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Mejora el rendimiento de semiconductores con preparación de muestras FIB SEM de alta calidad

By 02.14.2023

Los dispositivos semiconductores de vanguardia no solo se están volviendo más pequeños que sus predecesores, también se están volviendo más complejos. El análisis y la caracterización estándar ya no son suficientes para impulsar el desarrollo y la producción. En cambio, los fabricantes están recurriendo cada vez más a la microscopía electrónica de transmisión (TEM) de alta resolución para respaldar sus esfuerzos de mejorar el rendimiento de semiconductores.

Sin embargo, TEM requiere una preparación de muestras con haz de iones enfocado (FIB) que extrae porciones de la oblea (laminillas) para su análisis, un proceso destructivo que convierte la oblea en chatarra. La chatarra es una realidad cara para una fábrica, que cuesta a los fabricantes miles de dólares.

El valor del análisis TEM puede compensar estos costos impulsando mejoras en el proceso para permitir un aumento más rápido de la producción de volumen y una mejora del rendimiento de los semiconductores.

Transmission electron microscopy imaging

TEM terminadas en espera de extracción en una oblea de película apilada.

3 Requisitos de preparación de muestras para mejorar el rendimiento de semiconductores

Para maximizar aún más el valor de este flujo de trabajo, es ventajoso que los laboratorios extraigan tanta información de alta calidad como sea posible de cada oblea y cada laminilla. Esto significa que el rendimiento no solo es un factor crítico en los esfuerzos de preparación de TEM, sino que cada lamela cumple con los requisitos de calidad para garantizar un análisis de TEM exitoso al final del flujo de trabajo.

Teniendo esto en cuenta, existen varios requisitos para la preparación de muestras TEM de alta calidad de obleas de silicio:

  1. Orientación precisa de los extremos: la caracterización TEM solo tiene éxito si el área de interés está correctamente ubicada y extraída en la laminilla. Con dimensiones reducidas y complejidad creciente, capturar el dispositivo o característica objetivo dentro de esa laminilla significa alcanzar un objetivo cada vez más pequeño, un proceso que requiere habilidades de operador de alta precisión. Para respaldar la demanda de análisis TEM, es necesario utilizar una mayor automatización y mejoras en la facilidad de uso para minimizar los minuciosos pasos de preparación que realizan los operadores capacitados en la actualidad.
  2. Espesor de muestra optimizado: los dispositivos a nanoescala requieren laminillas cada vez más delgadas para capturar solo una característica o dispositivo de interés. Para algunos análisis críticos, la convolución de múltiples características en la imagen TEM hace que la metrología sea desafiante, si no imposible. Además de eso, EELS es necesario para materiales avanzados y análisis elemental más ligero, una técnica TEM que requiere laminillas muy delgadas (30 nm de grosor o menos) que lleva al límite la capacidad actual de la herramienta de preparación TEM, la repetibilidad y las habilidades del operador. Para este tipo de mediciones, el aprovechamiento de la automatización adquiere mayor importancia para respaldar la creciente necesidad de estos resultados analíticos y la mejora del rendimiento de semiconductores.
  3. Alta calidad de la superficie: las cortinas y los daños en la superficie durante la preparación de las laminillas pueden dificultar significativamente el análisis. La extracción de muestras debe equilibrar la velocidad con la calidad de la superficie para producir rápidamente las mejores muestras posibles con un daño mínimo. El acabado final puede ser, por su propia naturaleza, un proceso lento, pero es inevitable para lograr la calidad de resultado final necesaria. A medida que las laminillas se vuelven más delgadas y las características se hacen más pequeñas, hay menos margen de maniobra en el espesor de la capa dañada. Por ejemplo, una laminilla de 10 nm de grosor debe tener una capa dañada de menos de 2 nm de grosor para un análisis TEM preciso. Minimizar el daño de la superficie requiere un control FIB-SEM preciso a bajos voltajes de aceleración.

Preparación de muestras FIB-SEM con automatización y Machine Learning

Afortunadamente, la tecnología moderna de preparación de muestras FIB-SEM está abordando activamente estos problemas mediante la integración de la automatización y Machine Learning.

La automatización no solo puede ayudar a mantener el instrumento al automatizar la alineación engorrosa y que requiere mucho tiempo, sino que también puede optimizar la utilización del sistema al permitir la ejecución desatendida de tareas rutinarias, minimizando la cantidad de puntos de contacto que necesita el operador. Algunos sistemas avanzados pueden incluso automatizar el pulido de muestras, lo que garantiza que la superficie sea ideal para el análisis TEM.

En general, estas innovaciones permiten que se preparen más muestras por operador, lo que aumenta la productividad y mejora los procesos de aprendizaje de rendimiento de los fabricantes, lo que permite mejorar el rendimiento de semiconductores.

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Autor: Sean Zumwalt
Sean Zumwalt es Director Senior de Marketing de semiconductores en Thermo Fisher Scientific. Este blog fue escrito en colaboración con Alex Ilitchev, escritor científico de Thermo Fisher Scientific.

Post Author: Touchpoint Marketing.

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