch rates of materials can be optimized to preferentially remove one material over another. This optimization is called material etch selectivity. In ion beam etching, the ability to include variable process gases promotes and supports similar removal rates of the different materials found in an IC layer. The uniform removal of different materials produces quality common planar surfaces sought in delayering.

3) Ion beam etching will remove tens of micrometers of material which is well suited to etch the IC’s thick upper passivation layer. But, it’s the capability to precisely and repeatability remove atomic levels of material which is a key advantage in the delayering field. The IBE process range of operation enables gentle removal rates which allows delayering resolution at the nanometer scale. The predictability of this precision control to stop on the desired layer overcomes the undershoot or overshoot risks in the prevailing methods.

4) The surface of the IC chip does not always present a flat starting layer. Some of the top layers may have structures which protruded from the layer. A good delayering method will possess the ability to planarize or smooth the surface, removing these protruded features. Ion beam etching is uniquely suited to etch these structures with its capability control the incidence angle of the beam as it strikes the surface. In doing so, it can enhance the removal selectivity of these elevated structures over the base layer, eventually smoothing out the layer. Without the use of polishing slurries as done with mechanical force polishing, ion beam etching polishes the surfaces by removing material on the atomic/molecular scale.

5) The size of the broad ion beam is large when compared to IC chips. Therefore, ion beam etching is naturally suited to uniformly remove material from IC layers. The even distribution of processing power across a 25mm x 25mm IC chip can etch material with less than 1% non-uniformity. Consequently, the objective to form a common layer and propagate common layers deeper into the IC structure is readily achievable with our ion beam etching method.

6) When compared to the prevailing methods, ion beam etching does not present the invasive side-effects that can distort the layer and interfere with the integrity of the subsequent measurements and analysis. Ion beam etch avoids the residual contamination and damage as might occur with mechanical polishing methods. Ion beam etching avoids layer corrosion or percolation of fluid chemicals to lower layers in the IC as might happen in the wet chemical etch. In ion beam etching, the IC chip is not immersed in a high-density plasma as in the dry plasma etch method. When the IC chip is immersed in the plasma it is exposed to heat and radiation which can possibly alter surface material from its native state. Ion beam etching minimizes exposure to the bulk plasma, therefore reducing temperature and radiation concerns.