用于电子元件和半导体的FIB-SEM

失效分析与三维器件表征

为半导体和电子器件应用领域的物理失效分析、技术探索及工艺良率控制提供支持。

蔡司Crossbeam FIB-SEM可为半导体工作流提供高精度截面切割、TEM薄片制备及三维断层扫描能力。实时成像结合集成分析功能,可观测内部深埋结构,输出可靠的高分辨率结果。

稳健加速电子器件开发

随着电子器件的持续微缩化发展,半导体研发团队需要快速获取内部深埋结构,并通过高精度且可重复的样品制备减少结果偏差。蔡司Crossbeam集成高分辨率Gemini SEM成像与高精度FIB加工,将切割、成像与分析整合为可控的三维工作流。实时监测、自动化TEM薄片制备及连续断层扫描成像,可提升终点定位精度,实现复杂器件结构的可靠重构。

电子元件工作流的TEM薄片制备

蔡司Crossbeam FIB-SEM可在ZEN core EM中实现引导式及自动化TEM薄片制备,结合高精度FIB加工与高分辨率SEM成像,完成可控减薄与定点终点定位,以此实现纳米尺度的结构、化学与物理特性表征。
  • 自动化引导式多位置TEM薄片制备

    自动化引导式多位置TEM薄片制备

  • 薄片块制备

    薄片块制备

  • 薄片提取

  • 薄片载网固定

    薄片载网固定

  • 薄片减薄与终点定位

  • 自动化引导式多位置TEM薄片制备
  • 薄片块制备
  • 薄片提取
  • 薄片载网固定
  • 薄片减薄与终点定位
ZEN core EM用户界面

Crossbeam的核心功能

  • 既可通过自动化薄片制备及时获取数据,也可通过手动控制工作流对珍贵样品进行深入研究。
  • 在一次运行中研究多种材料。根据不同材料调整FIB参数并建立参数库。
  • 通过单一用户界面运行完整工作流:ZEN core EM助您以流畅高效的方式完成薄片制备的各个步骤。

Crossbeam产品组合

切割时同步观察,精准选择所需

蔡司Crossbeam应用案例

ZEN core EM引导式自动化工作流

每一款蔡司Crossbeam型号均可通过预定义的ZEN core EM工作流支持TEM薄片制备,包含开槽、减薄、提取、载网优化标准化步骤,确保工艺控制稳定一致。

工作流核心优势

  • 依托工艺清单实现批次运行以提升通量,支持无人值守作业,可在单一序列中兼容多种样品材质或参数设置。
  • 配备操作人员安全防护机制,包含安全校验、操作提示以及暂停/记录/恢复功能,保障制备精度。
  • 可对FIB扫描图案进行旋转与角度微调,优化对齐效果并提升终点控制精度。

减薄过程中“边切边观,分毫尽览”

最终精修是保障TEM薄片质量的关键环节。Gemini无漏磁光学系统可在制备倾角下实现清晰的SEM成像,支持关键参数实时调整:

  • 能量/束流档位
  • 微调
  • 扫描策略

Crossbeam 750搭载的HDR Mill + SEM

蔡司Crossbeam 750集成HDR Mill + SEM技术,可实现SEM与FIB同步扫描联动,在大束流工况下无需中断切割即可保持成像清晰度,在提高粗去除效率的同时全程保持工艺可视性。

全自动化大批量TEM制备

蔡司Crossbeam Samplefab是专为大批量TEM薄片生产而设计的自动化解决方案,标准化块体到载网全流程,可保障在不同操作人员、班次及生产基地间的制备可重复性、可追溯性及薄片品质统一性。

采用Crossbeam 750的HDR Mill + SEM成像技术拍摄的5 nm SRAM结构(左图)呈现切割过程中清晰的纳米级细节。
采用Crossbeam 750的HDR Mill + SEM成像技术拍摄的5 nm SRAM结构(右图)呈现切割过程中清晰的纳米级细节。

定向截面和缺陷定位

Crossbeam实现FIB切割与实时SEM成像同步联动,支持参数连续调节,并可精细调控探针与探测器,提升缺陷定位能力。大束流工况下二次电子噪声与信号混叠加剧,HDR Mill + SEM通过信号融合处理,在不中断切割的前提下保持成像清晰,确保复杂结构制备结果更稳定。

核心功能
拍摄截面的高分辨率图像,以获取亚表面信息。Crossbeam提供一系列用于全面样品表征的探测器,可同时呈现四种探测器信号。

  • 对5 nm SRAM器件进行大范围FIB断层扫描,呈现了样品全域纳米级结构细节。

    器件解析专用三维FIB-SEM断层扫描与分析

    蔡司Crossbeam的FIB-SEM断层扫描技术通过连续截面切割,实现厚样品三维成像与重构。智能软件解决方案支持长时间无人值守断层扫描,高效输出可靠和准确的结果。

  • FIB-SEM断层扫描过程中采集的三维EDS面分布图

    采用Crossbeam 550L制备的功率MOSFET器件,获取三维EDS面分布图与FIB扫描图像,呈现了元素分布与纳米级结构特征。

    三维分析

    蔡司Crossbeam支持用于研发和失效分析的三维采集,通过集成的EBSD和EDS实现高精度重构,以关联复杂器件结构中的形貌结构数据与成分数据。

  • XRM至FIB-SEM关联工作流,显示了从X射线显微分析到聚焦离子束SEM分析的定向移送
    XRM至FIB-SEM关联工作流,显示了从X射线显微分析到聚焦离子束SEM分析的定向移送

    XRM至FIB-SEM关联工作流,显示了从X射线显微分析到聚焦离子束SEM分析的定向移送

    XRM至FIB-SEM关联工作流,显示了从X射线显微分析到聚焦离子束SEM分析的定向移送

    多尺度关联

    蔡司关联成像软件Atlas 5通过关联图像并整合X射线体数据搭建多尺度、多模态工作流,实现对样品深埋特征的准确定位,降低感兴趣区域漏检风险。

半导体工作流硬件功能

  • 飞秒激光可在数分钟内完成毫米级体积材料去除,提高通量,快速获取器件深埋特征,适配X射线显微镜、APT柱体及大面积TEM薄片制备需求。其可制备满足EBSD和EDS要求的洁净截面,后续仅需FIB最终精修,节省耗时并减少样品潜在损伤。

    您可以

    • 快速获取深埋结构。
    • 制备毫米级宽度与深度的截面。
    • 凭借超短激光脉冲显著降低损伤与热效应。
    • 通过与X射线显微成像数据集关联定位隐藏的感兴趣区域。
    • 自动化执行工作流任务,无缝转移至FIB仓室。
  • 蔡司Crossbeam提供两种仓室尺寸,以扩展分析、成像及样品改性能力。大仓室配置支持处理大型样品及可达200 mm的整片晶圆,为半导体工作流提供更高灵活性。

    产品优势

    • 150 mm或200 mm载物台——标准型或可选高精度(HP)载物台
    • 200 mm交换舱配备延伸导轨,实现晶圆平稳转移
    • NavCam升降机构支持整片晶圆成像与快速感兴趣区域导航
    • 内置安全保护,以防止晶圆与仓室/镜筒发生干涉
    • 坚固的传输杆/载具系统支持大载荷转移(>500 g)
  • Crossbeam的FE-SEM镜筒采用Gemini电子光学系统与无漏磁物镜,规避强磁场影响,可在倾斜工况下实现大视场无畸变高分辨率成像,同时在精密半导体分析研究中保持样品完好性。

    • Gemini 1:适配Crossbeam 350,使用灵活,可对存在荷电效应或排气类样品进行可变压力成像。
    • Gemini 2:搭载于Crossbeam 550,可在低电压下实现高分辨率成像,同时满足高要求分析与制备工作流所需的束流条件。
    • Gemini 4:集成于Crossbeam 750,可大幅提升低电压分辨率/信噪比,倾斜工况下同样适用;同时在SEM高分辨率成像条件下减少物镜场对低能FIB探针的影响。

    Ion-sculptor FIB
    Ion-sculptor FIB镜筒束流范围覆盖1 pA至100 nA,能够在一套可扩展工作流内实现快速块体材料去除与可控低能量精修。

用于电子元件表征的配件及附加组件

  • 经Crossbeam FIB-SEM制备的氮化镓器件ToF-SIMS离子分布图,显示了铝、氧、氮化合物及钛在整体结构中的空间分布。

    ToF-SIMS

    可平行检测小至ppm级的原子和分子离子,支持锂等轻元素及同位素分析。

  • 采用Crossbeam FIB-SEM采集氮化镓器件截面的STEM成像模式(BF、DF、ADF、HAADF、ODF),凸显结构衬度与材料界面特征。

    STEM

    使用配备分段环形暗场(ADF)及高角度环形暗场(HAADF)功能的可伸缩扫描透射电子显微镜(STEM)探测器,直接在FIB-SEM仓室内对薄样品进行成像,从而实现高衬度纳米级结构分析、原位取向/缺陷映射以及关键尺寸(CD)测量。

  • 利用Crossbeam FIB-SEM采集的氮化镓器件截面EDS元素分布图,显示了铝、氧、金、镓、氮和硅元素在层状结构中的分布特征。

    EDS

    在截面切割与三维分析工作流中集成元素分析功能,多探测器同步采集,实现材料全方位表征。

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