聚焦离子束显微镜FIB应用

时间：2020-03-25

1.引言
    随着纳米科技的发展，纳米尺度制造业发展*，而纳米加工就是纳米制造业的核心部分，纳米加工的代表性方法就是聚焦离子束。近年来发展起来的聚焦离子束（FIB）技术利用高强度聚焦离子束对材料进行纳米加工，配合扫描电镜（SEM）等高倍数电子显微镜实时观察，成为了纳米级分析、制造的主要方法。目前已广泛应用于半导体集成电路修改、切割和故障分析等。

2.工作原理
     聚焦离子束(ed Ion beam, FIB)的系统是利用电透镜将离子束聚焦成非常小尺寸的显微切割仪器，目前商用系统的离子束为液相金属离子源(Liquid MetaIon Source,LMIS)，金属材质为镓(Gallium, Ga)，因为镓元素具有低熔点、低蒸气压、及良好的抗氧化力；典型的离子束显微镜包括液相金属离子源、电透镜、扫描电极、二次粒子侦测器、5-6轴向移动的试片基座、真空系统、抗振动和磁场的装置、电子控制面板、和计算机等硬设备，外加电场于液相金属离子源，可使液态镓形成细小尖端，再加上负电场(Extractor) 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1埃10-8 Amp/cm2，以电透镜聚焦，经过一连串变化孔径 (Automatic Variable Aperture, AVA)可决定离子束的大小，再经过二次聚焦至试片表面，利用物理碰撞来达到切割之目的，结构示意图如下图：

3.应用
    聚焦离子束系统除了具有电子成像功能外，由于离子具有较大的质量，经过加速聚焦后还可对材料和器件进行蚀刻、沉积、离子注入等加工。

3.1 离子束成像
    聚焦离子束轰击样品表面，激发二次电子、中性原子、二次离子和光子等，收集这些信号，经处理显示样品的表面形貌。目前聚焦离子束系统成像分辨率已达到5nm，比扫描电镜稍低，但成像具有更真实反映材料表层详细形貌的优点。

3.2 离子束蚀刻
    高能聚焦离子束轰击样品时，其动能会传递给样品中的原子分子，产生溅射效应，从而达到不断蚀刻，即切割样品的效果。其切割定位精度能达到5nm级别，具有**高的切割精度。

　　使用高能了离子束将不活泼的卤化物气体分子变为活性原子、离子和自由基，这些活性基团与样品材料发生化学反应后的产物是挥发性，当脱离样品表面时立刻被真空系统抽走。这些腐蚀气体本身不与样品材料发生作用，由由离子束将其离解后，才具有活性，这样便可以对样品表面实施选择性蚀刻。在集成电路修改方面有着重要应用。

3.3 离子束沉积薄膜
    利用离子束的能量激发化学反应来沉积金属材料和非金属材料。通过气体注入系统将一些金属**物气体喷涂在样品上需要沉积的区域，当离子束聚焦在该区域时，离子束能量使**物发生分解，分解后的金属固体成分被沉积下来，而挥发性**物成分被真空系统抽走。

3.4 离子注入
    聚焦离子束的一个重要应用时可以无掩模注入离子。掩模注入是半导体领域的一项基本操作技术，利用聚焦离子束技术的精确定位和控制能力，就可以不用掩模板，直接在半导体材料和器件上特定的点或者区域进行离子注入，精确控制注入的深度和广度。

3.5 透射电镜样品制备
    透射电镜的样品限制条件是透射电镜应用的一大难题，通常透射电镜的样品厚度需控制在0.1微米以下。传统方法是通过手工研磨和离子溅射减薄来制样，不但费时而且还无法精确定位。聚焦离子束在制作透射电镜样品时，不但能精确定位，还能做到不污染和损伤样品。

　　4.聚焦离子束的发展
     聚焦离子束现已发展成与SEM等设备联用。FIB-SEM双系统可以在高分辨率扫描电镜显微图像监控下发挥聚焦离子束的**微细加工能力。
在FIB-SEM双束系统中，聚焦离子束和电子束优势互补。离子束成型衬度大，但存在损伤样品和分辨率低的缺点，电子束激发的二次电子成像分辨率高、对样品损伤小，但衬度较低，两者组合可获得更清晰准确的样品表面信息。

5.小结
    本文简单介绍了聚焦离子束（FIB）的基本原理、结构和应用。它的精确定位、显微观察和精细加工能力在电子领域有着重要应用。目前5nm的加工精度、无污染和不损伤样品在样品加工方面存在这巨大优势，是其他样品制备设备无法达到的水平。

词条
词条说明
样品失效分析具体操作
1.1 失效和失效分析产品丧失规定的功能称为失效。判断失效的模式，查找失效原因和机理，提出预防再失效的对策的技术活动和管理活动称为失效分析。 1.2 失效和事故失效与事故是紧密相关的两个范畴，事故强调的是后果，即造成的损失和危害，而失效强调的是机械产品本身的功能状态。失效和事故常常有一定的因果关系，但两者没有必然的联系。 1.3 失效和可靠失效是可靠的反义词。机电产品的可靠度R(t）是指时间
芯片开封方法：激光开封
激光开封机：半导体业的铜制程芯片越来越成为发展主流，这给失效分析中器件开封带来越来越高的挑战。传统的酸开封已经没有办法完成铜制程器件的开封，良率一般低于30%。此时仪准科技推出的激光开封机，给分析产业带来了新的技术。产品特点： 1、对铜制程器件有很好的开封效果，良率**90%。 2、对环境及人体污染伤害交小，符合环保理念。 3、开封效率是普通酸开封机台的3~5倍。 4、电脑控制开封形状、位置、
微电子失效分析方法总结
微电子失效分析方法总结失效分析赵工 1 、C-SAM（超声波扫描显微镜)，无损检查:１.材料内部的晶格结构，杂质颗粒．夹杂物．沉淀物．2. 内部裂纹. 3.分层缺陷.4.空洞,气泡,空隙等. 德国 2 、X－Ray（这两者是芯片发生失效后首先使用的非破坏性分析手段），德国Fein 微焦点Xray用途：半导体BGA，线路板等内部位移的分析；利于判别空焊，虚焊等BGA焊接缺陷. 参数：标准检测分
BGA封装介绍
BGA封装介绍 BGA封装（Ball Grid Array Package），即球栅阵列，是用于一种集成电路的表面贴装封装芯片。小六我刚开始也是有点懵逼，球栅阵列是什么鬼？其实它是在BGA焊接技术中，所用到的一种辅助设备，栅即网格，用于BGA引脚定位在PCB焊盘上；球即锡球，或称锡浆，将锡球放置于焊盘上，称之为植球。引脚成球状并排列成一个类似于格子的图案，由此命名BGA。说到BGA封装，我们肯定