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芯片樣品備制前處理技術分析

嘉峪檢測網 2025-06-05 08:44

在芯片設計完成后，樣品功能性測試、可靠性測試以及失效分析除錯等環(huán)節(jié)開展之前，樣品備制前處理是不可或缺的關鍵步驟。其中，芯片切片方式用于斷面/橫截面觀察，對于確認芯片內部的金屬接線、各層結構、錫球接合結構、封裝打線等潛在缺陷，具有至關重要的作用。

傳統(tǒng)機械研磨：大面積觀察的可靠選擇

傳統(tǒng)機械研磨的最大優(yōu)勢在于能夠實現大面積的觀察范圍，可覆蓋小于 15cm 的區(qū)域，跨越整顆晶粒甚至封裝品。這使得其在需要全面性檢視堆疊結構或進行尺寸量測時，成為理想的選擇。其操作流程包括機械切割、冷埋、研磨、拋光四個步驟，通過這些步驟將樣品拋光至所需觀察的位置。

然而，傳統(tǒng)研磨存在兩項明顯弱點：一是機械應力容易導致結構損壞，如變形、刮痕等；二是操作過程高度依賴操作人員的經驗，經驗不足可能導致誤傷目標觀測區(qū)，進而影響后續(xù)分析結果。

離子束 (CP)：精準切削與微蝕刻的優(yōu)勢

Cross-section Polisher（簡稱 CP）相較于傳統(tǒng)機械研磨，利用離子束切削作為最后的 ending cut，能夠顯著降低人為損傷，避免傳統(tǒng)研磨機械應力造成的結構損壞。

除了切片功能外，CP 還可針對樣品進行表面微蝕刻，有效解決研磨后金屬延展或變形問題。

當需要觀察金屬堆棧型結構、界面合金共化物（Intermetallic compound，簡稱 IMC）時，CP 是非常合適的分析手法。具體操作是先通過研磨將樣品停在目標區(qū)前，再利用氬離子 Ar+ 進行切削至目標觀測區(qū)，這樣不僅可縮短分析時間，后續(xù)搭配掃描式電子顯微鏡（Scanning Electron Microscope，簡稱 SEM）拍攝，還能呈現絕佳的材料對比效果。

Plasma FIB：局部分析的精準利器

在 3D-IC 半導體工藝技術中，若不想通過研磨將樣品整個破壞，可選擇「電漿聚焦離子束顯微鏡（Plasma FIB，簡稱 PFIB）」分析手法。PFIB 結合電漿離子蝕刻加工與 SEM 觀察功能，適用于 50-500 um 距離范圍內的截面分析與去層觀察，還可針對特定區(qū)域邊切邊觀察，避免盲目切削誤傷目標區(qū)，確保異常或特定觀察結構的完整性。

Dual Beam FIB：納米尺度的精細分析

結合鎵離子束與 SEM 的雙束聚焦離子顯微鏡（Dual Beam FIB，簡稱 DB-FIB），能夠針對樣品中的微細結構進行納米尺度的定位及觀察，適用于 50um 以下結構或異常的分析。

此外，DB-FIB 還可進行 EDX 以及電子背向散射（Electron Backscatter Diffraction，簡稱 EBSD）分析，獲取目標區(qū)成分及晶體相關信息。當異常區(qū)域或結構過小，SEM 無法提供足夠信息時，DB-FIB 還可執(zhí)行穿透式電子顯微鏡（Transmission Electron Microscope，簡稱 TEM）的試片備制，后續(xù)借助 TEM 進行更高分辨率的分析。

在芯片樣品備制前處理過程中，根據不同的觀察需求和樣品特點，合理選擇傳統(tǒng)機械研磨、離子束 (CP)、Plasma FIB 或 Dual Beam FIB 等分析手法，能夠有效提高分析效率和準確性，為后續(xù)的芯片測試與失效分析提供有力支持。

來源：Internet

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