Fehlersuche in Chips

Wenn ein Chip nicht wie erwartet funktioniert oder eine Messung Auffälligkeiten während der Produktion zeigt, kommen die betroffenen Teile in die hauseigene Analyseabteilung mit 90 Angestellten. Hier werden Qualitätskontrollen durchgeführt, Fehler gesucht und die Ergebnisse neuer oder überarbeiteter Produktionsprozesse analysiert. Hier zeigt uns Pascal Limbecker, der vor 17 Jahren direkt nach dem Studium zu GF nach Dresden kam, die, wie er sagt, "Geräte, bei denen man was sieht" – das Labor verfügt allerdings über deutlich mehr Geräte, beispielsweise verschiedene Spektrografen.

Stellenmarkt
  1. Produktionscontroller (m/w/d) - Schwerpunkt ERP
    Goldbeck GmbH, Bielefeld, Hamm, Plauen, Vöhringen (bei Ulm)
  2. Software Developer für Anwendungen und Schnittstellen (m/w / divers)
    Continental AG, Villingen
Detailsuche

Wichtigstes Werkzeug sind für Limbecker und seine Kollegen sogenannte Focused-Ion-Beam-Mikroskope (FIB), die eine Probe mit Gallium-Ionen beschießen, um die Oberfläche abzubilden oder – je nach Intensität des Ionenstroms – abzutragen. So lassen sich verborgene Schichten im Silizium freilegen und anschließend betrachten, mit dem integrierten Rasterelektronenmikroskop (REM) sogar ohne weitere Zerstörung der Oberfläche. Das Labor verfügt gleich über mehrere der Geräte, die ähnlich teuer sind wie die Maschinen im Reinraum.

Mit einem der Geräte, allerdings einer leistungsfähigeren Variante mit Plasmastrahl, demonstriert Limbecker die Schneidfunktion: Nach knapp zwei Minuten klafft in der Oberfläche des auf einer drehbaren Plattform montierten Siliziumplättchens ein einige Hundert Quadratmikrometer großes, rechteckiges Loch. Zu sehen ist es natürlich nur auf dem REM-Bild, hier können wir jetzt betrachten, was der Plasmastrahl freigelegt hat.

Zusätzlich ist das Gerät, das ganz auf die Bedürfnisse der Halbleiterindustrie ausgelegt ist, ein extrem teurer Durchgangsprüfer für ziemlich kleine Leitungen. Eine winzige Nadel lässt sich auf die Oberfläche der Probe absenken und dort mit einer der Leiterbahnen aus Kupfer in Kontakt bringen. Der Elektronenstrahl des REM wird auf einen anderen Teil der Leiterbahn gerichtet; fließt ein Strom zur Nadel, ist die Leiterbahn intakt.

Ein industrieller Prozess ist nie perfekt

Golem Karrierewelt
  1. Adobe Premiere Pro Aufbaukurs: virtueller Zwei-Tage-Workshop
    17./18.10.2022, Virtuell
  2. DP-203 Data Engineering on Microsoft Azure: virtueller Vier-Tage-Workshop
    24.-27.10.2022, virtuell
Weitere IT-Trainings

Betrieben wird dieser große Aufwand, weil die Halbleiterfertigung keine exakte Wissenschaft ist. Speziell wenn Veränderungen an einem Prozess vorgenommen werden, ein neuer entwickelt wird oder neue Materialien verwendet werden, muss kontrolliert werden, ob alles wie erwartet funktioniert: Ist die Trennschicht zwischen Silizium und Kupfer intakt und durchgängig (sonst diffundiert Kupfer ins Silizium und zerstört den Halbleiter)? Warum hat die Spule einen Kurzschluss? Sehen die aufgewachsenen Kristallstrukturen aus wie erwartet? Welche Maschine sorgt gerade für mehr Ausschuss? Solchen Fragen gehen Limbecker und seine Kollegen auf den Grund.

  • Zum Transport sind die Wafer in FOUP genannte Boxen sortiert. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Ein FOUP fasst 25 Wafer mit einem Durchmesser von 300 mm. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Mehr als 900 dieser Transportroboter sind an der Decke der Hallen unterwegs. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Einfach rumstehen darf nichts, zum Abstellen gibt es ausgewiesene Bereiche. Außerdem muss immer abgesperrt werden. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Die Maschinen kommen ohne Menschen zurecht, nur selten sitzt jemand davor. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Am Übergang vom gelb beleuchteten Lithografiebereich zum weiß beleuchteten Abschnitt (hier blau durch Weißabgleich) gibt es automatische Türen für die Transportroboter. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Zwischen den einzelnen Hallen gibt es Brücken, die die Reinräume verbinden. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Fenster gibt es in den Reinräumen eigentlich kaum, die wenigen sind mit Folie abgeklebt, um schädliche Spektren auszusperren. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Gelegentlich gibt es unter der Decke Stau. Rechts sind die Deckenlagerplätze sowie ein Stocker zu sehen, in denen die Transportroboter FOUPs zwischenlagern. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • In der Bump Test Facility transportiert ein Roboter die FOUPs am Boden. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Einige Beispiele von Chips aus der Dresdner Fab. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Im Labor für Materialanalyse dürfen wir auch einen Wafer in die Hand nehmen. Darauf befinden sich verschiedene Teststrukturen. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Geübte Augen erkennen anhand der Muster, was sich auf dem Wafer befindet. Ich muss nachfragen.  (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Im Reinraum ist nur Papier für Notizen erlaubt. (Bild: Johannes Hiltscher/Golem.de)
Im Labor für Materialanalyse dürfen wir auch einen Wafer in die Hand nehmen. Darauf befinden sich verschiedene Teststrukturen. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)

Neben den FIBs steht dafür noch ein Transmissionselektronenmikroskop (TEM) zur Verfügung. Das kann nicht nur per Elektronentomografie Schnittbilder eines Chips erzeugen und mittels Röntgenspektroskopie die in der Probe enthaltenen Elemente bestimmen – was bei der Suche von Fehlerquellen in der laufenden Produktion hilfreich ist. Das raumhohe Gerät kann sogar einzelne Atome abbilden, was zur Analyse der Kristallstruktur genutzt werden kann. In einigen Produktionsprozessen wird das Silizium gestreckt (strained silicon), also in eine unnatürliche Kristallstruktur gezwungen. So lässt sich die Elektronenmobilität im Halbleiter erhöhen, was schnellere Transistoren ermöglicht. Ob die Atome wie vorgesehen gestreckt sind, lässt sich mit dem TEM überprüfen.

Am Anfang jeder Fehlersuche steht aber die Frage: Wo muss gesucht werden?

Bitte aktivieren Sie Javascript.
Oder nutzen Sie das Golem-pur-Angebot
und lesen Golem.de
  • ohne Werbung
  • mit ausgeschaltetem Javascript
  • mit RSS-Volltext-Feed
 Halbleiterfertigung ist wie kochenDen Suchbereich eingrenzen 
  1.  
  2. 1
  3. 2
  4. 3
  5. 4
  6. 5
  7. 6
  8.  


JouMxyzptlk 21. Sep 2022 / Themenstart

Wird dem "IT-New für Profis" wieder gerecht. Es bräuchte mehr von diesem Niveau...

Kaeptn Quasar 21. Sep 2022 / Themenstart

Ich war echt überrascht von der Größe dieser automatisierten Anlage und wieviele Schritte...

Netzweltler 21. Sep 2022 / Themenstart

Bei so teuren Reinräumen gibt es einige Redundanzen bei Energie-/Medienversorgung, der...

jhi (Golem.de) 21. Sep 2022 / Themenstart

Das stimmt, aber das Labor nicht ;)

Kommentieren



Aktuell auf der Startseite von Golem.de
Cloudgaming
Google Stadia scheiterte nur an sich selbst

Die Technik war nicht das Problem von Alphabets ambitioniertem Cloudgaming-Dienst. Das Problem liegt bei Google. Ein Nachruf.
Eine Analyse von Daniel Ziegener

Cloudgaming: Google Stadia scheiterte nur an sich selbst
Artikel
  1. Tiktok-Video: Witz über große Brüste kostet Apple-Manager den Job
    Tiktok-Video
    Witz über große Brüste kostet Apple-Manager den Job

    Er befummle von Berufs wegen großbrüstige Frauen, hatte ein Apple Vice President bei Tiktok gewitzelt. Das kostete ihn den Job.

  2. Copilot, Java, RISC-V, Javascript, Tor: KI macht produktiver und Rust gewinnt wichtige Unterstützer
    Copilot, Java, RISC-V, Javascript, Tor
    KI macht produktiver und Rust gewinnt wichtige Unterstützer

    Dev-Update Die Diskussion um die kommerzielle Verwertbarkeit von Open Source erreicht Akka und Apache Flink, OpenAI macht Spracherkennung, Facebook hilft Javascript-Enwicklern und Rust wird immer siegreicher.
    Von Sebastian Grüner

  3. Vantage Towers: 1&1 Mobilfunk gibt Vodafone die Schuld an spätem Start
    Vantage Towers
    1&1 Mobilfunk gibt Vodafone die Schuld an spätem Start

    Einige Wochen hat es gedauert, bis 1&1 Mobilfunk eine klare Schuldzuweisung gemacht hat. Doch Vantage Towers verteidigt seine Position im Gespräch mit Golem.de.

Du willst dich mit Golem.de beruflich verändern oder weiterbilden?
Zum Stellenmarkt
Zur Akademie
Zum Coaching
  • Schnäppchen, Rabatte und Top-Angebote
    Die besten Deals des Tages
    Daily Deals • LG OLED TV 2022 65" 120 Hz 1.799€ • ASRock Mainboard f. Ryzen 7000 319€ • MindStar (G.Skill DDR5-6000 32GB 299€, Mega Fastro SSD 2TB 135€) • Alternate (G.Skill DDR5-6000 32GB 219,90€) • Xbox Series S + FIFA 23 259€ • PCGH-Ratgeber-PC 3000€ Radeon Edition 2.500€ [Werbung]
    •  /