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FIB技術(shù)在芯片設(shè)計(jì)及加工中的應(yīng)用 FIB技術(shù)在芯片設(shè)計(jì)及加工中的應(yīng)用 1.IC芯片電路修改 用FIB對芯片電路進(jìn)行物理修改可使芯片設(shè)計(jì)者對芯片問題處作針對性的測試,以便更快更準(zhǔn)確的驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案。 若芯片部份區(qū)域有問題,可通過FIB對此區(qū)域隔離或改正此區(qū)域功能,以便找到問題的癥結(jié)。 FIB還能在最終產(chǎn)品量產(chǎn)之前提供部分樣片和工程片,利用這些樣片能加速終端產(chǎn)品的上市時(shí)間。利用FIB修改芯片可以減少不成功的設(shè)計(jì)方案修改次數(shù)，縮短研發(fā)時(shí)間和周期。 2.Cross-Section 截面分析 用FIB在IC芯片特定位置作截面斷層,以便觀測材料的截面結(jié)構(gòu)與材質(zhì),定點(diǎn)分析芯片結(jié)構(gòu)缺陷。 3.Probing Pad 在復(fù)雜IC線路中任意位置引出測試點(diǎn), 以便進(jìn)一步使用探針臺(Probe- station) 或 E-beam 直接觀測IC內(nèi)部信號。 4.FIB透射電鏡樣品制備 這一技術(shù)的特點(diǎn)是從納米或微米尺度的試樣中直接切取可供透射電鏡或高分辨電鏡研究的薄膜。試樣可以為IC芯片、納米材料、顆粒或表面改性后的包覆顆粒，對于纖維狀試樣，既可以切取橫切面薄膜也可以切取縱切面薄膜。對含有界面的試樣或納米多層膜，該技術(shù)可以制備研究界面結(jié)構(gòu)的透射電鏡試樣。技術(shù)的另一重要特點(diǎn)是對原始組織損傷很小。 5.材料鑒定 材料中每一個(gè)晶向的排列方向不同，可以利用遂穿對比圖像進(jìn)行晶界或晶粒大小分布的分析。另外，也可加裝EDS或SIMS進(jìn)行元素組成分析。 1.引言 隨著納米科技的發(fā)展，納米尺度制造業(yè)發(fā)展迅速，而納米加工就是納米制造業(yè)的核心部分，納米加工的代表性方法就是聚焦離子束。近年來發(fā)展起來的聚焦離子束（FIB）技術(shù)利用高強(qiáng)度聚焦離子束對材料進(jìn)行納米加工，配合掃描電鏡（SEM）等高倍數(shù)電子顯微鏡實(shí)時(shí)觀察，成為了納米級分析、制造的主要方法。目前已廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體集成電路修改、切割和故障分析等。 2.工作原理 聚焦離子束(ed Ion beam, FIB)的系統(tǒng)是利用電透鏡將離子束聚焦成非常小尺寸的顯微切割儀器，目前商用系統(tǒng)的離子束為液相金屬離子源(Liquid MetaIon Source,LMIS)，金屬材質(zhì)為鎵(Gallium, Ga)，因?yàn)殒壴鼐哂械腿埸c(diǎn)、低蒸氣壓、及良好的抗氧化力；典型的離子束顯微鏡包括液相金屬離子源、電透鏡、掃描電極、二次粒子偵測器、5-6軸向移動的試片基座、真空系統(tǒng)、抗振動和磁場的裝置、電子控制面板、和計(jì)算機(jī)等硬設(shè)備，外加電場于液相金屬離子源，可使液態(tài)鎵形成細(xì)小尖端，再加上負(fù)電場(Extractor) 牽引尖端的鎵，而導(dǎo)出鎵離子束，在一般工作電壓下，尖端電流密度約為1埃10-8 Amp/cm2，以電透鏡聚焦，經(jīng)過一連串變化孔徑 (Automatic Variable Aperture, AVA)可決定離子束的大小，再經(jīng)過二次聚焦至試片表面，利用物理碰撞來達(dá)到切割之目的，結(jié)構(gòu)示意圖如下圖： 3.應(yīng)用 聚焦離子束系統(tǒng)除了具有電子成像功能外，由于離子具有較大的質(zhì)量，經(jīng)過加速聚焦后還可對材料和器件進(jìn)行蝕刻、沉積、離子注入等加工。 3.1 離子束成像 聚焦離子束轟擊樣品表面，激發(fā)二次電子、中性原子、二次離子和光子等，收集這些信號，經(jīng)處理顯示樣品的表面形貌。目前聚焦離子束系統(tǒng)成像分辨率已達(dá)到5nm，比掃描電鏡稍低，但成像具有更真實(shí)反映材料表層詳細(xì)形貌的優(yōu)點(diǎn)。 3.2 離子束蝕刻 高能聚焦離子束轟擊樣品時(shí)，其動能會傳遞給樣品中的原子分子，產(chǎn)生濺射效應(yīng)，從而達(dá)到不斷蝕刻，即切割樣品的效果。其切割定位精度能達(dá)到5nm級別，具有超高的切割精度。 使用高能了離子束將不活潑的鹵化物氣體分子變?yōu)榛钚栽�、離子和自由基，這些活性基團(tuán)與樣品材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后的產(chǎn)物是揮發(fā)性，當(dāng)脫離樣品表面時(shí)立刻被真空系統(tǒng)抽走。這些腐蝕氣體本身不與樣品材料發(fā)生作用，由由離子束將其離解后，才具有活性，這樣便可以對樣品表面實(shí)施選擇性蝕刻。在集成電路修改方面有著重要應(yīng)用。 3.3 離子束沉積薄膜 利用離子束的能量激發(fā)化學(xué)反應(yīng)來沉積金屬材料和非金屬材料。通過氣體注入系統(tǒng)將一些金屬有機(jī)物氣體噴涂在樣品上需要沉積的區(qū)域，當(dāng)離子束聚焦在該區(qū)域時(shí)，離子束能量使有機(jī)物發(fā)生分解，分解后的金屬固體成分被沉積下來，而揮發(fā)性有機(jī)物成分被真空系統(tǒng)抽走。 3.4 離子注入 聚焦離子束的一個(gè)重要應(yīng)用時(shí)可以無掩模注入離子。掩模注入是半導(dǎo)體領(lǐng)域的一項(xiàng)基本操作技術(shù)，利用聚焦離子束技術(shù)的精確定位和控制能力，就可以不用掩模板，直接在半導(dǎo)體材料和器件上特定的點(diǎn)或者區(qū)域進(jìn)行離子注入，精確控制注入的深度和廣度。 3.5 透射電鏡樣品制備 透射電鏡的樣品限制條件是透射電鏡應(yīng)用的一大難題，通常透射電鏡的樣品厚度需控制在0.1微米以下。傳統(tǒng)方法是通過手工研磨和離子濺射減薄來制樣，不但費(fèi)時(shí)而且還無法精確定位。聚焦離子束在制作透射電鏡樣品時(shí)，不但能精確定位，還能做到不污染和損傷樣品。 |
