Лабораторная работа 3 Анализ и препарирование наноразмерных структур сбис с применением ионного пучка

Цель работы: знакомство с методиками модификации, препарирования и исследования наноразмерных структур СБИС с применением фокусированного ионного пучка.

Продолжительность работы: 4 часа.

Приборы и принадлежности: система с фокусированным ионным пучком

FEI FIB 200, образцы структур СБИС.

Назначение системы с фокусированным ионным пучком

Для проведения локального анализа поперечного сечений топологических слоев полупроводниковых структур, удаления, а также осаждения проводящих и диэлектрических слоев широкое применение находят системы с фокусированным ионным пучком. В них сфокусированный до размеров десять и менее нанометров пучок ионов галлия сканирует по поверхности образца. При взаимодействии пучка с образцом происходит распыление атомов с его поверхности и тем самым осуществляется его травление. При подаче в область сканирования ионного пучка газов различных соединений с помощью устройств GIS (Gas Injection System) они разлагаются под действием ионов галлия и на поверхность образца осаждаются проводящие слои металлов или диэлектриков.

Компоненты системы с фокусированным ионным пучком fei fib 200

Расположение блоков и узлов установки FEI FIB 200 показано на рисунке 1.

В состав прибора FEI FIB 200 входят:

1 – силовой распределительный блок;

2 – магистраль подачи сжатого воздуха и азота к прибору;

3 – механический насос;

4 – гетероионный насос;

5 – воздушная подвеска прибора и турбомолекулярный насос;

6 – рабочая камера;

7 – ионная колонна;

8 – источник ионов галлия;

Рисунок 1. Внешний вид системы с фокусированным ионным пучком FEI FIB 200 (пронумерованные блоки указаны в тексте)

9 – устройство управления апертурой;

10 – система подачи газов;

11 – детектор вторичных электронов;

12 – блок ручного управления предметным столиком;

13 – рабочий стол;

14 – системный блок компьютера;

15 – осциллоскоп;

16 – амперметр;

17 – пульт включения-выключения;

18 – пульт управления;

19 – монитор компьютера;

20 – клавиатура с мышью;

21 – джойстик управления предметным столиком.

Подготовка установки fei fib 200 к работе

Подготовка к работе и включение прибора осуществляется следующим образом:

1. Прикрепите исследуемый образец на предметный столик.

2. Кнопкой (рис. 2в) включите напуск азота в рабочую камеру, подождите завершения этой процедуры.

3. Установите столик с образцом в рабочую камеру и закрепите его винтом.

4. Кнопкой (рис. 2в) включите откачку воздуха из рабочей камеры, подождите, пока уровень вакуума в камере не достигнет значения 1.0е-5 mbar (рис. 2в).

5. Нажмите кнопку ON на панели рабочего стола (рис. 3а), дождитесь, пока значение Column HV на панели Status не станет равным 1 kV (рис. 2в).

6. Включите осциллоскоп и поверните ручку интенсивности в среднее положение. Включите амперметр.

7. Кнопкой на панели Ion Column (рис. 2в) включите источник ионов галлия, подождите, пока программа не выполнит все необходимые процедуры, о которых можно судить по надписям в нижней части панели Status. В результате ток эмиссии в графе Emission Current должен составить 2,2 мкА.

8. Кнопкой на панели High Voltage (рис. 2в) включите ускоряющее напряжение, подождите, пока оно не возрастет до 30 кВ.

9. Выберите апертуру, ограничивающую ток пучка до 11 пА, – Beam11 pA. Графы Aperture и Beam Current на панели Status должны принять значение 11 pA.

10. Кнопкой Start/freezes scan (рис. 2а) включите развертку в растр ионного пучка и выставьте комфортное значение яркости и контрастности на панели Detector (рис. 2в), либо ручками на пульте прибора (рис. 3б).

11. При помощи ручки Focus Fine на пульте прибора (рис. 3б) сфокусируйте изображение.

а) б)

в) г) д)

Рисунок 2. панели программы управления установкой FEI FIB 200

а)

б)

Рисунок 3. Пульты на рабочем столе микроскопа

12. Выставьте поверхность подложки на эуцентрическую высоту (для стандартной кремниевой пластины, закрепленной на столике, она составляет величину ~3000 мкм – графа Z на вкладке Stage (рис. 2г). Для этого, перемещая столик с образцом при помощи джойстика, отыщите на ней какой-либо объект исключительной формы, например, одиночную горизонтальную дорожкуметаллизации. Задайте степень увеличения 5000х рукояткой Magnification на пульте и выставьте найденный объект по центру экрана. Наклоните столик с образцом на 15°, замете, в какую сторону сместился объект и верните его в центр экрана, поднимая или опуская столик при помощи джойстика (при этом кнопка справа от джойстика удерживается в нажатом положении). Верните столик в горизонтальное положение и заново сфокусируйтесь.