Fokussierter Ionenstrahl (FIB)

Wir bieten einzigartige Flexibilität bezüglich Material und Querschnitttiefe

Mithilfe unserer Zweistrahl-Anlagen am Fraunhofer IISB, bestehend aus einem Rasterelektronenmikroskop (REM/SEM) und dem fokussierten Ionenstrahl, können wir beliebige Materialien zeitgleich und auf den Nanometer genau abbilden und bearbeiten. Die Probenpräparation mit dem FIB kann an verschiedenen Zeitpunkten in der Bauelementherstellung angewandt werden, beispielsweise bereits, um Wachstumsdefekte freizulegen oder zur späteren Untersuchung defekter Bauelemente, z.B. wenn Schaltprozesse nicht funktionieren. Hierdurch ist eine Fehleranalytik in aufgebauten Systemen genauso möglich wie die Darstellung von Dotierungs- und Schädigungsverläufen implantierter Bauelemente, die Querschnittsanalyse in einem Schichtsystem oder die lokale Prozesskontrolle auf Wafern.

In Verbindung mit vielseitigen Liftout-Systemen werden beliebige Geometrien punktgenau aus dem Material herausgehoben und für weitere Analysen in andere Systeme (TEM, X-Ray-Tomographie etc.) eingebracht. Unterschiedlichste integrierte Detektoren wie STEM, EDX oder EBSD ermöglichen eine direkte Materialanalyse im System, in Dimensionen von Nanometern bis mehreren hundert Mikrometern.

Am Fraunhofer IISB arbeiten wir mit zwei FIBs, der Plasma-FIB und der Gallium-FIB. Das Zusammenspiel der unterschiedlichen Ionen-Systeme erlaubt es, die ganze Vielfalt an Anwendungsfeldern abzudecken. Durch das Plasma-FIB-System mit Xenon-Ionen können wir in sehr kurzer Zeit große Areale und Tiefen bis zu mehreren hundert Mikrometern bearbeiten, wohingegen mit dem Gallium-FIB-System Präparationen von TEM-Lamellen oder Nadeln, sog. Pillars, mit einer hohen Genauigkeit von < 90 nm Dicke realisiert werden können. Mittels entsprechender Software erstellen wir aus Querschnitten 3D-Tomographien und 3D-Modelle, die Mikrostrukturen, Porositätsänderungen oder lokale Defekte wie Wachstumsdefekte in Kristallen sichtbar machen. Auch können hier zusätzlich die unterschiedlichen Detektoren eingesetzt werden (z.B. 3D-EDX oder 3D-EBSD).

Unsere über Jahrzehnte aufgebaute Erfahrung mit den unterschiedlichsten Materialien eröffnet eine lange Liste an Präparations- und Analysemöglichkeiten von Halbleitermaterialien über Polymere, Gläser, Diamant, Knochen, Metalle, Kristalle, Keramiken, …

Das schnelle, kostengünstige und reinraumtaugliche Präparationsverfahren, patentiert vom Fraunhofer IISB

Der Ionenstrahl streut am Beginn jedes Schnittes in Form eines Gaußprofils, wodurch die Eintrittsstelle verrundet wird. Das würde ohne Schutz- oder Pufferschicht dafür sorgen, dass oberste Schichten nicht analysiert werden können, da sie ungenau abgetragen wurden. Eine bisher gängige Herangehensweise ist darum, vor der Bearbeitung mittels FIB beispielsweise eine Platinschicht auf die Probe aufzutragen, um die Kantenabrundungen abzufangen. Dieses Verfahren dauert allerdings ca. 1h und ist somit relativ zeitaufwändig. Außerdem können Wafer, auf die Platin abgeschieden wurde, nicht zurück in den Reinraum und gelten als kontaminiert.

Das am Fraunhofer IISB entwickelte und patentierte Verfahren des Flying Cubes löst diese Probleme: Bei dem Flying Cube handelt es sich um ein Stück Silizium, das mit einer Nadel stabilisiert wird und über der Probe schwebt. So durchschneidet der FIB zuerst das Silizium und zwar ohne, dass dieses Spuren auf der Probe hinterlässt. Eine Platinschicht ist nicht mehr nötig. Dieser Würfel ist flexibel und schnell einsetzbar, das Verfahren beansprucht ca. 30 Minuten, je nach Routine auch deutlich weniger. Außerdem kann der Si-Cube bis zu 20x wiederverwendet werden und ist somit auch deutlich kostengünstiger und reinraumtauglich.