FIB（聚焦离子束）

原创 芯片失效分析 半导体工程师 2024年09月06日 08:57 北京

在FIB（聚焦离子束）装置中：目前最常用的是使用Ga离子的装置。

1.FIB的三个基本功能

FIB有很多应用，图2.43显示了实现其众多应用的三个基本功能。它们分别是图2.43（a）所示的溅射功能、图2.43（b）所示的金属／绝缘膜沉积功能和图2.43（c）所示的观察功能。如图2.43（a）所示，当样品被薄层聚焦的Ga离子辐照时，辐照区域的原子和团簇被喷射出来。这种效果使得微加工成为可能。

图2.43FIB的三个基本功能

如图2.43（b）所示，一边喷射W（C0）。等辅助气体，一边照射离子时，在照射的位置会沉积金属和绝缘物。通过将此功能与溅射功能相结合，可以实现多种类型的加工，例如剖切断面和布线校正。如图2.43（c）所示，一边扫描离子束.一边检测从照射位置出来的二次电子和二次离子，通过将其强度成像，可获得SIM（Scanning Ion Microscope：扫描离子显微镜）。

由于具有SIM功能。还可以在加工的同时进行监视。

2.FIB的多种功能

FIB的各种功能大致可以分为3种：剖切断面和实时观察：其他分析法预处理（如TEM样品制备）：多晶金属晶粒微细结构观察。下边按顺序说明。

1）剖切断面和实时观察。

剖切断面和实时观察的步骤如图2.44所示。首先，如图2.44（a）所示，在需要剖切断面的部位沉积C和W等。这是为了在露出截面时，防止其边缘崩塌。如图2.44（b）所示，剖切断面：为了在短时间内完成这一工作，需要在离目标观察位置有一定距离的部位开始浅挖。此外，在开始时增加离子束电流来提高挖掘速度，结束时减少离子束电流。以提高精度。露出断面后，将样品倾斜，以便从离子束照射的上方可以看到.接着如图2.44（c)所示进行SIM观察。

(a)C和w等的沉积             (b)剖切断面           (c)剖面SIM观察

图2.44 剖切断面和实时观察的步骤

图2.45显示了使用该方法对工艺次品进行剖切断面和实时观察的例子。在图2.45（a）中用光学显微镜只能看到一个黑点（图2.45中标为“针孔”）的位置、图2.45（b）中发现了一处短路（世界上第一个应用于FIB失效分析的例子）。

本书的剖面SIM图像都使用该种方法观察得出。2）其他分析法预处理：TEM样品制备等。

它具有许多应用，例如对SEM和TEM/STEM的剖面和平面观察样品的预处理，剥出焊盘进行探测，以及在电位对比度观察期间进行电荷释放处理。

3）多晶金属晶粒微细结构观察。

(a)平面光学图像 (b）剖面SIM图像

图2.45FIB剖切断面和实时观察在工艺缺陷中的应用：世界首次（1988）

图2.46显示了用FIB剖切断面并用SIM图像实时观察的示例。该样品进行了电迁移测试，用OBIRCH检测电阻增加的部分，并通过FIB显示剖面．在上层布线的实线圈部分可以看到约10个晶粒（每个都是单晶）具有不同的对比度。这种对比度被称为通道对比度。该对比度差异的原因取决于Ga离子在表面附近释放了多少二次电子。二次电子释放量的不同取决于晶向的不同。就Ga离子而言，原子排列密集的晶向会发出更多的二次电子．看起来更亮，而原子排列稀疏的晶向会发出更少的二次电子，看起来更暗。

图2.46利用通道对比度观察品粒

另一方面，在下层布线虚线的圆圈部分，由于对比度的差异，可以看到空洞（孔）。这反映了由于几何形状的差异而发出的二次电子的数量。

摘自：图解入门半导体器件缺陷与失效分析技术精讲

作者:上田修 山本秀和;机械工业出版社

日 可靠性技术丛书编辑委员会 主编

二川清 编著

上田修 山本秀和 著

李哲洋 于乐 译

各种分析工具可有效提升良率

多位日本半导体专家倾力打造

硅集成电路的失效分析

功率器件的缺陷，失效分析

化合物半导体发光期间的缺陷，失效分析

半导体工程师

半导体经验分享，半导体成果交流，半导体信息发布。半导体行业动态，半导体从业者职业规划，芯片工程师成长历程。