宜特小學堂：先進製程晶片局部去層找 Defect 可用何種工具

您擔心您的樣品在 delayer 過程傷到目標區，或者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，想顧及每個位置，使用一般研磨（grinding）手法進行去層（delayer）風險較高，可能無法兼顧每個異常點，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。

速讀 PFIB 優點

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。

▲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 Passive Voltage Contrast（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 1066 張小姐。Email: marketing_tw@istgroup.com

（圖片來源：宜特科技）