芯片样品备制前处理技术分析

在芯片设计完成后，样品功能性测试、可靠性测试以及失效分析除错等环节开展之前，样品备制前处理是不可或缺的关键步骤。其中，芯片切片方式用于断面/横截面观察，对于确认芯片内部的金属接线、各层结构、锡球接合结构、封装打线等潜在缺陷，具有至关重要的作用。

传统机械研磨：大面积观察的可靠选择

传统机械研磨的最大优势在于能够实现大面积的观察范围，可覆盖小于 15cm 的区域，跨越整颗晶粒甚至封装品。这使得其在需要全面性检视堆叠结构或进行尺寸量测时，成为理想的选择。其操作流程包括机械切割、冷埋、研磨、抛光四个步骤，通过这些步骤将样品抛光至所需观察的位置。

然而，传统研磨存在两项明显弱点：一是机械应力容易导致结构损坏，如变形、刮痕等；二是操作过程高度依赖操作人员的经验，经验不足可能导致误伤目标观测区，进而影响后续分析结果。

离子束 (CP)：精准切削与微蚀刻的优势

Cross-section Polisher（简称 CP）相较于传统机械研磨，利用离子束切削作为最后的 ending cut，能够显著降低人为损伤，避免传统研磨机械应力造成的结构损坏。

除了切片功能外，CP 还可针对样品进行表面微蚀刻，有效解决研磨后金属延展或变形问题。

当需要观察金属堆栈型结构、界面合金共化物（Intermetallic compound，简称 IMC）时，CP 是非常合适的分析手法。具体操作是先通过研磨将样品停在目标区前，再利用氩离子 Ar+ 进行切削至目标观测区，这样不仅可缩短分析时间，后续搭配扫描式电子显微镜（Scanning Electron Microscope，简称 SEM）拍摄，还能呈现绝佳的材料对比效果。

Plasma FIB：局部分析的精准利器

在 3D-IC 半导体工艺技术中，若不想通过研磨将样品整个破坏，可选择「电浆聚焦离子束显微镜（Plasma FIB，简称 PFIB）」分析手法。PFIB 结合电浆离子蚀刻加工与 SEM 观察功能，适用于 50-500 um 距离范围内的截面分析与去层观察，还可针对特定区域边切边观察，避免盲目切削误伤目标区，确保异常或特定观察结构的完整性。

Dual Beam FIB：纳米尺度的精细分析

结合镓离子束与 SEM 的双束聚焦离子显微镜（Dual Beam FIB，简称 DB-FIB），能够针对样品中的微细结构进行纳米尺度的定位及观察，适用于 50um 以下结构或异常的分析。

此外，DB-FIB 还可进行 EDX 以及电子背向散射（Electron Backscatter Diffraction，简称 EBSD）分析，获取目标区成分及晶体相关信息。当异常区域或结构过小，SEM 无法提供足够信息时，DB-FIB 还可执行穿透式电子显微镜（Transmission Electron Microscope，简称 TEM）的试片备制，后续借助 TEM 进行更高分辨率的分析。

在芯片样品备制前处理过程中，根据不同的观察需求和样品特点，合理选择传统机械研磨、离子束 (CP)、Plasma FIB 或 Dual Beam FIB 等分析手法，能够有效提高分析效率和准确性，为后续的芯片测试与失效分析提供有力支持。