芯片金相切片和聚焦离子束剖面制样

芯片剖面制样的意义？

    对于芯片内部的纵深缺陷观察或结深测量来说，样品的制备非常重要，应根据观察的目的截取适当的观察面，使所要观察的缺陷与观察面相交。主要方法有金相切片和聚焦离子束剖面制样技术。

什么是金相切片？

    金相切片又名切片，是用特制液态树脂将样品包裹固封，进行研磨抛光的一种制样方法。检测流程包括取样、固封、研磨、抛光，Zui后提供形貌照片、开裂分层大小判断或尺寸等数据。它是一种观察样品截面组织结构情况的Zui常用的制样手段。

   金相切片后的样品常用立体显微镜或金相显微镜观察外貌，如固态镀层或焊点、连接部位的结合情况、是否有开裂或微小缝隙、截断面不同成分的组织结构的截面形貌、金属间化合物的形貌与尺寸测量、电子元器件的长宽高等结构参数。失效分析的时候磨掉阻碍观察的结构，露出需要观察的部分，如异物嵌入的部位等，进行观察或失效定位，也可以用SEM/EDS扫描电镜与能谱观察形貌与分析成分，做完无损检测（如X-ray、SAM）的样品若发现疑似异常开裂、异物嵌入等情况，同样可以用切片的方法来验证。

  金相切片试验步骤:

取样——镶嵌——切片——抛磨——腐蚀——观察。其中镶嵌约需一天的时间，如果采用的是快速固化，则需要2小时。

  金相切片的限制因素如下。

（1）样品如果大于5cm x 5cm x2cm,需用切割等方法取样后再进行固封与研磨。

（2）Zui小观察长度为1μm，在小的就需要用到FIB来继续做显微切口。

（3）常规固化比快速固化对结果有利，因为发热少、速度慢，样品固封在内的受压缩膨胀力较小，固封料与样品的黏结强度高，在研磨时极少发生样品与固封树脂结合面开裂的情况。

（4）金相切片是破坏性的分析手段，要小心操作，一旦被固封或切除、研磨，样品就不可能恢复原貌。

什么是聚焦离子束剖面制样？

   聚焦离子束（FIB）技术类似于聚焦电子束技术，其主要不同是用离子源代替电子源，用离子光学系统代替电子光学系统。FIB系统用镓或铟作为离子源，在离子束流较小的情况下用作扫描离子显微镜，其原理与SEM类似。在离子束流较大的情况下，可局部去除和淀积靶材料，作芯片电路修改和局部剖切面。

   聚焦式离子束系统利用静电透镜将Ca（镓）元素离子离子化成Ca+，并将离子束聚焦成非常小的尺寸，聚焦于材料的表面，根据不同的束流强度通入不同的辅助气体，对微电路进行加工、修复等，并可对三维纳米精度的物体进行制备加工。利用聚焦离子束产生大量的离子，通过溅射刻蚀或辅助气体溅射刻蚀制作剖面，剖面的深度和宽度可根据缺陷尺寸来确定。先用大束流条件刻蚀出阶梯剖面，该步往往需要10~15min才能完成。为了节省加工时间，在刻蚀过程中可以采用辅助气体增强刻蚀，以大大缩短加工时间。在大量材料被刻蚀掉以后，用适中的离子束流（250-500pa）对剖面进行精细加工，把表面清理干净。之后，在利用小束流（28pa）对剖面进行抛光加工。剖面抛光后，将试样倾斜52°，用FIB的Zui小束流对剖面进行扫描，用二次电子或二次离子成像来分析剖面缺陷。

聚焦离子束剖面制样技术可用于元器件失效分析、生产线工艺异常分析、IC工艺监控（如光刻胶的切割）等。分析失效电路的设计错误或制作缺陷、分析电路制作中低成品率的原因及研究和改进对电路制造过程的控制时，在怀疑有问题的器件位置制作一个阶梯式的剖面，以便对缺陷进行观察分析。

聚焦离子束FIB的特点

FIB利用高强度聚焦离子束对材料进行纳米加工，配合扫描电镜（SEM）等高倍数电子显微镜实时观察，成为了纳米级分析、制造的主要方法。目前已广泛应用于半导体集成电路修改、离子注入、切割和故障分析等。

FIB实际应用介绍

（1）在IC生产工艺中，发现微区电路蚀刻有错误，可利用FIB的切割，断开原来的电路，再使用定区域喷金，搭接到其他电路上，实现电路修改，Zui高精度可达5nm。

（2）产品表面存在微纳米级缺陷，如异物、腐蚀、氧化等问题，需观察缺陷与基材的界面情况，利用FIB就可以准确定位切割，制备缺陷位置截面样品，再利用SEM观察界面情况。（3）微米级尺寸的样品，经过表面处理形成薄膜，需要观察薄膜的结构、与基材的结合程度，可利用FIB切割制样，再使用SEM观察。

（4）FIB制备透射电镜超薄样，利用fib的定位性对样品进行减薄，可以制备出厚度100nm左右的超薄样品。

更多信息请咨询 尹小姐：