FIB：芯片制造中的关键检测工具

聚焦离子束技术（FIB）

在技术日新月异的当代，半导体技术已成为推动科技创新和产业升级的引擎。半导体器件在我们的日常生活中扮演着不可或缺的角色，无论是在通讯设备、交通工具还是医疗仪器中，它们都发挥着核心作用。随着这些器件尺寸的日益微型化，对它们的精确诊断和修复技术提出了前所未有的挑战。聚焦离子束技术（FIB）正是在这样的需求下应运而生，成为解决这些难题的关键技术。

FIB技术的核心构成

聚焦离子束显微镜（FIB）是一种能够在微观层面进行精密切割和加工的高科技设备。商用FIB系统普遍采用液体金属离子源（LMIS），以镓作为金属材质，得益于其低熔点、低蒸汽压和出色的抗化学腐蚀性。FIB技术由三大核心组件构成：离子源、离子束的聚焦与扫描系统、以及样品台。离子源位于系统的顶部，是FIB技术运作的心脏。

液态金属离子源的尖端是一个直径仅几微米的钨针，通过施加电场和加热，使得液态金属形成离子流。这些离子流经过聚焦系统精确聚焦，并由可变孔径的光阑控制，最终形成一束可控的离子束，用于轰击放置在样品台上的目标样品。离子束与样品相互作用产生的二次电子可以通过扫描电子显微镜（SEM）检测，从而获得样品表面的详细形貌。这种集成了FIB加工和SEM观测功能的系统被称为双束系统，例如FIB-SEM双束系统。

FIB系统的结构与液态金属离子源

双束聚焦离子束系统是将单束FIB与SEM技术相结合的产物，它不仅能够进行高精度的微纳加工，还能实现超高分辨率的成像。这种系统的电子束通常垂直安装，而离子束则与之成一定角度安装，使得在共心高度位置的样品可以同时接受电子束成像和离子束加工。通过调整样品台的倾斜角度，可以使样品表面与电子束或离子束保持垂直，以实现更加精确的加工效果。

FIB技术凭借其在材料科学中的独特优势，如在无应力条件下进行超精细加工的能力，以及对材料要求的低门槛，已经在半导体制造、光刻技术、光掩模修复、电路修改、故障分析以及样品制备等多个领域得到了广泛应用，成为半导体产业发展的基石。

FIB制样的多目标

精密切割：

通过粒子的物理碰撞来实现样品的精确切割。

材料选择性蒸镀：

利用离子束能量分解有机金属蒸汽或气相绝缘材料，实现导体或非导体的局部沉积。

高分辨率SEM成像：

利用SEM的高分辨率图像进行精密的终点探测。

制备TEM样品：

FIB技术能够直接从样品中切取薄膜，用于透射电镜（TEM）的研究。

元素组分的半定量分析：

配备能谱仪（EDX）进行样品元素组分的半定量分析。

FIB技术的实际应用

截面切割与表征分析：

FIB的溅射刻蚀功能允许对样品进行精确的定点切割，观察其横截面的形貌和尺寸，并结合元素分析系统对截面成分进行分析。

芯片修复与线路修改：

FIB技术能够改变电路连线的方向，诊断并修正电路中的错误，直接在芯片上进行修改，降低研发成本，加快研发速度。

TEM样品制备：

FIB技术辅助TEM样品制备，缩短了样品制备的时间，提高了制样的精确度和成功率。

纳米器件的制造：

FIB技术能够在器件表面进行纳米级别的加工，对于纳米电子器件的制造和研究具有重要意义。随着技术的不断进步，FIB技术在半导体领域的重要性日益凸显，它不仅推动了科技的发展，也为半导体技术的未来发展提供了无限可能。