發佈日期：2022/3/24PFIB去層
發佈單位：iST宜特
您擔心您的樣品在delayer過程傷到目標區嗎?
您擔心您的樣品研磨時均勻性不佳，影響觀察重點嗎?
一般而言，在執行IC異常點物性分析前，會先進行樣品製備(sample preparation)，透過雷射開蓋與一般研磨(grinding)手法進行開蓋(decap)與去層(delayer)，將樣品去黑膠研磨至欲檢測的位置。
然而製程隨著摩爾定律演進，不斷縮小的趨勢下，更先進的設計和複雜的3D架構伴隨金屬導線(interconnect)層數增加，且層與層間的厚度持續微縮，加上不斷引進新材料，讓金屬導線和電晶體結構更加複雜，將導致若IC發生異常，需進行故障分析時，遠比以往都更具挑戰性。
特別是先進製程/記憶體晶片的樣品異常點(Defect)若過於分散，若想顧及每個位置，一般研磨(grinding)手法進行去層(delayer)風險較高，可能無法兼顧，該如何處理?
本期宜特小學堂，將與您分享一項強大的分析工具「電漿聚焦離子束顯微鏡Plasma FIB(Helios 5 PFIB UXe)，簡稱PFIB)」，不僅擁有Dual-Beam FIB雙槍設計，可以邊切邊拍，更重要的是，針對大範圍的結構觀察，不僅可完整呈現欲觀察之結構，蝕刻效率更是傳統Dual-Beam FIB的20倍以上，可有效縮短分析速率。
PFIB去層
- 具備停點偵測機制(End point monitor)，加上SEM影像及時輔助，可精準判斷去層的停點位置。
- 藉由電漿加上氣體輔助蝕刻反應，可提供大面積均勻的去層結果。
| 傳統研磨 delayer | P-FIB delayer | |
|---|---|---|
| 去層範圍 | 大 | 相對小 (~200um*200um) |
| 定點去層分析 | 難度高 | 相對容易，機台內即可定位 |
| 損傷範圍 | 大 (機械應力) | 可控制(離子束損傷) |
| 局部均勻性 | 相對低 | 佳(w/ 氣體輔助蝕刻) |
| 操作者經驗 | 高度仰賴操作者經驗 | 容易SOP化 |
表一: 傳統研磨及PFIB 兩種 delayer 方式比較
案例一: PFIB如何克服一般研磨樣品均勻性不佳
做為一般 delayer 的延伸，PFIB藉由電漿蝕刻搭配原廠專利氣體，可針對特定區域或層次進行大面積均勻去層，處理範圍可達 200um * 200um，完整呈現欲觀察之結構(圖一)。
圖一: SEM 影像，圖一(a)為未通入PFIB氣體輔助蝕刻的結果，從圖一(b)可知，去層均勻性並不理想，沒辦法停在特定層次；相較之下，圖一(c)、(d)為通入PFIB氣體輔助蝕刻後的結果，在均勻性上得到顯著提升。
案例二: PFIB如何解決去層(delayer)去過頭以致誤傷目標區的狀況?
PFIB有一功能為精確的停點判斷功能(圖二)，不用擔心會有一般去層(delayer)去過頭而誤傷到目標區的狀況；此外，利用被動式電壓對比 (Passive Voltage Contrast，簡稱PVC)，還可偵測漏電或高阻值異常點的位置。
圖二: PFIB之停點偵測機制圖(End point monitor)。藉由偵測載台電流值(stage current)的微小變化，可得知目前樣品的層次，此輔助系統可協助工程人員更準確判斷去層的停點，增加去層的準確性。
案例三: 先進製程的微結構大面積逐層去除
針對先進製程的微結構觀察，使用傳統研磨方式，容易因結構太薄，造成一次磨掉兩層或磨得不均勻。PFIB的拿手絕活，則可以透過電漿蝕刻（Plasma Etching）方式，完整且大面積的逐層去除(圖三)。
圖三: 使用PFIB逐層去除後的SEM影像
目前宜特已經有執行包括7奈米及5奈米節點(node)半導體元件/3D NAND記憶體的PFIB delayer分析經驗，若您有任何IC異常狀況不知如何分析，或是對相關知識想要更進一步了解細節，歡迎洽詢+886-3-579-9909 分機6166 林博士/Weijui │ Email: web_ma@istgroup.com