Struktur und Zusammensetzung von ICs
ICs sind winzige Chips mit Flächengrößen von etwa 4 × 4 mm bis zu 25 × 25 mm. Sie basieren auf einem Siliziumsubstrat, auf dem extrem dünne Schichten elektronischer Materialien abgeschieden werden, um Mikroelektronik-Bauelemente zu formen. Diese Schichten – von wenigen Mikrometern bis hinunter in den Nanometerbereich – bestehen aus einer komplexen Kombination von leitfähigen Metallen, isolierenden Dielektrika und Halbleitermaterialien.
Ein IC umfasst in der Regel 5 bis 12 Schichten. Schon eine einfache, passive Lage kann Aluminium- oder Kupferleitungen enthalten, eingebettet in eine dünne Barriereschicht aus Tantal- oder Titanmaterialien, wiederum eingebettet in eine Silizium-basierte dielektrische Matrix.
Ziel und Prozess des Delayerings
Um Fehlerursachen zu identifizieren oder komplexe IC-Strukturen rückzuentwickeln, ist es entscheidend, die einzelnen Schichten präzise und gleichmäßig freizulegen. Üblicherweise werden zuerst die oberen BEOL- (Back End of Line) und Packaging-Schichten entfernt, bevor man sich Schritt für Schritt zu den tieferliegenden FEOL- (Front End of Line) Schichten vorarbeitet. Dieses sequenzielle Verfahren wird als „Delayering“ bezeichnet.
Konventionelle Methoden stoßen bei modernen IC-Designs jedoch zunehmend an ihre Grenzen.
Herausforderungen im Delayering-Prozess
Mit dem Trend zu leistungsfähigeren, dichter gepackten ICs schrumpfen die Schichtdicken und die Strukturen werden immer komplexer. Herkömmliche Verfahren sind dafür oft zu kostspielig, fehleranfällig oder schlicht unzureichend.
Effektive Delayering-Methoden müssen heute in der Lage sein, Material im Nanometermaßstab gleichmäßig über die gesamte Chipfläche zu entfernen und dabei absolut plane Oberflächen zu schaffen – ohne angrenzende Schichten zu beschädigen. Die Schwierigkeit verstärkt sich durch die Vielfalt an Materialien, die jeweils unterschiedlich auf den Abtrag reagieren.
Einzigartige Eigenschaften des Ionenstrahlätzens (IBE)
Ion Beam Etching (IBE) bietet hierfür entscheidende Vorteile:
1) Universeller Materialabtrag
Durch Sputtern lassen sich Metalle, Isolatoren, Halbleiter und komplexe Multilagen gleichermaßen bearbeiten.
2) Selektivität
Mit der Wahl geeigneter Prozessgase können Abtragsraten gezielt gesteuert und unterschiedliche Materialien bevorzugt entfernt werden.
3) Präzision im Nanometerbereich
IBE ermöglicht reproduzierbare Ergebnisse bis auf atomare Ebenen und minimiert so Fehlabträge.
4) Oberflächen-Planarisierung
Selbst unebene Chipoberflächen können durch gezielte Strahlführung gleichmäßig geglättet werden – ganz ohne mechanische Politur.
5) Großflächige Gleichmäßigkeit
IBE erreicht weniger als 1 % Nicht-Uniformität über den gesamten Chip (bis 25 × 25 mm).
6) Nicht-invasiver Prozess
Anders als Polieren, Nasschemie oder Plasmaätzen vermeidet IBE Kontamination, Korrosion und Strahlungsschäden.
Zukunft des Delayerings
Dank seiner Präzision, Flexibilität und Prozesssicherheit gilt IBE als Schlüsseltechnologie für die Analyse und das Reverse Engineering moderner IC-Designs – und wird auch in Zukunft eine zentrale Rolle spielen, wenn Schaltungen noch komplexer und dichter werden.