在半導(dǎo)體芯片的研發(fā)與失效分析環(huán)節(jié)，聚焦離子束雙束系統(tǒng)（FIB - SEM）憑借其獨特的功能，逐漸成為該領(lǐng)域的核心技術(shù)工具。簡而言之，這一系統(tǒng)將聚焦離子束（FIB）的微加工優(yōu)勢與掃描電子顯微鏡（SEM）的高分辨率成像能力相結(jié)合，實現(xiàn)了加工與觀測的高效協(xié)同，為芯片技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步提供了堅實保障。

技術(shù)原理與核心優(yōu)勢

FIB - SEM 雙束系統(tǒng)由 FIB 模塊、SEM 模塊以及多軸樣品臺構(gòu)成，形成了一個 “加工 - 觀測” 一體化的操作平臺。

1.FIB 模塊

利用液態(tài)金屬離子源（LMIS）產(chǎn)生的鎵離子束（Ga?），能夠進(jìn)行納米級別的刻蝕、沉積以及樣品制備等精細(xì)加工操作。它可以在極小的芯片結(jié)構(gòu)上實現(xiàn)材料的去除或添加。

2. SEM模塊

通過二次電子成像技術(shù)，實時監(jiān)控加工過程，其定位精度可達(dá)到亞微米級別。這確保每一步操作都能精準(zhǔn)地進(jìn)行，無論是微小結(jié)構(gòu)的尺寸測量，還是加工過程中位置的精準(zhǔn)確認(rèn)，SEM 模塊都能發(fā)揮重要作用。

3.FIB-SEM

雙束系統(tǒng)的協(xié)同優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：首先，雙束同步工作支持三維重構(gòu)技術(shù)。通過對芯片不同層面的連續(xù)切片與成像，再利用計算機(jī)算法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，可以重建出芯片內(nèi)部的三維結(jié)構(gòu)模型，這有助于直觀地觀察芯片內(nèi)部的復(fù)雜架構(gòu)，對于芯片的設(shè)計驗證與失效分析都具有重要意義。其次，定點加工能力使得能夠在芯片的特定區(qū)域進(jìn)行精準(zhǔn)的材料去除或添加操作，為芯片的定制化修改和缺陷修復(fù)提供了技術(shù)手段。

核心應(yīng)用場景

為方便客戶對材料進(jìn)行深入的失效分析及研究。

（一）材料微觀截面截取與觀察

1. 芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析 ：借助 FIB - SEM 系統(tǒng)，實現(xiàn)對芯片晶體管柵極、金屬互連層等關(guān)鍵部位的精準(zhǔn)切割，獲得清晰無損的斷面，為后續(xù)分析提供高質(zhì)量樣本，助力研究人員精準(zhǔn)把握芯片設(shè)計與制造工藝細(xì)節(jié)，及時察覺潛在缺陷。

FIB切割芯片金道

（二）透射電鏡（TEM）樣品制備

1. 超薄樣品制備 ：在透射電鏡樣品制備中，F(xiàn)IB-SEM 技術(shù)通過離子束逐層減薄，制備出厚度小于 100 納米且保留原子級晶格信息的超薄樣品。金鑒實驗室在進(jìn)行試驗時，嚴(yán)格遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)操作，確保每一個測試環(huán)節(jié)都精準(zhǔn)無誤地符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

實驗室TEM制樣

2. 先進(jìn)制程中的缺陷分析 ：針對 3 納米以下制程芯片，F(xiàn)IB-SEM 技術(shù)精準(zhǔn)剖析柵極氧化層缺陷與界面特性，為工藝改進(jìn)和缺陷控制提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)，推動芯片制造技術(shù)向更小尺寸、更高性能發(fā)展。

（三）芯片線路修改

1. 線路修復(fù)與優(yōu)化 ：FIB-SEM 系統(tǒng)可切斷短路線路并沉積導(dǎo)電材料修復(fù)斷路，提升良品率降低成本，還能快速修改多項目晶圓線路，加速研發(fā)進(jìn)程。

2. 誘導(dǎo)沉積材料 ：利用電子束或離子束將金屬有機(jī)氣體化合物分解，從而可在樣品的特定區(qū)域進(jìn)行材料沉積。本系統(tǒng)沉積的材料為Pt，沉積的圖形有點陣，直線等，利用系統(tǒng)沉積金屬材料的功能，可對器件電路進(jìn)行相應(yīng)的修改，更改電路功能。

（四）封裝級失效分析

1. 深埋缺陷橫截面制備 ：結(jié)合飛秒激光技術(shù)，F(xiàn)IB-SEM 系統(tǒng)高效制備深埋缺陷橫截面，清晰呈現(xiàn)缺陷形態(tài)與分布，為改進(jìn)封裝工藝提供依據(jù)。

2. 漏電區(qū)域定位與失效機(jī)制分析 ：電子束誘導(dǎo)電流成像技術(shù)助力精準(zhǔn)定位漏電區(qū)域，結(jié)合 FIB-SEM 的觀察與分析功能，深入探究失效機(jī)制，提升封裝可靠性。

結(jié)論

總的來說，F(xiàn)IB - SEM 雙束系統(tǒng)憑借其微納加工與高分辨成像的協(xié)同優(yōu)勢，在半導(dǎo)體芯片研發(fā)與失效分析領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的作用。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷演進(jìn)，F(xiàn)IB - SEM 技術(shù)將持續(xù)助力半導(dǎo)體制造工藝的升級與創(chuàng)新。