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聚焦离子束(FIB)原理及其在失效分析中的应用

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随着集成电路技术的不断发展,其芯片的特征尺寸变得越来越小,器件的结构越来越复杂,与之相应的芯片工艺诊断、失效分析、器件微细加工也变得越来越困难,传统的分析手段已经难以满足集成电路器件向深亚微米级、纳米级技术发展的需要。FIB技术的出现实现了超大规模集成电路在失效分析对失效部位的精密定位,是大规模集成电路失效分析的基础。现在FIB 的加工精度可达到深亚微米级、纳米级。
FIB系统大体上可以分为三个主要部分:离子源、离子束聚焦/扫描系统和样品台,如图1所示。离子源位于整个系统的顶端, 离子经过高压抽取、加速并通过位于离子柱腔体内的静电透镜、四极偏转透镜以及八极偏转透镜,形成很小的离子束斑(可达到5nm), 轰击位于样品台上的样品。
FIB技术可以在SEM高分辨率的清晰图像下,使用离子束刻蚀,可以非常精确地在器件特定微区制作剖面,而且FIB对所加工的样品材料没有限制,还可以边刻蚀边利用SEM及时观察进展情况,使得加工的剖面具有极高的定位精度,由于整个过程样品受到的应力很小,所以,剖面具有很好的完整性。FIB都必须搭配其他失效分析工具来完成分析的工作,比如扫描式电子显微镜、透射式电子显微镜、能量分散谱仪、光发射显微镜等等。
根据缺陷的实际情况,首先进行失效点的FIB定位,先使用光发射显微镜(PEM)确定失效点的大致位置,并用激光装置标记出来。新型的聚焦式离子束显微镜,目前基本都是双粒子束(Dual Beam)的机型(离子束+电子束),在以离子束切割前,用电子束观察影像,而且电子束观察对样品一般不具有破坏性。可以将已标记出大致失效位置的样品放入FIB用电子束观察,由于电子束扫描显微镜的倍率很高,这样就可以在这个标记出的区域中,根据硅片上的图形区域的不同,找到失效的位置,进行后续的离子束切割。
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。
先用FIB系统在大束流条件下刻蚀出阶梯剖面,剖面的深度和宽度可根据缺陷尺寸来确定,做成阶梯状的目的是为了便于用FIB对剖面进行成像。当剖面表面倾斜54°时,离子束能够扫描到整个剖面表面,并使电子检测器接收到二次电子或二次离子信号。
FIB技术在金鉴实验室半导体器件失效分析中心已经得到广泛的应用,目前已经对十几例大规模集成电路成功进行了失效分析,取得了一定的经验。这一技术的发展实现了大规模集成电路分析工作在失效分析中心成功的开展。


IP属地:广东1楼2022-10-27 09:55回复