Microscopía a nanoescala con galio FIB SEM

Los microscopios electrónicos de barrido con haz de iones enfocado en plasma y láser (PFIB) tienen capacidad para eliminar grandes volúmenes de material rápidamente. En el otro extremo del espectro está la necesidad de eliminar capas delgadas de material a una escala nanométrica muy precisa para análisis estructurales, análisis de fallas y metrología.

Por ejemplo, está intentando analizar un defecto subnanométrico en una determinada ubicación de una matriz, pero no sabe exactamente dónde está el defecto. En este caso, necesita un microscopio electrónico de barrido con haz de iones enfocado (FIB-SEM) con la capacidad de cortar finamente y obtener imágenes de la muestra repetidamente, hasta encontrar el defecto. Para esta aplicación, y otras que requieren precisión a nanoescala, un FIB-SEM de galio (Ga+ FIB-SEM), es la tecnología recomendada debido a su rendimiento superior de FIB y SEM y su amplia flexibilidad de aplicación. .

Introducido hace aproximadamente 30 años, el Ga+ FIB-SEM combina un haz de iones enfocado en galio y un microscopio electrónico de barrido en un solo instrumento. El resultado es una herramienta potente y flexible para analizar y fresar dispositivos semiconductores que admite muchas aplicaciones. Estos incluyen imágenes SEM, cortes transversales, análisis de defectos, preparación de muestras in situ, reconstrucción 3D, preparación de tomografía con sonda atómica y preparación de laminillas, la aplicación más común y el tema de un blog posterior.

Para respaldar estas aplicaciones, las capacidades clave que se deben buscar en un FIB-SEM de Ga+ son el control preciso de la energía del haz, la alta resolución, la precisión de la navegación, la determinación del punto final y la consistencia del tamaño del punto.

Los semiconductores actuales se componen de estructuras complejas que pueden incluir materiales duros y blandos y, cada vez más, materiales que pueden ser sensibles a los rayos. La energía del haz de iones aplicado determina tanto la profundidad de penetración como la cantidad de material que finalmente se puede eliminar.

Si bien maximizar la corriente del haz aumenta las velocidades de eliminación de material, si la energía del haz es demasiado alta, puede provocar daños en la región de interés y los circuitos circundantes. Cuando esto ocurre, resulta difícil, o imposible, obtener información precisa sobre la estructura y composición de la muestra. Por otro lado, si la energía del haz es demasiado baja, es posible que no pueda eliminar la cantidad deseada de material o producir el contraste de imagen necesario para colocar correctamente el FIB sobre la región de interés (ROI).

Por lo tanto, es importante que un FIB-SEM Ga+ admita una variedad de energías de haz y proporcione la capacidad de cambiar los voltajes para adaptarse mejor a la aplicación. La resolución SEM es fundamental por múltiples razones.

En primer lugar, a medida que los dispositivos semiconductores se vuelven más pequeños y complejos, las características y defectos que es necesario estudiar se han reducido a unos pocos nanómetros de tamaño. Resolver funciones a esta escala requiere una resolución SEM de alrededor de 1 nm o incluso menos.

En segundo lugar, a medida que se integran más materiales sensibles al daño inducido por rayos E en dispositivos semiconductores, la necesidad de imágenes estables y de alta resolución a voltajes de aceleración bajos (<1 kV) adquiere más importancia.

La resolución extrema es vital en las aplicaciones de semiconductores. Sin embargo, el rendimiento de las imágenes SEM también debe ser repetible, de sistema a sistema y de muestra a muestra. Se requiere calibración y alineación SEM automatizadas.