Появление ионно-лучевой микроскопии (англ. FIB, Focused Ion Beam), позволило качественно и быстро изготавливать поперечные сечения в микросхемах. Это значительно расширило возможности производителей современной электроники. Анализ изображений сечений дает возможность инженерам и соответствующим техническим специалистам оценить качество и основные характеристики изготавливаемого устройства, а также обнаружить скрытые малоразмерные дефекты, влияющие на работу ИС.
FIB является универсальным инструментом, позволяющим не только осуществлять финальную обработку изготовленных механическим способом поперечных сечений, но и создавать полноценные сечения «с нуля».
В последнем случае отсутствует необходимость механической обработки образца, так как сечение будет выполняться исключительно сфокусированным ионным пучком в системе FIB. На рисунках 1a и 2б представлены изображения поперечных сечений различных образцов, изготовленных с помощью FIB. Изображение на рисунке 1a получено путем сканирования образца ионным пучком, а изображение на рисунке 2б – путем сканирования электронным пучком.
Как можно заметить из приведенных выше изображений, поперечное сечение располагается на одной из сторон созданного с помощью FIB углубления в кристалле ИС. Углубление создается т. н. методом «ступенчатого» травления, который состоит в том, что объем удаляемого материала зависит от глубины травления. В результате, на стороне углубления, противоположной сечению, образуются ступеньки.
Такой метод обеспечивает высокую скорость удаления материала и позволяет избежать его переосаждения. Окончательный вид углубления в значительной степени зависит от используемой системы FIB и выбранной скорости травления. В любом случае, углубление должно быть достаточно большим, чтобы при наклоне образца ничего не препятствовало осмотру плоскости поперечного сечения.
Основные преимущества метода FIB
Существует несколько причин, по которым выбирают FIB в качестве единственного инструмента изготовления поперечного сечения: во-первых, это высокая скорость обработки образца, во-вторых - обеспечение высокоточной навигации по образцу.
Обнаружение местоположения дефектов ИС, как правило, происходит с помощью современных СЭМ с большим увеличением. При этом дефекты нередко располагаются под большими массивами однотипных элементов, которые сложно использовать в качестве ориентиров для навигации. Вдобавок, процесс создания поперечного сечения можно начинать сразу после обнаружения искомого участка, не затрачивая время на извлечение образца из рабочей камеры FIB и передачу его на обработку в другую систему.
Двулучевые системы предлагают расширенные возможности навигации по образцу из-за наличия в их составе электронной колонны, обеспечивающей долговременное сканирование без повреждения топологических структур, в отличие от сканирования ионным пучком.
Примеры поперечных сечений
Выводы
FIB - чрезвычайно удобный и эффективный инструмент для создания поперечных сечений ИС. Существенными достоинствами FIB являются высокая точность подготовки сечений, полноценный контроль за процедурами ионно-лучевого травления, хорошая повторяемость и воспроизводимость операций.
Наиболее заметные результаты при использовании FIB достигаются в случае необходимости создания сечений отдельных структур с малыми геометрическими размерами. Такие сечения выполняются практически без артефактов и с минимальными временными затратами.
Также, было продемонстрировано, что применение FIB может значительно повысить качество поперечного сечения новых материалов, таких как low-k-диэлектрики. Можно с уверенностью утверждать, что в ближайшем будущем FIB появится в каждой лаборатории, занимающейся анализом отказов, где станет незаменимым, постоянно задействованным в работе инструментом.
