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  • 發布時間:2019-12-17 09:39 原文鏈接: 聚焦離子束(FIB)原理及其在失效分析中的應用

    隨著集成電路技術的不斷發展,其芯片的特征尺寸變得越來越小,器件的結構越來越復雜,與之相應的芯片工藝診斷、失效分析、器件微細加工也變得越來越困難,傳統的分析手段已經難以滿足集成電路器件向深亞微米級、納米級技術發展的需要。FIB技術的出現實現了超大規模集成電路在失效分析對失效部位的精密定位,是大規模集成電路失效分析的基礎。現在FIB 的加工精度可達到深亞微米級、納米級。FIB系統大體上可以分為三個主要部分:離子源、離子束聚焦/掃描系統和樣品臺,如圖1所示。離子源位于整個系統的頂端, 離子經過高壓抽取、加速并通過位于離子柱腔體內的靜電透鏡、四極偏轉透鏡以及八極偏轉透鏡,形成很小的離子束斑(可達到5nm), 轟擊位于樣品臺上的樣品。

     

    FIB技術可以在SEM高分辨率的清晰圖像下,使用離子束刻蝕,可以非常精確地在器件特定微區制作剖面,而且FIB對所加工的樣品材料沒有限制,還可以邊刻蝕邊利用SEM及時觀察進展情況,使得加工的剖面具有極高的定位精度,由于整個過程樣品受到的應力很小,所以,剖面具有很好的完整性。FIB都必須搭配其他失效分析工具來完成分析的工作,比如掃描式電子顯微鏡、透射式電子顯微鏡、能量分散譜儀、光發射顯微鏡等等。

    目前航天半導體器件失效分析中心已經引進2臺光發射顯微鏡(PEM)設備,并初步掌握了集成電路微觀缺陷定位技術。

    根據缺陷的實際情況,首先進行失效點的FIB定位,先使用光發射顯微鏡(PEM)確定失效點的大致位置,并用激光裝置標記出來。新型的聚焦式離子束顯微鏡,目前基本都是雙粒子束(Dual Beam)的機型(離子束+電子束),在以離子束切割前,用電子束觀察影像,而且電子束觀察對樣品一般不具有破壞性。可以將已標記出大致失效位置的樣品放入FIB用電子束觀察,由于電子束掃描顯微鏡的倍率很高,這樣就可以在這個標記出的區域中,根據硅片上的圖形區域的不同,找到失效的位置,進行后續的離子束切割。

    利用FIB濺射刻蝕或輔助氣體濺射刻蝕可以方便地制作集成電路的切面,用來分析失效電路的設計錯誤或制造缺陷,分析電路制造中的成品率的原因,以及研究和改進對電路制造過程的控制。

    先用FIB系統在大束流條件下刻蝕出階梯剖面,剖面的深度和寬度可根據缺陷尺寸來確定,做成階梯狀的目的是為了便于用FIB對剖面進行成像。當剖面表面傾斜54°時,離子束能夠掃描到整個剖面表面,并使電子檢測器接收到二次電子或二次離子信號。圖2、3是某缺陷的剖面圖。



    FIB技術在航天半導體器件失效分析中心已經得到廣泛的應用,目前已經對十幾例大規模集成電路成功進行了失效分析,取得了一定的經驗。這一技術的發展實現了大規模集成電路分析工作在失效分析中心成功的開展。


     


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