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聚焦離子束(FIB)技術(shù)的特點、優(yōu)勢以及應用

中科院半導體所 ? 來源:半導體工程師 ? 2024-11-21 11:07 ? 次閱讀

本文介紹了聚焦離子束(FIB)技術(shù)的特點、優(yōu)勢以及應用。

一、FIB 在芯片失效分析中的重要地位

芯片作為現(xiàn)代科技的核心組成部分,其可靠性至關(guān)重要。而在芯片失效分析領(lǐng)域,聚焦離子束(FIB)技術(shù)正發(fā)揮著舉足輕重的作用。 如今,隨著芯片技術(shù)的不斷發(fā)展,芯片的集成度越來越高,結(jié)構(gòu)也日益復雜。這使得傳統(tǒng)的失效分析方法面臨巨大挑戰(zhàn)。FIB 技術(shù)的出現(xiàn),為芯片失效分析帶來了新的解決方案。它能夠在納米尺度上對芯片進行精確加工和分析,成為了不可或缺的工具。 據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示,在復雜芯片的失效分析中,F(xiàn)IB 技術(shù)的應用率高達 [X]%。它可以對芯片進行高精度的切割和剖面制作,使得內(nèi)部結(jié)構(gòu)清晰可見。通過 FIB 技術(shù),工程師們能夠準確地定位失效點,分析失效原因,為芯片的改進和優(yōu)化提供有力依據(jù)。 FIB 還可以與其他分析技術(shù)相結(jié)合,如電子顯微鏡、能譜分析等,進一步提高失效分析的準確性和可靠性。例如,在汽車級芯片的失效分析中,F(xiàn)IB 與電子顯微鏡的聯(lián)合使用,可以對芯片內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)進行詳細觀察,找出潛在的缺陷和失效機制。 總之,F(xiàn)IB 在芯片失效分析中占據(jù)著重要地位,為芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了強大的技術(shù)支持。 二、FIB 的優(yōu)勢特點

(一)精準度高

FIB 在芯片失效分析中展現(xiàn)出了極高的精準度。如今的芯片加工精度已經(jīng)可以達到納米級,這為精確分析芯片的失效原因提供了堅實的保障。例如,在一些高端芯片的失效分析中,F(xiàn)IB 能夠精確地切割出特定的區(qū)域,以便工程師們對其進行深入的微觀結(jié)構(gòu)分析。有數(shù)據(jù)顯示,F(xiàn)IB 的加工精度可以達到幾納米甚至更小的尺度,這使得它能夠準確地定位芯片內(nèi)部的微小缺陷和失效點。

(二)自由性強

FIB 的加工方案具有很強的自由性,可以隨時根據(jù)實際情況進行改動,從而適應不同的失效分析需求。在芯片失效分析過程中,往往會遇到各種復雜的情況,而 FIB 技術(shù)可以靈活地調(diào)整加工參數(shù)和方案,以滿足不同的分析要求。比如,當發(fā)現(xiàn)失效點比較隱蔽時,可以通過調(diào)整 FIB 的加工角度和深度,來更好地暴露失效區(qū)域。這種自由性使得 FIB 在芯片失效分析中具有很大的優(yōu)勢。

(三)及時方便

FIB 在芯片失效分析中還具有及時方便的特點。加工完即可進行測試,在特殊情況下甚至可以同步進行加工和測試,大大提高了分析效率。這對于快速找出芯片失效原因并采取相應的解決措施至關(guān)重要。例如,在一些緊急的項目中,時間就是關(guān)鍵,F(xiàn)IB 的這種及時方便的特點可以為工程師們節(jié)省大量的時間,提高工作效率。同時,也有助于減少因芯片失效而帶來的損失。 三、FIB 的具體應用

(一)截面分析

FIB 可以利用其濺射刻蝕功能進行定點切割,從而觀察橫截面。在芯片失效分析領(lǐng)域,這一功能尤為重要。通過對芯片進行橫截面分析,可以結(jié)合元素分析系統(tǒng)準確地分析成分,進而找出失效的原因。例如,在某些復雜的芯片失效案例中,工程師們利用 FIB 的截面分析功能,發(fā)現(xiàn)了芯片內(nèi)部由于材料不均勻分布導致的局部過熱問題,從而為解決芯片失效問題提供了關(guān)鍵線索。

(二)芯片修復

在芯片出現(xiàn)損壞線路時,F(xiàn)IB 可以發(fā)揮重要作用。它能夠精準地切割和修復損壞線路,為電路維修和故障分析提供有力支持。據(jù)統(tǒng)計,在一些芯片維修項目中,使用 FIB 進行修復的成功率高達 [X]%。例如,當某一關(guān)鍵芯片的線路出現(xiàn)短路問題時,工程師們利用 FIB 技術(shù)精確地切除短路部分,并重新連接線路,成功地恢復了芯片的功能。

(三)探測分析

FIB 還可以通過離子束切割提取樣品進行離線分析。這一功能在材料和生物樣品分析方面具有巨大的潛力。對于材料分析,F(xiàn)IB 可以提取微小的樣品進行成分和結(jié)構(gòu)分析,幫助研究人員更好地了解材料的性能和特性。在生物領(lǐng)域,F(xiàn)IB 可以用于制備超薄的生物樣品切片,以便進行高分辨率的顯微鏡觀察。例如,在一項生物研究中,F(xiàn)IB 被用于制備果蠅神經(jīng)組織的切片,為研究神經(jīng)細胞的結(jié)構(gòu)和功能提供了重要的工具。

(四)納米標記制造

FIB 可以在樣品表面沉積材料標記和制造納米結(jié)構(gòu)。這一功能在納米技術(shù)和微電子領(lǐng)域具有廣泛的應用前景。例如,在納米電子器件的制造中,F(xiàn)IB 可以用于制造納米尺度的電極和導線,提高電子器件的性能和集成度。同時,F(xiàn)IB 制造的納米標記也可以用于材料表面的改性和功能化,為開發(fā)新型材料提供了新的途徑。 四、FIB 應用案例及展望

(一)應用案例

芯片修復案例:在某高端智能手機芯片的生產(chǎn)過程中,發(fā)現(xiàn)部分芯片存在功能性故障。通過 FIB 技術(shù)進行失效分析,發(fā)現(xiàn)是由于芯片內(nèi)部的一條關(guān)鍵線路出現(xiàn)了斷路。工程師們利用 FIB 的精準切割和修復功能,成功地修復了這條線路,使芯片恢復了正常功能。據(jù)統(tǒng)計,該批次芯片經(jīng)過 FIB 修復后,良品率提高了 [具體數(shù)據(jù)待補充]%。

納米器件制造案例:在納米電子器件的研發(fā)中,F(xiàn)IB 被用于制造納米尺度的晶體管。通過精確控制離子束的能量和劑量,工程師們成功地在硅基底上制造出了尺寸僅為幾納米的晶體管。這些納米晶體管具有極高的性能和集成度,為未來電子設(shè)備的小型化和高性能化提供了可能。

(二)面臨挑戰(zhàn)

盡管 FIB 在芯片失效分析中具有諸多優(yōu)勢,但也面臨著一些挑戰(zhàn)。例如,F(xiàn)IB 設(shè)備的成本較高,限制了其在一些小型企業(yè)和研發(fā)機構(gòu)中的應用。此外,F(xiàn)IB 技術(shù)的操作復雜,需要專業(yè)的技術(shù)人員進行操作和維護。同時,隨著芯片技術(shù)的不斷發(fā)展,芯片的結(jié)構(gòu)和材料也在不斷變化,這對 FIB 技術(shù)的適應性提出了更高的要求。

(三)前景廣闊

盡管面臨挑戰(zhàn),但 FIB 在芯片失效分析中的前景依然廣闊。隨著芯片技術(shù)的不斷進步,對失效分析的精度和效率要求也越來越高。FIB 技術(shù)作為一種高精度、高自由度的分析工具,將在未來的芯片失效分析中發(fā)揮更加重要的作用。同時,隨著 FIB 技術(shù)的不斷發(fā)展和完善,其成本也有望逐漸降低,操作也將更加簡便,從而為更多的企業(yè)和研發(fā)機構(gòu)所采用。 總之,F(xiàn)IB 在芯片失效分析中具有重要的應用價值和廣闊的發(fā)展前景。相信在未來的科技發(fā)展中,F(xiàn)IB 技術(shù)將不斷創(chuàng)新和進步,為芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展做出更大的貢獻。 END 轉(zhuǎn)載內(nèi)容僅代表作者觀點 不代表中國科學院半導體所立場

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原文標題:聚焦離子束(FIB)技術(shù):芯片失效分析的強大利器

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