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集成電路技術(shù)的持續(xù)進步帶來了芯片特征尺寸的縮小和器件結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化，這對亞微米、深亞微米級技術(shù)的傳統(tǒng)分析手段提出了挑戰(zhàn)。聚焦離子束（FIB）技術(shù)因其在微細加工和器件分析中的關(guān)鍵作用而變得日益重要。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

FIB技術(shù)系統(tǒng)組成

FIB系統(tǒng)由三個主要部分構(gòu)成：

1. 離子源：位于系統(tǒng)頂部，用于產(chǎn)生離子束。液態(tài)金屬離子源，例如鎵離子源，因其在常溫下為液態(tài)且使用壽命長而廣泛使用。也有系統(tǒng)采用氣體場離子源。

2. 聚焦掃描系統(tǒng)：包括離子分離器和樣品臺。離子源產(chǎn)生的離子經(jīng)過高壓抽取和加速，通過一系列透鏡形成細小的離子束斑，以便精確轟擊樣品。

3. 樣品臺：樣品放置在樣品臺上，可以進行多自由度的精確調(diào)節(jié)，確保樣品位于聚焦系統(tǒng)的焦平面上。

液態(tài)金屬離子源的重要性

液態(tài)金屬離子源是FIB系統(tǒng)的核心，能夠產(chǎn)生高純度的離子束。常用的金屬離子源包括鎵、金、硅等。合金離子源可用于半導(dǎo)體器件的離子注入和改性，通過注入特定元素來調(diào)整器件的電學(xué)特性。

FIB技術(shù)的功能

FIB技術(shù)提供了一系列關(guān)鍵功能：

各功能示意圖

1. 離子注入：改變半導(dǎo)體器件的電學(xué)特性。

2. 離子束刻蝕：利用離子束的濺射效應(yīng)，對樣品特定微區(qū)進行精確刻蝕。

3. 薄膜淀積：在樣品特定區(qū)域淀積金屬或介質(zhì)薄膜，形成導(dǎo)電或絕緣層。

4. 二次電子成像：通過樣品表面在離子束轟擊下產(chǎn)生的二次電子進行成像，觀察樣品表面形貌。

FIB技術(shù)的應(yīng)用

FIB技術(shù)在集成電路的工藝診斷、失效分析、器件微細加工等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。它能夠提供高分辨率的刻蝕和成像，特別適合亞微米級器件的分析和加工。

薄膜淀積過程中的離子束流影響

薄膜淀積速率與離子束流有密切關(guān)系。在較低的離子束流下，輔助氣體未被充分分解，導(dǎo)致淀積速率較低。隨著離子束流的增大，淀積速率提高，并可能在某一束流下達到最大。如果離子束流繼續(xù)增大，過剩離子會對淀積薄膜產(chǎn)生濺射效應(yīng)，導(dǎo)致淀積速率下降，薄膜結(jié)構(gòu)變粗糙。

高分辨率掃描離子顯微鏡成像（SIM）

利用高能離子束掃描轟擊樣品表面，樣品表面會散射出二次離子和二次電子。通過探測器收集并計數(shù)這些帶電粒子，再經(jīng)過放大處理，可以形成樣品的高清晰度、高分辨率圖像。SIM在FIB技術(shù)中具有重要作用，所有FIB功能和應(yīng)用都需要在SIM圖像下進行。

半導(dǎo)體器件離子注入

FIB技術(shù)可以用于半導(dǎo)體器件的離子注入，通過高空間分辨率的優(yōu)勢，在器件特定微區(qū)以不同離子種類和劑量進行注入，改進器件性能。

FIB技術(shù)在微電子領(lǐng)域的應(yīng)用

FIB技術(shù)在微電子領(lǐng)域，特別是在亞微米、深亞微米級IC器件的設(shè)計和制造中有著廣泛應(yīng)用。它能夠用于微電子器件的剖面分析、透射電子顯微鏡（TEM）樣品制備、掩模版修補等。為了方便大家對材料進行深入的失效分析及研究，金鑒實驗室具備Dual Beam FIB-SEM業(yè)務(wù)，包括透射電鏡( TEM)樣品制備，材料微觀截面截取與觀察、樣品微觀刻蝕與沉積以及材料三維成像及分析等。

結(jié)論

FIB技術(shù)通過精確控制離子束與樣品的相互作用，實現(xiàn)了對集成電路器件的精細加工和分析。隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，F(xiàn)IB技術(shù)在微電子產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用將越來越廣泛，對于提高產(chǎn)品的設(shè)計、制造和可靠性考核的效率具有重要意義。