发布日期：2022/3/24PFIB去层
发布单位：iST宜特
您担心您的样品在delayer过程伤到目标区吗?
您担心您的样品研磨时均匀性不佳，影响观察重点吗?
一般而言，在执行IC异常点物性分析前，会先进行样品制备(sample preparation)，透过激光开盖与一般研磨(grinding)手法进行开盖与去层(delayer)，将样品去黑胶研磨至欲检测的位置。
然而工艺随着摩尔定律演进，不断缩小的趋势下，更先进的设计和复杂的3D架构伴随金属导线(interconnect)层数增加，且层与层间的厚度持续微缩，加上不断引进新材料，让金属导线和晶体管结构更加复杂，将导致若IC发生异常，需进行故障分析时，远比以往都更具挑战性。
特别是先进工艺/内存芯片的样品异常点(Defect)若过于分散，若想顾及每个位置，一般研磨(grinding)手法进行去层(delayer)风险较高，可能无法兼顾，该如何处理?
本期宜特小学堂，将与您分享一项强大的分析工具「电浆聚焦离子束显微镜Plasma FIB(Helios 5 PFIB UXe)，简称PFIB)」，不仅拥有Dual-Beam FIB双枪设计，可以边切边拍，更重要的是，针对大范围的结构观察，不仅可完整呈现欲观察之结构，蚀刻效率更是传统Dual-Beam FIB的20倍以上，可有效缩短分析速率。
PFIB去层
- 具备停点侦测机制(End point monitor)，加上SEM影像及时辅助，可精准判断去层的停点位置。
- 藉由电浆加上气体辅助蚀刻反应，可提供大面积均匀的去层结果。
| 传统研磨 delayer | P-FIB delayer | |
|---|---|---|
| 去层范围 | 大 | 相对小 (~200um*200um) |
| 定点去层分析 | 难度高 | 相对容易，机台内即可定位 |
| 损伤范围 | 大 (机械应力) | 可控制(离子束损伤) |
| 局部均匀性 | 相对低 | 佳(w/ 气体辅助蚀刻) |
| 操作者经验 | 高度仰赖操作者经验 | 容易SOP化 |
表一: 传统研磨及PFIB 两种 delayer 方式比较
案例一: PFIB如何克服一般研磨样品均匀性不佳
做为一般 delayer 的延伸，PFIB藉由电浆蚀刻搭配原厂专利气体，可针对特定区域或层次进行大面积均匀去层，处理范围可达 200um * 200um，完整呈现欲观察之结构(图一)。
图一: SEM 影像，图一(a)为未通入PFIB气体辅助蚀刻的结果，从图一(b)可知，去层均匀性并不理想，没办法停在特定层次；相较之下，图一(c)、(d)为通入PFIB气体辅助蚀刻后的结果，在均匀性上得到显着提升。
案例二: PFIB如何解决去层(delayer)去过头以致误伤目标区的状况?
PFIB有一功能为精确的停点判断功能(图二)，不用担心会有一般去层(delayer)去过头而误伤到目标区的状况；此外，利用被动式电压对比 (Passive Voltage Contrast，简称PVC)，还可侦测漏电或高阻值异常点的位置。
图二: PFIB之停点侦测机制图(End point monitor)。藉由侦测载台电流值(stage current)的微小变化，可得知目前样品的层次，此辅助系统可协助工程人员更准确判断去层的停点，增加去层的准确性。
案例三: 先进工艺的微结构大面积逐层去除
针对先进工艺的微结构观察，使用传统研磨方式，容易因结构太薄，造成一次磨掉两层或磨得不均匀。PFIB的拿手绝活，则可以透过电浆蚀刻（Plasma Etching）方式，完整且大面积的逐层去除(图三)。
图三: 使用PFIB逐层去除后的SEM影像
目前宜特已经有执行包括7奈米及5奈米节点(node)半导体组件/3D NAND内存的PFIB delayer分析经验，若您有任何IC异常状况不知如何分析，或是对相关知识想要更进一步了解细节，欢迎洽询 +886-3-579-9909 分机6166 林博士/Weijui │ Email: web_ma@istgroup.com