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金鉴李工:分析双束FIB-TEM试样中缺陷剖面制作

kaikai 2023-11-12 14:06:39
聚焦离子束技术(Focused Ion beam,FIB)是利用电透镜将离子束聚焦成极小尺寸的离子束轰击材料表面,实现材料的剥离、沉积、注入、切割和改性。在纳米科技蓬勃发展的今天,纳米尺度制造业得到了飞速发展,其中纳米加工是纳米制造业中最核心的组成部分,纳米加工中最具代表性的手段是聚焦离子束。


FIB(Focused Ion Beam,聚焦离子束)是将离子源(如镓)产生的离子束经过离子枪加速,并利用电透镜聚焦成非常小尺寸(纳米级)的显微切割仪器。可以实现微、纳米级尺度的表面形貌加工。通常会配置高分辨的扫描电镜(SEM),用于切割位置的定位及新鲜截面的成像,也就是常说的双束FIB。

1、FIB在失效分析中的应用

FIB技术的问世,实现了超大规模集成电路失效分析中故障位置的精密定位,它是大规模集成电路故障分析的基础。失效分析能不能完成取决于最后能不能发现结构中的瑕疵,瑕疵若在内部或表面不容易被观测到的地方,则需切面观测,例如多层结构中的瑕疵、PN结构瑕疵、电迁移或腐蚀导致金属化层的厚度改变等。手工剖切面耗时耗力,加工精度不容易得到保证。在高集成度或者亚微米线宽面前,如今FIB加工精度可以达到深亚微米级和纳米级,这无疑是一种十分重要的装置。

2、失效点的FIB定位

在失效分析作业中,离子束显微镜可以迅速找到缺陷的部位并执行切割动作以确认缺陷出现的水平,从而可以避免将芯片送入无尘室之后和外界灰尘相混淆,免去工程为制备试片之麻烦,而省去传统机械研磨法所需之许多人力及工时。离子束扫描显微镜具有极高的倍率和较大的视野,并且光线对于硅片表面二氧化硅具有良好的穿透性,可通过光学显微镜判断出失效点的大概位置,并利用激光装置对其进行标记,依据标记区的差异,寻找出失效部位,在其背后进行离子束切割。


3、缺陷剖面制作

利用FIB溅射刻蚀或辅助气体溅射刻蚀可以方便地制作集成电路的切面,用来分析失效电路的设计错误或制造缺陷,分析电路制造中的成品率的原因,以及研究和改进对电路制造过程的控制。



4、TEM试样制备

TEM分辨率极高,分析能力很强,缺陷TEM样品的成功制备对于获得精确的失效分析结果至关重要。但TEM样品制备过程复杂,难度大,且TEM需要样品观察区厚度在100nm以下,这样电子束才能穿透样品。传统试样制备技术十分费时、费力、成品率不高、定位难度大。FIB铣削技术为TEM样品的制备提供了很大便利,同时大大提高了失效分析TEM样品的成功率。


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