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FIB聚焦离子束的透射电镜制样

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FIB聚焦离子束的透射电镜制样

发布日期:2016-07-27 作者: 点击:

FIB聚焦离子束的透射电镜制样

聚焦离子束(FIB)的透射电镜制样 唐雷钧 谢 进 陈 一 郑国祥 宗祥福 (复旦大学材料科学系,上海200433) 亚微米IC芯片的发展,对于TEM在IC的失效分析和工艺监控过程中所担负的工作提出 了越来越高的要求。许多方法和手段被用于解决TEM制样这个问题[1]。FIB技术被证明为现今最有效的精确定位制样的方法[2]。原有TEM制样技术的定位减薄难,单次制样成功率低,且对单一器件的定位能力差的难题,可通过电视监测和聚焦离子磨削的方法加以克服。利用这种技术,可以完成以往难以实现的IC芯片的精密定位制样工作,使透射电镜在亚微米级IC的分析中达到实用性阶段。本文介绍该技术使用的具体方法。 实验过程 实验所用设备为美国fei.公司所生产的FIB200型聚焦离子束系统。 1.获取特定目标:将需要分析的IC样品与切成同样大小的陪片和玻璃胶合在一起。此过程的关键是粘合玻璃和IC样品的粘合剂必须能溶解于有机溶剂。利用“劈”形制样技术[3]将IC样品减薄至20~30Λm。此时的被分析目标应落于样品的中心位置。 2.FIB的减薄过程:FIB用于TEM制样的工作原理是:位于离子腔顶端的液态镓金属源,经 较强的电场抽取出带正电荷的镓离子。加速后的高能离子束与样品碰撞、溅射以达到减薄试样的目的。整个过程可分为对试样的初步减薄和精密减薄两个部分。在进行减薄之前,要在目标位上淀积一层1Λm~2Λm厚的Pt薄膜,用于保护试样的目标区域(见图1)


在初步减薄阶段,我们选用了Box溅射模式,我们从20Λm开始对试样进行等厚度的双面减薄,减薄深度为3.5Λm。离子束的减薄选框可定义在距试样目标5Λm~2Λm的位置。离子束强度从6nA~3nA进行递减。当试样减薄至距目标1~2Λm时,就进入了精密减薄区域。这时首先要将样品台倾转1°,用以抵消因离子束平行入射而形成试样上薄下厚的现象。开始减薄时可利用强度为1nA的离子束,凹坑深度定义到2Λm。在减薄过程中,用监视器不断监控减薄过程,图像可放大至12k~20k(图2),当距离目标区域0.1~0.35Λm时,将离子束的强度减至350pA.,用

Line溅射模式进行线切割,将离子束的切割线条逐渐上移逼近目标。当样品厚度<0.1Λm时,我 们将样品台倾转了45°,发现要观察的图型已经达到(图3),这时就可将试样取出进行TEM观察了


Line溅射模式进行线切割,将离子束的切割线条逐渐上移逼近目标。当样品厚度<0.1Λm时,我 们将样品台倾转了45°,发现要观察的图型已经达到(图3),这时就可将试样取出进行TEM观察了

。 结果与讨论 从图4的TEM照片观测,我们可以获得一个EEPROM的完整结构像。其中的隧道氧化层的厚度为80埃,控制栅、浮栅中多晶晶粒清晰可辨。从图5和图6,我们能观察到控制栅和浮栅之间的隔离层中三层不同材料的厚度,并能获得多晶晶粒的高分辨像,它可用来对隔离层进行厚度定标。通过以上实验结果我们能得出这样的结论,即FIB制成的样品完全符合TEM观察的厚度要求。对比普通的TEM制样方法,FIB技术有速度快、精确度高、成品率高的特点。它能解决大多数集成电路的TEM制样问题。所以它已广泛被国外研究机构所采用。现在我们正利用这项技术服务于中国的微电子制造企业和科研领域.日立电子显微镜




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