FIB的工作原理及其应用

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1、C嗣ateVoi恼ge‰mFig．8A1GaN／GaNHEMTs：gateleakagecurrentanddrainsub-thresholdleakagecurrentdegradations，itistrap—relatedphenomenatestingPhoton-EmissionMicroscope(PEM)，andScanningAcousticMicroscopyanditsapplicationsinfailureanalysis．Thistutorialwillbesuitableforapplicationengineers

2、，failureanalysisengineers，IC&de'vicedesignengi-neers，andseniorstudentsUniversityteachersa8well．FIB的工作原理及其应用章晓文林晓玲陈嫒(电子元器件可靠性物理及应用技术国家级重点实验室广东广州510610)。j?j。3j?jjj、j?jj?’j?jj。}j?jj。”jj。’’。’。?’。j?。j。jj：5摘要介绍了聚焦离子束显微镜的基本功能及工作原理，分析了影响离子束显微镜影像的因素。详细介i绍了气体在聚焦离子束系统中的作用，对刻蚀气体与沉积气体种类进行

3、了介绍。刻蚀气体可对不同的材料进，．行选择性刻蚀，而沉积气体可以沉积金属或介质，以进行电路的修改。关键词聚焦离子束电路修改刻蚀气体沉积气体ipj?j1j，jjjjjjj?j／jrjjjj≮?；}jjj_{jjj．+j?；?，?1引言聚焦离子束显微镜(FocusedIonbeam，FIB)系统是利用电子透镜将离子束聚集成非常小尺寸的显微精细切割仪器，目前商用系统的离子束多为液体金属离子源(LiquidMetalIonSource．LMIS)，金属材质为镓，因为镓元素具有低熔点、低蒸汽压，及良好的抗氧化能力。聚焦离子束显微境的基本功能可分为四种，即：

4、(1)精细切割，利用粒子的物理碰撞来达到切割的目的；(2)选择性的材料蒸镀，以离子束的能量分解有机金属蒸汽或气相绝缘材料，在局部区域作导体或非导体的沉积，可供金属和氧化层的沉积，常见的金属沉积有铂和钨两种。4，1，^EF

5、．^rS．，爸莓um^—要景jo葛o(3)增强刻蚀或选择性刻蚀，辅以腐蚀性气体，加速切割的效率或作选择性的材料去除。(4)刻蚀终点检测，检测二次离子的信号，以此了解切割或刻蚀的进行状况。聚焦离子束显微境在IC工业上的应用，主要分为五大类：(1)线路修改和布局验证；(2)元器件失效分析；(3)生产线工艺异常分析；(4)IC工艺监控

6、一例如光刻胶的切割；(5)透射电子显微镜样片制作。在半导体工艺不断缩小化、复杂化的过程中，更换掩膜版的成本很高，而且随着半导体工艺的进步一直在增加中。IC设计者利用FIB作局部的线路修改，可省略重做掩膜版，缩短研发到量产的时间，同时节省大量的研发费用，图l所示是用金属铂沉积做局部的线路修改。图l用金属沉积做局部的线路修补2聚焦离子束显微境的工作原理典型的离子束显微境包括液态金属离子源及离子引出极、预聚焦极、聚焦极所用的高压电源、电对中、消像散电子透镜、扫描线圈、二次粒子检测器、可移动的样品基座、真空系统、抗振动和磁场的装置、电路控制板和电脑等硬件

7、设备，见图2所示。高压系统液态金属离子源及离子源引出极离子引出极离子束引出光阑预聚焦透镜可变孔径光阑(AVA)挡光盘和遮挡光阑电对中、消像散电子透镜、扫描线圈二次聚焦透镜样品台图2镓的离子路径和聚焦离子束显饭镜的光学部分组成5外加电场于液态金属离子源，可使液态镓形成细小尖端，再加上负电场牵引尖端的镓，而导出镓离子束。在一般工作电压下，尖端电流密度约为10-SMem：，以电透镜聚焦，经过可变孔径光阑，决定离子束的大小，再经过二次聚焦以很小的束斑轰击样品表面，利用物理碰撞来达到切割的目的，离子束到达样品表面的束斑直径可达到7纳米。从表面逸出的各种粒子

8、来自不同的物理过程，带有丰富的表面信息。比较重要的有以下几种：(1)散射离子，在表面或表层弹性散射或非弹性散射的入射离子，它们的能量分布和角分布反映了表面原子的信息。(2)二次离子，从表面溅射出的离子中，有一部分是以正负离子的形式出现的，它们来自固体表面，对它们的能量和质量进行分析，可以直接得到表面组分的信息。(3)二次电子，发射的电子可能来自表面，也可能来自比较深层。如果入射离子在表面发生中和，则可产生电子发射，但在表面下层是固体原子受激或电离时，也会有电子放出，这些电子都带有表面的信息。(4)x射线及光发射，可能来自表面及表层，各种退激发及离

9、子中性化过程都可以导致光发射，离子诱导产生的光发射常常带有表面化学成分及化学态的信息。样品表面受镓离子扫描撞击而激发出的二次电子和二次离