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半导体芯片结构分析

2024-1-2 17:08:51 8164

0 一个芯片上可以包含数亿～数百亿个晶体管，并经过互连实现了芯片的整体电路功能。经过制造工艺的各道工序后，这些晶体管将被同时加工出来。并且，在硅晶圆上整齐排满了数量巨大的相同芯片，经过制造工艺的各道工序后，这些芯片也将被同时加工出来。材料介质层参见图3，芯片布图上的每一层图案用不同颜色标示。对应每一层的图案，制造过程会在硅晶圆上制做出一层由半导体材料或介质构成的图形。本文把这些图形层称之为材料介质层。例如P型衬底层、N型扩散区层、氧化膜绝缘层、多晶硅层、金属连线层等。芯片布图有多少层，制造完成后的硅晶圆上基本就有多少材料介质层。根据工艺安排，材料介质层的层数也许还会有增加。图3.芯片布图中的晶体管与硅片上制作而成的立体的晶体管的对应示意图芯片制造就是按照芯片布图，在硅晶圆上逐层制做材料介质层的过程。材料介质层在硅晶圆上叠加在一起，就形成了整个芯片上，乃至整个硅晶圆上所有的电路元器件。它们主要包括晶体管(三极管)、存储单元、二极管、电阻、连线、引脚等。随着电子产品越来越“小而精，微薄”，半导体芯片和器件尺寸也日益微小，越来越微细，因此对于分析微纳芯片结构的精度要求也越来越高，在芯片质量控制，失效分析，竞争分析中，常常会要求分析芯片截面结构分析，而且芯片横截面的样品制备的质量十分重要，常规的机械研磨切片造成的划痕损伤，常常会影响分析，下面为大家讲解下先进的芯片横截面制样方式。离子研磨CP+高分辨SEM 离子研磨CP又叫氩离子抛光截面制样，原理利用离子束的高能量撞击材料表面,从而达到去除表面杂质、平整表面等目的。离子研磨CP制样切割宽度约1000微米，深度约600微米。搭配SEM+EDS 可以实现对芯片结构层的测量和元素分析。机械研磨和氩离子研磨测试对比：离子研磨制样可避免机械研磨制样会造成划痕和软质金属的延展性形变问题的影响，离子研磨CP(氩离子抛光切割)可以避免在研磨过程中的应力影响。尤其对于待观测样品同时存在硬度差异较大的材质时，离子研磨CP可解决软性材料在研磨过程中应力所造成的延展。另外，经离子研磨CP处理出来的样品剖面因为不受应力的影响，可针对样品表面之材料特性进行更精确的分析氩离子抛光机可以实现平面抛光和截面研磨抛光这两种形式：半导体芯片氩离子截面切割抛光后效果图：聚焦离子束FIB切割+SEM分析聚焦离子束FIB测试原理：聚焦离子束(FIB)系统利用镓离子源和双透镜聚焦柱，用强烈的聚焦离子束轰击标本表面，以进行精密材料去除、沉积和高分辨率成像。简单来说是聚合了FIB处理样品和SEM观察成相的功能。其中FIB是将Ga元素离子化成Ga+，然后利用电场加速，再利用静电透镜聚焦将高能量的Ga+打到指定点从而达到处理样品的功能。 FIB-SEM切片测试过程 FIB切样区域宽度约200微米，深度约55微米，还有PFIB 可实现深度约数百微米的纵深切割对于芯片膜厚层为几十纳米的，可以选择用聚焦离子束FIB-SEM来做芯片截面形貌观察，SEM-EDS对于芯片的结构成分分析做线性方向元素分析扫描，面扫描MAPPING来表征芯片结构的元素分析。 FIB剪薄TEM薄片+TEM观察分析对于芯片膜层很薄的结构层，一般是几个纳米的芯片膜厚，透射电镜TEM分辨率比SEM高，透射电子显微镜的分辨率比光学显微镜高的很多，可以达到0.1～0.2nm，放大倍数为几万～百万倍。因此，使用透射电子显微镜可以用于观察样品的精细结构，甚至可以用于观察仅仅一列原子的结构，比光学显微镜所能够观察到的最小的结构小数万倍 FIB-TEM测试过程：采用对芯片选取合适位置做FIB剪薄TEM薄片，TEM薄片尺寸通常在58微米，厚度在约在100nm，选取合适的TEM薄片后再上TEM做观察分析， FIB制备TEM样品过程：* 1. Platinum deposition：用电子束或离子束辅助沉积的方法在待制备TEM试样的表面蒸镀Pt保护覆层，以避免最终的TEM试样受到Ga离子束导致的辐照损伤； 2. Bulk-out：在带制备的TEM试样两侧用较大的例子束流快速挖取“V”型凹坑； 3. U-cut：在步骤（2）中切取出的TEM薄片上切除薄片的两端和底部； 4. Lift-out：用显微操控针将TEM试样从块状基体移出，试样与针之间用蒸镀Pt方式粘结； 5. Mount on Cu half-grid：用显微操控针将移出的TEM薄片转移并粘接在预先准备好的TEM支架上； 6. Final milling：用较小利息束流对TEM薄片进一步减薄，直至厚度约约100 nm。案例分享： 0 本主题由 dianzi_0101 于 2024-1-3 09:43 审核通过
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