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聚焦离子束FIB在失效分析技术中的应用-剖面制样

kaikai 6 天前
什么是聚焦离子束FIB

聚焦离子束(FIB)技术是一种先进的微纳加工和分析技术,它在许多方面与聚焦电子束技术相似,但使用离子源代替电子源,并采用离子光学系统。以下是对FIB技术的描述和应用:

技术原理:FIB技术使用镓(Ga)或铟(In)作为离子源,通过静电透镜将这些元素离子化并聚焦成细小的离子束,用于扫描样品表面。

应用方式:在低束流条件下,FIB可以作为扫描离子显微镜使用,其工作原理与扫描电子显微镜(SEM)类似。在高束流条件下,FIB能够局部去除或沉积材料,用于芯片电路的修改和制作局部剖切面。

加工过程:FIB系统通过控制不同的束流强度和辅助气体,对微电路进行加工和修复。利用离子束产生的溅射刻蚀或辅助气体增强的溅射刻蚀,可以制作剖面,其深度和宽度可以根据需要进行调整。首先使用大束流条件刻蚀出阶梯剖面,这一步骤可能需要10到15分钟。为了提高效率,可以在刻蚀过程中使用辅助气体来增强刻蚀效果。在大量材料被去除后,使用适中的离子束流对剖面进行精细加工,清理表面。最后,使用小束流对剖面进行抛光,并通过FIB的最小束流进行扫描,利用二次电子或二次离子成像技术来分析剖面中的缺陷。

分析应用:FIB剖面制样技术广泛应用于元器件失效分析、生产线工艺异常分析、集成电路(IC)工艺监控等领域。在分析电路设计错误、制作缺陷、低成品率原因以及改进电路制造过程控制时,FIB技术可以在可疑的器件位置制作剖面,以便观察和分析缺陷。

FIB技术因其高精度和多功能性,在微电子和纳米技术领域中发挥着重要作用,特别是在需要对材料进行精确加工和分析的场合。为对材料进行深入的失效分析及研究,金鉴实验室具备Dual Beam FIB-SEM业务,包括透射电镜(TEM)样品制备,材料微观截面截取与观察、样品微观刻蚀与沉积以及材料三维成像及分析等。通过FIB技术,研究人员和工程师能够深入理解材料的微观结构和缺陷,从而优化设计和制造过程。


聚焦离子束FIB的特点

FIB利用高强度聚焦离子束对材料进行纳米加工,配合扫描电镜(SEM)等高倍数电子显微镜实时观察,成为了纳米级分析、制造的主要方法。目前已广泛应用于半导体集成电路修改、离子注入、切割和故障分析等。


聚焦离子束FIB应用领域

1、在IC生产工艺中,发现微区电路蚀刻有错误,可利用FIB的切割,断开原来的电路,再使用定区域喷金,搭接到其他电路上,实现电路修改,最高精度可达5nm。

2、产品表面存在微纳米级缺陷,如异物、腐蚀、氧化等问题,需观察缺陷与基材的界面情况,利用FIB就可以准确定位切割,制备缺陷位置截面样品,再利用SEM观察界面情况。

3、微米级尺寸的样品,经过表面处理形成薄膜,需要观察薄膜的结构、与基材的结合程度,可利用FIB切割制样,再使用SEM观察。

4、FIB制备透射电镜超薄样,利用fib精确的定位性对样品进行减薄,可以制备出厚度100nm左右的超薄样品。以下是案例图片:

微米级缺陷样品截面制备

  PCB电路断裂位置,利用离子成像观察铜箔金相

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