聚焦离子束（FIB）原理及其在失效分析中的应用

FIB技术可以在SEM高分辨率的清晰图像下，使用离子束刻蚀，可以非常精确地在器件特定微区制作剖面，而且FIB对所加工的样品材料没有限制，还可以边刻蚀边利用SEM及时观察进展情况，使得加工的剖面具有极高的定位精度，由于整个过程样品受到的应力很小，所以，剖面具有很好的完整性。FIB都必须搭配其他失效分析工具来完成分析的工作，比如扫描式电子显微镜、透射式电子显微镜、能量分散谱仪、光发射显微镜等等。

目前航天半导体器件失效分析中心已经引进2台光发射显微镜（PEM）设备，并初步掌握了集成电路微观缺陷定位技术。

根据缺陷的实际情况，首先进行失效点的FIB定位，先使用光发射显微镜(PEM)确定失效点的大致位置，并用激光装置标记出来。新型的聚焦式离子束显微镜，目前基本都是双粒子束(Dual Beam)的机型(离子束+电子束)，在以离子束切割前，用电子束观察影像，而且电子束观察对样品一般不具有破坏性。可以将已标记出大致失效位置的样品放入FIB用电子束观察，由于电子束扫描显微镜的倍率很高，这样就可以在这个标记出的区域中，根据硅片上的图形区域的不同，找到失效的位置，进行后续的离子束切割。

利用FIB溅射刻蚀或辅助气体溅射刻蚀可以方便地制作集成电路的切面，用来分析失效电路的设计错误或制造缺陷，分析电路制造中的成品率的原因，以及研究和改进对电路制造过程的控制。

先用FIB系统在大束流条件下刻蚀出阶梯剖面，剖面的深度和宽度可根据缺陷尺寸来确定，做成阶梯状的目的是为了便于用FIB对剖面进行成像。当剖面表面倾斜54°时，离子束能够扫描到整个剖面表面，并使电子检测器接收到二次电子或二次离子信号。图2、3是某缺陷的剖面图。

FIB技术在航天半导体器件失效分析中心已经得到广泛的应用，目前已经对十几例大规模集成电路成功进行了失效分析，取得了一定的经验。这一技术的发展实现了大规模集成电路分析工作在失效分析中心成功的开展。