采用聚焦离子束的电路跟踪的制作方法
【专利摘要】用于通过采用聚焦离子束成像技术跟踪在集成电路上的电子线路的方法和系统。在集成电路上的第一组件或节点被连接到一集成电路上的第二组件或节点。在一个外部偏压被施加到所述第一组件或节点，一聚焦离子束被施加到所述集成电路，并且使用一个电子探测器采集图像。连接到第二组件的，在集成电路上的特征或组件将会在结果图像上产生高对比度。该方法还包括施加一个偏压给一个节点或组件，并且随后使用聚焦离子束技术（通过一电子探测器）以达成该集成电路的图案。连接到该节点的组件会在结果图像上呈现高对比度。
【专利说明】采用聚焦离子束的电路跟踪
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电路跟踪。更具体地说本发明涉及用于通过采用聚焦离子束跟踪 在集成电路上的电路连接来捕捉电路图像的方法和系统。
【背景技术】
[0002] 二十世纪晚期到二i^一世纪早期的技术革命注重于企业的智慧。公司，尤其是那 些从事高技术，试图确定对手将把什么技术应用于他们的最新产品的公司。为此，集成电 路，特别是高价值，切削刃的微芯片，不断被进行反向工程，分析解剖，以确定它们的内部结 构和互连是怎样的。
[0003] 目前，集成电路的解剖和分析涉及到一个艰苦的费力的过程。多层芯片的每一层 都是仔细暴露，然后创建成像。产生马赛克图像并且，然后费力地追溯该痕迹，确定哪些特 征与组件是互连的。可以想象，只是为了确保感兴趣的特征被覆盖，这种资源密集的过程导 致错误的特征和可能不感兴趣的区域被成像分析， 因此，需要一个系统，方法，和设备可以减少跟踪集成电路上的电路和电子线路的互连 所需要的精力。
【发明内容】
[0004] 本发明提供用于通过采用聚焦离子束成像技术跟踪在集成电路上的电子线路的 方法和系统。在集成电路上的第一组件或节点被连接到在同一集成电路上的第二组件或节 点。然后，一个外部偏压被施加到所述第一组件或节点。一聚焦离子束被施加到所述集成电 路，并且使用一个电子探测器采集图像。在集成电路上的连接到第二组件的特征或组件将 会在结果图像上产生高对比度。该方法可以使用在迭代过程中，该迭代过程用以识别在集 成电路上的哪个组件与哪个特征相连接。该方法还包括施加一个偏压给一个节点或组件， 并且随后使用聚焦离子束成像技术(通过一电子探测器)以获得该集成电路的图案。连接到 该被施加了偏压的节点或组件的其他组件或节点会在结果图像上呈现高对比度。
[0005] 根据本发明的第一个方面，提供一种用于集成电路上的成像电路的方法，该方法 包括： a. 将所述集成电路的第一零件连接到所述集成电路的第二零件； b. 施加一个偏压到所述第一零件； c. 使所述集成电路暴露于一聚焦离子束下；以及 d. 使用电子探测器采集集成电路的图像； 其中，所述第一零件和所述第二零件不是通过所述集成电路连接的；和 其中，在步骤d采集的图像具有至少一部分相对于图像中的其余部分呈现高对比度， 所述至少一部分是所述集成电路的一部分，该部分是连接到所述集成电路的所述第二零 件。
[0006] 根据本发明的第二个方面，提供一种用于跟踪在一集成电路中的相互连接的方 法，该方法包括： a. 移除所述集成电路的层以暴露所述集成电路的部件； b. 将所述集成电路的第一节点连接到所述集成电路的第二节点； c. 施加一个外部偏压到所述第一节点； d. 使用聚焦离子束和电子探测器捕获所述集成电路的至少一部分的图像； e. 确定集成电路上的哪些组件在图像上被标注为高对比度； 其中，在步骤b之前，所述第一节点和第二节点不通过所述集成电路彼此连接。
[0007] 根据本发明的第三个方面，提供一种用于集成电路上的成像电路的方法，该方法 包括： a. 施加一外部偏压在所述集成电路的第一部分； b. 将所述集成电路暴露于一聚焦离子束下； c. 采集所述集成电路的图像； 其中，在步骤c中采集到的所述图像，显示了所述集成电路的第二部分，该第二部分相 对于图像中的其余部分呈现高对比度，所述第一部分和第二部分通过在集成电路中的一个 共同的路径互相连接。
【专利附图】
【附图说明】
[0008] 本发明的实施例将参照下图描述，不同附图中的相同数字代表相同的元件，其 中： 图1和图2示意说明聚焦离子束（FIB)技术； 图3是来自FIB的图像，说明高对比度的1C特征； 图3A是来自FIB的图像，示出了在1C上的两个特征之间的连接； 图4是利用FIB的高对比度特征的图像； 图5是图4中的具有介质片沉积的特征图像； 图6是图4中的具有被短路的已知特征的和被短路未知特征的节点的特征的图像； 图7是图6的集成电路的图像，显示了由于偏压被施加到已知特征，高对比度的1C的 不同零件；和 图8是根据本发明的一个方面的步骤的流程示意图。 具体实施例
[0009] 聚焦离子束（FIB)系统建立在半导体行业中，并在很多不同的应用中有不同的用 途。在FIB系统中，产生聚焦光束并且加速到下一列。随后通过施加穿过系统线圈(和静电 透镜）的电磁能操纵该光束，由此产生的光束在真空室中出现并且穿透样品/目标。对于 FIB，相比电子光束，该由离子组成的光束作为离子光束，具有更多的动能和能量穿透样品。 通过添加背景气体和通过低能量撞击样品，新的材料可以沉积。可以通过操纵光束和添加 气体，一个材料可以一个精确和可控制的方式去除和沉积。标准气体可包括二氟化氙，四甲 基环四硅氧烷（TMCTS )，钼，钨，和其他公知的气体。
[0010] 在离子光束穿透样品后，离子，原子和电子被发射(主要是二次电子)。这些电子可 以用来创建一个图像--该图像可以通过使用一个电子探测器获取并且同步该采集的信 号与该离子光束扫描。取决于样品的材料和其他因素，可能更多或更少的电子被发射。因 此，该图像可以被用来识别具有不同的特征的样本的区域。举例来说，金属电路会发出不同 数量的 电子，相比电介领域，并且这使得金属电路呈现不同的图像。
[0011] 参考图1，一个示意图说明聚焦离子束技术的说明。在图1中可以看到，聚焦离子 束(来自于镓离子源)被施加到样本。离子束式的样品发射出电子。这些电子通过二次电子 探测器检测。可以从发射的电子构件出样本的图像。可以如图1所示，通过将样本的一个 特征接地并传输阳性颗粒，就可以得到用于接地的特征的明亮的图像。这是由于二次电子 探测器接收到一个比未接地的特征更高的电子浓度。
[0012] 当离子束随着嵌入式掺杂材料穿透半导体的一区域时，一个众所周知的现象发 生。N掺杂硅与P掺杂硅被离子束击中时，它们的行为表现不同，该结果图像显示出材料间 对比的差异。除了半导体的材料在不同程度上也显示这种行为表现，称为电压对比。
[0013] 通过解释，提供了图2。在这幅图中，一集成电路（1C)上的两个特征是由一个电路 连接的。当聚焦离子束被施加到特征上时，集成电路上接地的特征产生一个更明亮的图像。 再次，这是由于二次电子探测器接收到的来自接地特征的电子的浓度比未接地特征的电子 浓度高。
[0014] 通过图2的解释可以延伸概念，一聚焦离子束可以用来穿透样品，该样品具有混 合电介质材料和金属互连(例如，延时的1C芯片）。通过制造到电路的特定区域的外部连 接，和施加一个偏压到这些区域，当这些区域被离子束撞击是所产生的电力的数量会产生 很大变化。使用这种技术，在绘制二次电子产量图时，在结果图像中的集成电路的特定区域 相比于其他区域，可以表现出更高的亮度（即，更高的对比度)。如图3所示的例子，一个集 成电路特征/组件被偏压并且FIB已被施加。可以看出，已经施加了偏压的特征相比于1C 上的其他特征具有高对比度。
[0015] 该高亮度(或高对比度)的区域可以用正常的电路编辑FIB操作延伸。通过沉积介 电材料，铣削接入孔和沉积金属互连，该偏压区域可以与1C上的一个新的领域或一个新的 组件或节点连接。当通过聚焦离子束撞击时，在源自二次电子探测器的输出的结果图像中 的任何连接到该偏压的区域，组件或节点都将同样出现高对比度。这可用于确定1C上的哪 些特征，节点，或者组件与哪些区域，特征，节点或组件连接。
[0016] 参照图3A-6,说明了在1C中的已知特征和未知的区域或特征之间的连接的步骤。 在一个示意图中，图3A显示了 1C上的两个短路的特征的所期望的结果。可以看出，一个已 知的特征(具有高对比度的缓冲特征）是与相邻的特征短路，该相邻的特征也是一个缓冲。 在突出显示的缓冲组件和其相邻的缓冲之间的黄色块代表将这些缓冲与另一个连接的一 个短路，如图3A所示。
[0017] 在图4中，已知特征(一缓冲)是偏压的并且从该图像得到的FIB显示了相对于1C 上的其他特征的具有高对比度。在图5中，一电介质片沉积在已知特征和已知特征的节点 上并且暴露一个未知特征（即不带偏压的特征)。在图6中，已知特征的和未知特征的节点 通过沉积在两个节点之间的导电材料而短路。一旦短路，两个节点因此相连并且在短路的 节点上施加偏压具有在任何节点，特征或组件上施加偏压的效果，该任何节点，特征或组件 与一个位置特征相连。当聚焦离子束因此与偏压同时施加在1C上时，相比于1C上的无偏 压的零件或区域，这些连接到未知的特征的节点，特征，或组件也将出现在高(或更高的）对 t 匕 。
[0018] 参照图7,在图像的中下部分描述了该短路区域（S卩，偏压被应用的区域)。与1C中 其余部分相比，该与未知特征相连的1C的特征呈现高对比度。如在图7中可以看到，这些 特征包括对电源开关的输入和对下一个缓冲区的输出。
[0019] 应当指出，在图3A - 7给出的例子不应被视为对本发明的限制。任何特征，节点， 或在集成电路上的组件或芯片可以作为第一或初始组件或节点。这第一组件可被短路或连 接在一个第二组件，这是通过以任何适当的方式优先于施加偏压和聚焦离子束到集成电路 实现的。而给出的例子中，也可以使用FIB沉积和去除绝缘层以及金属互连，也可以使用其 他的技术。而该实例使用的聚焦离子束来源于镓离子源，其他离子源，如单质金，铱，氙，氖， 以及任何其他适当的离子源都可以使用。
[0020] 也应该注意到，为了最好的结果，该第一和第二节点或组件经由集成电路被连接 到彼此，这最好优先于不彼此连接到另一个用于偏压和成像的目的的节点或组件。
[0021] 在一个实施例中，本发明的一个方面，集成电路芯片或模具首先必须被准备，使用 标准称为背侧样品制备方法。这包括安装模具到面向下的绝缘载体，然后除去模体硅，其使 用湿式或干式蚀刻直到栅级组件被暴露。模具可以被进一步处理，从后面使用标准的技术 来揭示感兴趣的具体层。一个方法是暴露金属1级。一旦感兴趣的级或组件已暴露，一信 号路径从外部源扩展到感兴趣的节点，组件或特征，这通常使用外部电源。
[0022] 施加偏压后，然后将样品放置在一个聚焦离子束室。然后对该室用真空泵抽，该样 品暴露于FIB光束。通过改变光束的情况，成像探测器的条件，和外部偏压，可以通过具有 相非常高的对比度显示该信号节点，这个高对比度是相比于二次电子（SE)的成像探测器电 路的其余部分而言的，感兴趣的节点或特征可呈现被照亮，而电路的其余部分是暗的。
[0023] -旦感兴趣的特征已经被偏压并呈现高对比度，该高对比度的区域可以延伸。使 用聚焦离子束技术的能力，以精确地沉积绝缘材料和导电材料，该信号路径扩展到在一个 特征或电路的新的部分。在一个单独晶体管的情况下，该原始偏压信号可以被施加到一个 晶体管的节点（例如，栅极，源级，或漏极接触)，使用聚焦离子束沉积技术，该偏压信号可以 扩展到另一个晶体管的节点(例如，栅极，源极或漏极接触)。一旦该偏压信号扩展到了新的 特征，其他任何节点连接到该节点，将出现在明亮的SE图像中。
[0024] 应该指出的是，在信号路径可以通过许多金属层(超过10个现代1C)无形延伸时， 任意地方是连接到另一个金属1区的，将在SE图像是立即可见的。
[0025] -旦新连接的节点被发现，该过程可以被重复，并且下一个节点可以被照亮。通过 继续穿过电路并且形成这些连接，该电路可以随后穿过1C芯片。可以想象，对于涉及多个 晶体管的电路，这个过程只涉及到导体的沉积，以短源接触到漏极接触，以及偏压的应用以 施加该聚焦离子束到样品。
[0026] 应当指出的是，本发明的一个方面可以简单地施加外部偏压到一组件或节点，优 先于施加聚焦离子束到集成电路。施加聚焦离子束后，图像是使用电子探测器拍摄的。在 集成电路上的特征或组件被连接到被施加偏压的特征或组件，这将显示在高对比度的结果 图像上。该方法可用于识别通过集成电路上的一个共同路径的节点或组件。
[0027] 概述的技术可用于栅级电路，接触级电路，或任何所需的金属层(如金属1)。
[0028] 应当指出的是，使用上述过程所获得的图像可以进一步加工以获得进一步图像的 信息。例如图像增强技术可应用于图像的数字版本，该图像来自于上述过程，以进一步解释 组件，节点和集成电路上的特征。
[0029] 我们还应该注意到，在多次迭代的过程中所捕获的图像，可用于确定哪些特征已 成为一个偏压相关部分或集成电路部分。例如，对迭代A的图像(优先于施加一偏压到1C 的短路部分）相比用迭代A+1的图像(后于对该偏压的应用），以看到哪个1C的部分已经被 突出显示。图像减少，图像处理以及图像叠加技术可用于自动化该过程，通过突出或高对比 度的图像的部分确定。
[0030] 对于聚焦离子束的条件和环境的各种参数，可以被调整和/或设置为最佳的结果 图像质量。这些参数包括电压，电流，停留的时间，以及其他参数等。对于那些精通聚焦离 子束技术的人而言，这些参数及其影响和设置是众所周知的。对电子探测器的参数可调整 以获得合适的图像质量包括亮度，对比度和线平均度。
[0031] 偏压施加到感兴趣的特征的范围为+ 24V到-24V。该偏压可能取决于聚焦离子 束条件以及1C被成像的特征。例如该1C的特性可以包括图形密度，导线宽度/阻值，介质 质量和导体质量。优选的，偏压电流将被限制以防止导体之间的电弧。因此该偏压最好在 微安范围内。
[0032] 本发明的一个方面可以视为一个过程通过流程图8详细描述。该过程起始于步骤 10,制备1C。如上所述，这一步可能涉及暴露在1C上的组件到栅级。步骤20是连接一个特 征或节点到另一个特征或节点，这可以使用包括FIB介电沉积物，一旦已知的特征已被连 接到一个未知的特征（即，特征的互连关系不明），然后一个偏压可以应用到连接特征(步骤 30)聚焦离子束现在可以用于集成电路(步骤40)，电子探测器可以用来产生1C图像（步骤 50)。1C特征连接到将产生高对比度图像的偏压节点或特征。
[0033] 对本发明理解的人可以想像到的替代结构和上述所有这些实施例或变化都属于 本发明的去权利要求的保护范围。
【权利要求】
1. 一种用于集成电路上的成像电路的方法，该方法包括： a. 施加一外部偏压在所述集成电路的第一部分； b. 将所述集成电路暴露于一聚焦离子束下； c. 采集所述集成电路的一图像； 其特征在于，步骤c中采集到的所述图像显示了所述集成电路的第二部分，该第二部 分相对于所述图像中的其余部分呈现高对比度，所述第一部分和第二部分通过在集成电路 中的一个共同的路径互相连接。
2. -种用于集成电路上的成像电路的方法，该方法包括： a. 连接所述集成电路的第一零件和所述集成电路的第二零件； b. 施加一个偏压到所述第一零件； c. 将所述集成电路暴露于一聚焦离子束下；以及 d. 使用电子探测器采集集成电路的图像； 其特征在于，所述第一零件和所述第二零件不是通过所述集成电路连接的；和 其中，在步骤d中采集到的所述图像具有至少一部分相对于所述图像中的其余部分呈 现高对比度，所述至少一部分是所述集成电路的一部分，该部分是连接到所述集成电路的 所述第二零件。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，通过使用作为所述第二零件的所述至少 一个部分和一个集成电路特征来重复步骤a到d，其中所述集成电路特征通常不与作为所 述第一零件的所述至少一个部分连接。
4. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤a是通过在第一零件和第二零件之 间沉积介电材料和金属互连材料实现的。
5. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述聚焦离子束来自于所述镓离子源。
6. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，执行所述方法的多次迭代，并且进一步包 括一个步骤，该步骤为比较在多次迭代期间的采集的所述集成电路的图像，用以追踪一个 集成电路特征与另一个集成电路特征的连接。
7. -种用于跟踪在一集成电路的相互连接的方法，该方法包括： a. 移除所述集成电路的层以暴露所述集成电路的组件； b. 将所述集成电路的第一节点与所述集成电路的第二节点连接； c. 施加一个外部偏压到所述第一节点； d. 使用聚焦离子束和电子探测器捕获所述集成电路的至少一部分的一个图像； e. 确定在所述图像中哪些集成电路的组件被标注为高对比度； 其特征在于，在步骤b之前，所述第一节点和第二节点不通过所述集成电路彼此连接。
8. 根据权利要求7所述的方法，进一步包括，重复步骤b到步骤e的步骤，该步骤使用 作为所述第二节点的在所述图像中标注的所述组件中的至少一个组件和一个与所述组件 不通过所述集成电路彼此件连接的作为所述第一节点的节点。
9. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述聚焦离子束是来自于一个镓离子源。
10. 根据权利要求7所述方法，其特征在于，所述第一节点和所述第二节点是在晶体管 上的节点。
11. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，用过使用在所述集成电路上的不同的节 点多次重复步骤b到e，并且包括一步骤，该步骤比较被捕捉的图像，使用所述的步骤来确 定在所述集成电路上哪些节点哪些组件相连。
12. 根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述步骤b是通过使用在所述集成电路 外的材料来短路所述第一节点和第二节点来实现的。
13. 根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述步骤b是通过沉积在所述第一节点 和第二节点之间的介电材料和金属互连材料来实现的。
14. 一个方法根据权利要求7所述的方法，进一步包括一步骤：施加图像增强技术到一 所述图像的数字版本，以增强所述图像。
15. 根据权利要求7所述的方法，进一步包括反复重复步骤b到e的步骤，从先前的迭 代使用至少一个在一图像中说明的组件作为所述第二节点，并且一节点通过所述集成电路 断开作为该第一节点。
【文档编号】G01N23/22GK104122282SQ201410164753
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年4月23日 优先权日:2013年4月24日
【发明者】克里斯·帕夫洛维奇, 亚历山大·索金, 迈克尔·W·法纳夫, 亚历山大·克里茨米尔, 肯·G·拉加里克 申请人:克里斯·帕夫洛维奇, 亚历山大·索金, 迈克尔·W·法纳夫, 亚历山大·克里茨米尔, 肯·G·拉加里克