FIB SERVICES. Stuttgart Zwolle Nördlingen Dresden. Focused Ion Beam Funktionsweise und Möglichkeiten

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1 FIB SERVICES Stuttgart Zwolle Nördlingen Dresden certified by RoodMicrotec. Focused Ion Beam Funktionsweise und Möglichkeiten RoodMicrotec - Quality Services - Jan certified by RoodMicrotec 2

2 Übersicht Funktionsweise FIB Applikationen Vorbereitung eines Auftrags Bearbeitungszeiten Weitere Services um FIB Zusammenfassung RoodMicrotec - Quality Services - Jan certified by RoodMicrotec 3 Funktionsweise FIB GIS Gas Injektions-System (einfahrbar) Ionenquelle (Flüssig-Gallium) Strahlscanner Objektivlinse im Polschuh Ga-Ionenstrahl Sekundärionen-Detektor (MCP,in-lens...) Sekundärelektronen-Detektor Probe RoodMicrotec - Quality Services - Jan certified by RoodMicrotec 4

3 Grundlegende Funktionen Ionenätzen (GA-Ion-Beam) Gasunterstütztes Ätzen Metallabscheidung Hochauflösende Abbildung RoodMicrotec - Quality Services - Jan certified by RoodMicrotec 5 Applikationen Chipmodifikation Präparation von TEM-Lamellen Mikroschnitte Mikro- und Nanofertigung Potentialkontrast-Abbildung Prozesskontrolle Korngrenzenanalyse RoodMicrotec - Quality Services - Jan certified by RoodMicrotec 6

4 a. Beispiele für Chip Modifikationen RoodMicrotec - Quality Services - Jan certified by RoodMicrotec 7 Chip Modifikation mit CAD Navigation Layout FIB Bild Layout + FIB Wegen der geringen Ionen-Eindringtiefe kann das FIB im Gegensatz zum REM nur Oberflächen abbilden. Um auch in tieferen Metallebenen Modifikationen vornehmen zu können, synchronisiert man daher die FIB-Abbildung der obersten Metallbahnen mit dem kompletten GDS-II- Design-Layout. Man navigiert dann quasi im Instrumentenflug nach Plot ohne Sicht direkt zu der gewünschten Leiterbahn, die der Plot lagerichtig anzeigt. Somit ist eine sichere Modifikation gewährleistet. RoodMicrotec - Quality Services - Jan certified by RoodMicrotec 8

5 b. Präparation von TEM-Lamellen Schutzfilm auftragen Grobschnitte Fertig gedünnte Lamelle RoodMicrotec - Quality Services - Jan certified by RoodMicrotec 9 c. Mikroschnitte Ion Beam Column Poly-Si Gate Feldoxid Bulk- Silizium Schnittfläche Schnittmuster RoodMicrotec - Quality Services - Jan certified by RoodMicrotec 10

6 d. Potentialkontrast Potentialkontrast an einem Via-Monitor. An der Stelle, an welcher der Kontrast des Metalls dunkel wird, ist die Kontaktreihe unterbrochen und das Metall floated. RoodMicrotec - Quality Services - Jan certified by RoodMicrotec 11 e. Prozesskontrolle Im Rahmen regelmässiger Qualitätskontrollen wird anhand eines Mikroschnitts durch geeignete Stellen der Logik der Prozess kontrolliert. Die Kippwinkel-korrigierte Dimensionsmessung ermöglicht dabei direkte Schichtdickenbestimmungen 1,15 1,14 1,13 1,12 Metal 3 Thickness ,11 1,1 1, RoodMicrotec - Quality Services - Jan certified by RoodMicrotec 12

7 f. Mikro- und Nanofertigung Auf den meisten FIB Systemen gibt es verschiedene Pattern (Strahlführungsarten). Mit diesen Pattern ist es möglich, spezielle Strukturen, z.b. für MEMS, herzustellen. RoodMicrotec - Quality Services - Jan certified by RoodMicrotec 13 g. Korngrenzenanalysen Mit dem Ionenstrahl kann die Oberfläche von Metallen angeätzt werden (intrinsische Oxide), um die Kornstrukturen mittels Ionen-Channeling sichtbar zu machen. Die Ionen-Eindringtiefe hängt dabei von der Orientierung (Lage im Material) des jeweiligen Korns ab. Entsprechend werden mehr oder weniger Sekundärelektronen freigesetzt, was sich im Signalkontrast widerspiegelt. RoodMicrotec - Quality Services - Jan certified by RoodMicrotec 14

8 Vorbereitung eines FIB Jobs Welche Informationen werden benötigt? Anzahl der Chips (zur Bearbeitung und als Reserve) Welche Technologie? Bei Technologien ab drei Metalllagen ist der Prozess (meistens) planarisiert d.h. ein GDS2 file (inkl. Layertabelle und Topzelle) wird benötigt. Passivierung muss frei zugänglich sein (kein Polyimid oder ähnliches) Wo befinden sich die Modifikationen? Zu jeder Modifikation werden Koordinaten und Plotauszüge sowie Übersichten benötigt. Tipp: Immer leicht zugängliche Stellen im Layout suchen. Die Zielleiterbahn darf nicht durch andere Bahnen verdeckt sein. RoodMicrotec - Quality Services - Jan certified by RoodMicrotec 15 Vorbereitung eines FIB Jobs (bis zu 2 Metalllagen) Bis zu 2 Metalllagen wird kein GDS2-File benötigt Es reichen Plotauszugsbilder (Übersicht, Zoom in, Detailansicht mit eingezeichneten Modifikationswünschen) RoodMicrotec - Quality Services - Jan certified by RoodMicrotec 16

9 Ungefähre Bearbeitungszeiten Setup per Job: Setup per device: Standard Deposition: Track cut (>5 µm): Probe pad depo. (8x8 µm): Standard TEM Lamella prep. : Cross section < 20 µm down to substrate: 20 min 8 min 15 min 8 min 10 min 90 min 20 min RoodMicrotec - Quality Services - Jan certified by RoodMicrotec 17 Weitere Services um FIB Öffnen von Plastik- und Keramikbauelementen / IC s Entfernen von Polyimideschichten auf Bauelementen / IC s Wiederverschließen von Bauelementen / IC s nach der Bearbeitung RoodMicrotec - Quality Services - Jan certified by RoodMicrotec 18

10 Zusammenfassung Das FIB ist ein Allround -Mikroskop mit integrierter Mikro-Werkbank, das in sehr vielen Bereichen der Industrie, Materialwissenschaft, Biologie und Grundlagenforschung zum Einsatz kommt. Speziell in der Halbleiterindustrie ist es nicht nur in der Fab, sondern auch in der Ausfallanalyse und zur Verifikation neuer Chipdesigns nicht mehr weg zu denken. Leider schrecken die hohen Anschaffungskosten und die hohen Stundenpreise viele potentielle Nutzer ab. Eine gute Vorbereitung und fachliche Beratung optimiert jedoch den FIB Einsatz, sowohl in zeitlicher als auch in technischer Hinsicht. Wir beraten und schulen Sie dabei gerne. Quellenhinweis: Einige der FIB Bilder wurden uns mit freundlicher Genehmigung der EMPA Dübendorf (Schweiz) für Schulungszwecke überlassen RoodMicrotec - Quality Services - Jan certified by RoodMicrotec 19 a strong partner for you! RoodMicrotec - Quality Services - Jan certified by RoodMicrotec 20