5 奈米晶片 FIB 電路修補 到底難在哪？

7 奈米、5 奈米的晶片金屬線徑微小、金屬間距極窄，修補過程中如何維持電性完整正確？

隨著摩爾定律，目前市面上可見到的晶片已從 10 奈米、7 奈米不斷微縮 5 奈米製程，宜特 FIB 電路修補實驗室，陸續收到 5 奈米（nm）製程，必須從晶背進行電路修改樣品。這是從 2018 年首度完成 7 奈米（nm）製程的樣品後，再次挑戰更先進製程的電路修補，並成功的完成挑戰，協助客戶進行晶片性能優化，加速產品上市。宜特科技將與您分享，如何藉由多年的成功經驗，完成 7 奈米、5 奈米等級以下的先進製程 IC 晶背電路修補技術。

速讀 FIB 電路修改技術（Focus Ion Beam）

FIB（Focus Ion Beam）聚焦離子束電子顯微鏡，是利用鎵（GA+）離子源透過電場牽引成離子束，高速碰撞樣品表面產生二次離、電子收集後成像；而離子轟擊過程中利用注入不同氣體，對晶片上各種材料進行選擇性地加速或減緩蝕刻，以及沉積導電和介電絕緣材料，達到修改電路的目的，搭配 CAD 導航系統輔助，準確的定位目標，提高電路修補精準度。

▲ 蝕刻機制（圖中）、沉積機制（圖右）。

一、IC 設計產業中不可或缺的戰略技術 – FIB 電路修補技術（Focus Ion Beam）

先進製程的開發成本越趨昂貴、晶圓產能短缺交期更長，即使電路模擬軟體（如 EDA 工具）的輔助設計不斷提升，仍無法確保晶片成品能百分之百達到設計目標，一旦發現電路瑕疵只能再次進行光罩改版；然而光罩價格不斐，且重新下光罩後，等待修改過後的晶片時間通常超過一個月，因此，多數 IC 設計業者，會選擇 IC 電路修補，只需幾個小時內即可完成修改，確保電路設計符合預期，並降低時間及金錢的成本耗損。 

二、先進製程晶片金屬層間距極窄，難度大提升

本案例的晶片電路修補，目的是要將 M1 的訊號斷路（圖一），目標點區域為最小金屬層設計尺寸（MMP），在 218nm 的距離內佈局 4 根訊號線。然而無論是 7nm 或 5nm 的晶片，金屬層的間距都相當窄（約小於 10nm），電路修補施工難度都相當高，令其他同業望 IC 興嘆、束手無策。

例如圖一，此為較不佳的先進製程電路修補案例，目標點蝕刻區域變形（藍色箭頭）、且周圍金屬層扭曲受損（黃線），以及底層暴露（白色箭頭），恐造成電路受損或短路等電性異常問題，大幅度降低電路修補成功率。

▲ 圖一：目標點蝕刻變形（藍色箭頭），金屬層扭曲且受損（黃線），多處底層暴露（白色箭頭）。

為了克服此先進製程電路修補難關，宜特利用極小 40*100nm 的空間（參見圖二，黃色箭頭處）精確地將目標點切除，更為困難的是兩側金屬層的間距極窄（約小於 10nm），在切除過程中，沒有因為緊鄰目標點而受到損傷破壞，維持電性完整正確，整體的困難度很高；若對比黃框標示位置，雖為同一金屬層，但兩側金屬間距大，施工難度相對較低。

▲ 圖二：影像清晰，極窄的間隙可清楚辨識，蝕刻移除空間（黃色箭頭）僅 40×100nm，且兩側金屬保留完整未受損；黃框位置與相鄰的金屬層間隙大，若進行切割難度降低許多。

三、如何克服先進製程晶片電路修補難關 – 從晶背著手

當先進製程發展至極小奈米，包裝型式多數為覆晶包裝技術（FCBGA、CIS-BSI 等）或稱「倒晶封裝」，晶片正面將有一層電路板基板（PCB Substrate），因此 FIB 電路修補就必須從晶背來執行，當從電路源頭來執行時，經常可簡化施工內容，以提高成功率（圖三）。

▲ 圖三：路徑追蹤示意圖，假設此先進製程為 9M+AP，從晶片正面（Front side）施工 M4，需要穿過 6 層金屬層（Metal：AP~M5）難度高；若改由晶背（Back side）方向，僅需穿過 Active Area（AA）層，並簡化內容在 M1 施工。

此外，從晶背施工還有幾項優勢，例如擁有低深寬比優勢，影像擷取較佳，精準度更高，施工工時縮短（參考圖四、五）。

再者，也可藉由縮短工時，減少離子束（GA+）對晶片長時間的電荷累積，而造成電路受損的疑慮，降低不可控因子導致的失效問題。

▲ 圖四：晶片剖面圖深度比較，Back side 有低深寬比的優勢。

▲ 圖五：剖面示意圖，先削洗 silicon substrate trench 至 N well 暴露，縮小範圍針對目標點進行電路修改，且接近電路源頭，可簡化施工內容。

四、工欲善其事必先利其器 – 最先進的 FIB 電路修補工具

電路修補工具 – FIB 聚焦離子束設備能力，也隨著製程演進不斷的發展，無論在影像解析度、效能及準確度皆大幅提升。目前 FIB 工具搭配宜特電路修補技術不僅可完成 5nm 晶背電路修補外，Q1 引進的最新設備（設備能量請點此），其影像解析度更由 4.5nm 提升至 3.5nm，提高深層、微小線徑及複雜電路修補的成功率，並且其介電材料有更高的電阻率（1E15 uΩ-cm），絕緣效果更加強化，挑戰更先進製程。

宜特是台灣首家執行 FIB 電路修補的民營實驗室，翻轉 IC 設計業以往的驗證模式，大幅縮短 IC 設計公司從概念設計到量產上市時間並節省研發經費，成立至今，已替業界完成超過 369,130 顆晶片的電路修補，27 年的 FIB 電路修補經驗、搭配失效模式的大數據建立將如虎添翼，協助 IC 設計業者解決棘手的電路問題，本文與各位長久以來支持宜特的您，分享經驗，若您想要更進一步了解細節，歡迎洽詢 +886-3-5799909 分機 1068 邱小姐，Email: yuting_chiu@istgroup.com。

（圖片來源：宜特科技）