深度解析芯片截面分析技术：传统机械研磨、离子研磨与双束聚焦离子束

深度解析芯片截面分析技术：传统机械研磨、离子研磨与双束聚焦离子束

在半导体领域，芯片截面分析技术是理解芯片内部结构、优化制造工艺和新材料研究的关键工具。本文将深入解析三种主流的芯片截面分析技术：传统机械研磨、离子研磨（CP）和双束聚焦离子束（Dual-Beam FIB），帮助读者全面了解这些技术的特点和应用场景。

01、传统机械研磨

传统机械研磨技术是最常见的观察样品截面的制样方式。其优点在于成本低、效益高、操作简便快捷，因此仍然是芯片截面分析中的主流方法之一。这种技术特别适合需要对堆叠结构进行深入尺寸量测或失效点全面检视的场景。

传统机械研磨的操作步骤包括机械切割、冷埋、研磨和抛光。然而，这种方法也有其局限性：在制备过程中，样品容易受到机械应力而造成不必要的损伤，如变形、划痕、裂缝等缺陷存在于试片表面，容易对结果造成干扰或误判，对工程师的经验以及操作有着很高的要求。

02、离子研磨（CP）Cross-section Polisher

为了解决传统机械研磨中的应力问题，离子研磨技术应运而生。离子研磨一般被称为ion milling或CP（Cross-section Polisher），其使用氩离子束切割，可以最大程度地降低人为和机械应力带来的损伤。

CP技术的高精度、无应力切削显著改善了样品制备的表面质量。此方式可以避免在研磨过程中所产生的应力、刮痕、抛光液粒子的残留，完成的样品表面光滑无损伤，同时可以表现出材料内部的真实结构，有利于后续使用SEM、EDS或其它分析设备对样品进行进一步的观察和分析。然而，CP技术虽然带来了高质量的制备效果，其制备速度较慢，时间大大增加。

03、双束聚焦离子束Dual-Beam FIB

双束聚焦离子束(Dual-Beam FIB)系统是一种集成了单束聚焦离子束和扫描电子显微镜(SEM)功能的高精度微纳加工技术。这种系统利用加速之后的高能离子束对样品进行纳米级精确切割，实现了对材料的微观加工和分析。避免传统研磨产生的截面粗糙的情况以及部分样品受力产生的形变而产生的干扰。

DB-FIB具有多种应用场景：

• 截面分析：可以定点获取清晰平整的样品截面，对目标位置进行成分分析、尺寸测量。
• 线路修补：在芯片的设计验证及缺陷修复过程中，经常会运用到FIB进行线路的切割以及连接，可以精确地修改电路。
• TEM样品制备：适用于半导体、金属材料、生物材料、电池材料、陶瓷材料等的TEM样品制备，对于需要高分辨图像、晶体缺陷分析、高精度定点制备的样品来说是不可或缺的。

总结

不同的芯片截面分析技术有着各自的优势和局限性。选择哪一种技术，取决于分析的需求、样品的类型、以及客户对质量与成本的具体要求。在实际应用中，工程师需要根据具体场景和需求，选择最适合的分析技术。