聚焦离子束FIB在失效分析技术中的应用-剖面制样

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