半導體制造中FIB、SEM關鍵技術原理

聚焦離子束（Focused Ion beam，FIB）是一種利用電透鏡將離子束聚焦成非常小尺寸的顯微切割儀器。聚焦后作用于樣品表面。其主要的作用分為以下三種：

1、產生二次電子信號取得電子圖像，該項功能和SEM相似，且二者可搭配使用效果更好。

2、通過強電流離子束對表面原子進行剝離，完成微納米級別的表面形貌加工工作，該項功能在形貌分析方面用的較多。

3、以物理濺射的方式搭配化學氣體的反應，有選擇性的剝離金屬，氧化硅層或者沉積金屬層。

聚焦離子束的系統是利用電透鏡將離子束聚焦成非常小尺寸的顯微切割儀器，目前商用系統的離子束為液相金屬離子源，金屬材質為鎵，因為鎵元素具有低熔點、低蒸氣壓、及良好的抗氧化力；典型的離子束顯微鏡包括液相金屬離子源、電透鏡、掃描電極、二次粒子偵測器、5-6軸向移動的試片基座、真空系統、抗振動和磁場的裝置、電子控制面板、和計算機等硬件設備，外加電場于液相金屬離子源，可使液態鎵形成細小尖端，再加上負電場 牽引尖端的鎵，而導出鎵離子束，在一般工作電壓下，尖端電流密度約為1埃10-8 Amp/cm2，以電透鏡聚焦，經過一連串變化孔徑可決定離子束的大小，再經過二次聚焦至試片表面，利用物理碰撞來達到切割之目的。

掃描電子顯微鏡（scanning electron microscope，SEM）是一種介于透射電子顯微鏡和光學顯微鏡之間的一種觀察手段。其利用聚焦的很窄的高能電子束來掃描樣品，通過光束與物質間的相互作用，來激發各種物理信息，對這些信息收集、放大、再成像以達到對物質微觀形貌表征的目的。新式的掃描電子顯微鏡的分辨率可以達到1nm；放大倍數可以達到30萬倍及以上連續可調；并且景深大，視野大，成像立體效果好。

WIP (Working In Progress)

WIP在制品管理，通常是指領出的原材料，在經過部分制程之后，還沒有通過所有的制程，或者還沒有經過質量檢驗，因而還沒有進入到成品倉庫的部分，無論這部分產品是否已經生產完成，只要還沒有進入到成品倉庫，就叫WIP，在MES中則體現為Lot的制程。

擴展電阻測試（SRP）技術

SRP（Spreading resistance profile）即擴散電阻分布是一種以較高分辨率測試半導體材料擴散電阻、電阻率、載流子濃度分布等電學參數的方法，屬于一種實驗比較的方法，該方法的步驟是先測量一系列點接觸的擴展電阻（Rs是導電金屬探針與硅片上一個參考點之間的電勢降與流過探針的電流之比），再用校準曲線來確定被測樣品在探針接觸點附近的電阻率，進而換算成系列測試點所對應的的載流子濃度。

SRP測試原理圖

為了提升空間分辨率，同時根據目標測量深度不同，可以將樣品截面方向磨成一系列的角度，將硅片磨角后可以測量分辨深度方向5 nm以內電阻率的變化。擴展電阻法能夠測試Si、InP、GaAs、SiC等外延、擴散、注入工藝中載流子濃度空間分布情況，成為半導體材料制備及工藝生產中比較重要的測試手段之一。

審核編輯：湯梓紅