[發明專利]低能量離子束蝕刻

有效

• 申請號: 201310035562.5
• 申請日: 2013-01-30
• 公開（公告）號: CN103227110B
• 公開（公告）日: 2018-09-11
• 發明（設計）人: C.呂埃
• 申請（專利權）人: FEI公司
• 主分類號: H01L21/311
• 分類號: H01L21/311
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 蔣駿;王忠忠

本發明涉及低能量粒子束蝕刻，在存在蝕刻輔助氣體的情況下使用低能量聚焦離子束來去除碳質材料。申請人已經發現，當FIB的射束能量被降低時，諸如O₂的蝕刻輔助氣體大大增加了蝕刻速率。在一個例子中，使用具有從8keV到14keV的射束能量的Xe⁺等離子體FIB和作為蝕刻輔助氣體的O ₂所蝕刻的聚酰亞胺材料，在蝕刻速率上的增加相比于默認研磨速率可以接近30倍。

技術領域

本發明涉及聚酰亞胺或其他類似有機薄膜的聚焦離子束蝕刻，更具體地，涉及使用Xe⁺等離子體聚焦離子束來蝕刻聚酰亞胺。

背景技術

現代集成電路(IC)由多層的導體和襯底材料(諸如絕緣體和半導體)組成。在IC中檢查和編輯電路或其他隱藏內部特征，需要導航到目標區域，并研磨穿過多層襯底材料中的一個或多個。通過減少設計調試階段期間所需的掩膜組的數量，電路編輯(CE)降低了IC的開發成本，并加速了總的上市時間(time-to-market)。

大多數CE活動現今采用聚焦離子束(FIB)系統來執行，這通常被用于研磨掉襯底材料以暴露隱藏特征，并且還以高精度沉積材料。這些能力可以被用于切割和連接器件內的電路，以及創建用于電測試的探測點。應用包括驗證設計改變、調試和優化生產中的器件，以及原型制作新的器件，而無需昂貴和費時的掩模組制造。

通常在FIB系統中的材料去除是通過使用相對大的離子的射束來物理濺射掉襯底材料而完成的。大多數的FIB系統使用由液態金屬離子源(LMIS)產生的鎵離子(Ga+)，因為這樣的源容易制造、在室溫下操作、并且是可靠的、壽命長的、且穩定的。此外，在FIB處理期間化學劑可以被引入到工件上，以有利地操縱選定材料的研磨速率。使用化學劑來增強或抑制FIB研磨速率一般被稱為“氣體輔助蝕刻”(GAE)。

因為聚酰亞胺(PI)是IC封裝器件上的一種常見的包封材料，所以在電路編輯或故障分析期間，去除聚酰亞胺層的一部分通常是必要的。聚酰亞胺去除的一個常見方法是通過在有水蒸氣的情況下采用Ga+FIB來蝕刻聚酰亞胺層。水充當蝕刻輔助氣體，且已知為將聚酰亞胺蝕刻速率增加至默認研磨速率(定義為在沒有蝕刻輔助氣體的情況下使用FIB的研磨速率)的5到10倍。將水蒸氣用作用于有機(含碳)化合物(諸如聚酰亞胺)的蝕刻輔助氣體在Russell等人的題為“用于水蒸氣增強的帶電粒子束加工的方法”、編號為5,958,799的美國專利申請(1999年9月28日)中被描述，其通過引用結合于本文。

盡管Ga+FIB已經是幾十年來被用在IC制造中的最常見類型的FIB，但使用惰性離子(諸如氙離子(Xe⁺))的等離子體FIB儀器相對于使用液態金屬離子源的傳統Ga+FIB提供了多種顯著的優點。例如，等離子體FIB提供射束電流，該射束電流是傳統的基于鎵的FIB中所使用的射束電流的20至100倍，這導致了材料去除速率上的極大增加。而且，使用惰性離子的等離子體FIB不導致諸如由Ga+注入所引起的有問題的離子污染。

使用等離子體FIB(諸如Xe⁺等離子體FIB)以用于在由聚酰亞胺或其他類似有機薄膜所包封的IC封裝器件上的電路編輯或故障分析的一個顯著的缺點是，當與Xe⁺等離子體FIB一起使用時，水蒸氣似乎不充當用于聚酰亞胺的蝕刻輔助氣體。盡管聚酰亞胺去除的其他原位外(ex-situ)(FIB真空室外面的)方法是已知的，包括激光器和等離子體蝕刻工具，但現有技術中沒有已知有效的用于Xe⁺FIB工具的原位(in-situ)方法。

因此，所需要的是使用Xe⁺等離子束更加快速和有效地原位蝕刻聚酰亞胺和其他有機薄膜的方法。

發明內容

本發明的優選實施例是針對碳質或其他有機材料的化學輔助離子束蝕刻的新方法。