技術(shù)原理與核心優(yōu)勢

聚焦離子束雙束系統(tǒng)（FIB - SEM）是一種集成多種先進(jìn)技術(shù)的高端設(shè)備，其核心構(gòu)成包括聚焦離子束（FIB）模塊、掃描電子顯微鏡（SEM）模塊以及多軸樣品臺，這種獨特的結(jié)構(gòu)設(shè)計使得它能夠?qū)崿F(xiàn)加工與觀測的一體化操作，極大地提高了工作效率和分析精度。

1.FIB 模塊的關(guān)鍵作用

FIB 模塊采用液態(tài)金屬離子源（LMIS）產(chǎn)生鎵離子束（Ga?），這種鎵離子束具備極高的能量和精度，能夠?qū)崿F(xiàn)納米級的刻蝕、沉積以及樣品制備等一系列微加工操作。在半導(dǎo)體芯片等微觀領(lǐng)域的研究與制造過程中，這種納米級的加工能力至關(guān)重要，它可以對材料的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行精準(zhǔn)的改造和塑造，為后續(xù)的分析和應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

2.SEM 模塊的實時監(jiān)控功能

掃描電子顯微鏡（SEM）模塊則通過二次電子成像技術(shù)，能夠?qū)崟r監(jiān)控加工過程。它具有極高的定位精度，可達(dá)亞微米級，這意味著在進(jìn)行微觀加工時，操作人員可以精確地觀察到加工部位的細(xì)節(jié)變化，從而及時調(diào)整加工參數(shù)，確保加工的準(zhǔn)確性和質(zhì)量。

3.雙束協(xié)同的綜合優(yōu)勢

FIB - SEM 雙束系統(tǒng)最顯著的優(yōu)勢在于雙束能夠同步工作。這種協(xié)同工作模式支持多種先進(jìn)的分析和加工技術(shù)，例如三維重構(gòu)、定點加工以及多模態(tài)分析等。

關(guān)鍵應(yīng)用場景

FIB - SEM 雙束系統(tǒng)在多個領(lǐng)域都有著關(guān)鍵的應(yīng)用，尤其是在半導(dǎo)體芯片的研發(fā)與失效分析中，發(fā)揮著不可替代的作用。

1.高精度截面分析與三維成像

定點切割與清晰斷面生成：

該系統(tǒng)能夠?qū)π酒瑑?nèi)部的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，如晶體管柵極、金屬互連層等進(jìn)行定點切割，生成無應(yīng)力損傷的清晰斷面。這種高精度的截面分析對于研究芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)的完整性、材料的分布情況以及不同層次之間的連接關(guān)系等都有著極其重要的意義。

結(jié)合連續(xù)切片技術(shù)的三維重構(gòu)：

通過與連續(xù)切片技術(shù)相結(jié)合，F(xiàn)IB - SEM 可以重構(gòu)出芯片的三維電路結(jié)構(gòu)。這種三維重構(gòu)不僅能夠更直觀地展示芯片的內(nèi)部布局，還能夠輔助進(jìn)行缺陷定位與設(shè)計驗證。在芯片的研發(fā)過程中，及時發(fā)現(xiàn)并定位缺陷是提高產(chǎn)品質(zhì)量和性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，而三維重構(gòu)技術(shù)能夠從多個角度對芯片進(jìn)行分析，更全面地發(fā)現(xiàn)潛在問題，從而為優(yōu)化設(shè)計提供有力支持。

2.透射電鏡（TEM）樣品制備超薄樣品的制備：

利用離子束逐層減薄的原理，F(xiàn)IB - SEM 可以制備出厚度小于 100 納米的超薄樣品。這種超薄樣品能夠保留原子級的晶格信息，為透射電鏡（TEM）的高分辨率成像提供了理想的樣品。在微觀材料研究中，TEM 是一種極其重要的分析手段，它能夠觀察到材料的原子結(jié)構(gòu)和晶體缺陷等微觀細(xì)節(jié)。而 FIB - SEM 制備的超薄樣品能夠滿足 TEM 對樣品厚度和質(zhì)量的嚴(yán)格要求，使得 TEM 能夠充分發(fā)揮其高分辨率的優(yōu)勢，為材料的微觀結(jié)構(gòu)研究提供更深入、更準(zhǔn)確的信息。

先進(jìn)制程中的精準(zhǔn)分析：

在 3 納米以下的先進(jìn)制程中，芯片的結(jié)構(gòu)和性能對材料的微觀特性要求極高。FIB - SEM 能夠精準(zhǔn)分析柵極氧化層缺陷與界面特性，這對于提高芯片的性能和可靠性至關(guān)重要。柵極氧化層是晶體管中的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)之一，其質(zhì)量直接影響著晶體管的開關(guān)性能和穩(wěn)定性。通過 FIB - SEM 的精準(zhǔn)分析，可以及時發(fā)現(xiàn)柵極氧化層中的缺陷，如厚度不均勻、雜質(zhì)摻雜不均勻等，并對界面特性進(jìn)行深入研究，從而為改進(jìn)制程工藝、提高芯片質(zhì)量提供有力的技術(shù)支持。

3.芯片線路修改線路切斷與修復(fù)：

FIB - SEM 可以切斷短路線路，同時也能沉積導(dǎo)電材料（如鉑、鎢）來修復(fù)斷路。這種線路修改功能對于多項目晶圓（MPW）的迭代優(yōu)化具有重要意義。

氣體注入系統(tǒng)的輔助作用：

氣體注入系統(tǒng)（GIS）是 FIB - SEM 的一個重要組成部分，它能夠?qū)崿F(xiàn)局部區(qū)域的金屬 / 絕緣層選擇性沉積。這種選擇性沉積技術(shù)可以根據(jù)需要在特定位置沉積不同材料，從而實現(xiàn)對芯片局部結(jié)構(gòu)的精確改造。與傳統(tǒng)的沉積方法相比，GIS 的選擇性沉積能夠降低研發(fā)成本，因為它可以避免對整個芯片進(jìn)行不必要的沉積操作，節(jié)省了材料和時間成本。同時，這種精確的沉積方式也能夠提高芯片的性能和可靠性，為芯片的研發(fā)和制造提供了更加靈活、高效的手段。

結(jié)語

聚焦離子束雙束系統(tǒng) FIB - SEM 憑借其獨特的技術(shù)原理和強(qiáng)大的功能優(yōu)勢，在半導(dǎo)體芯片研發(fā)與失效分析等領(lǐng)域展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛力和價值。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，F(xiàn)IB - SEM 系統(tǒng)將在更多的領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，為微觀材料研究和高端制造業(yè)的發(fā)展提供有力的技術(shù)支撐。