芯片失效分析中對芯片的截面進行觀察，需要對樣品進行截面研磨達到要觀察的位置，而后再采用光學顯微鏡（OM Optical Microscopy）或者掃描電子顯微（SEM Scanning Electron Microscopy）進行形貌觀察。

傳統機械研磨的時候，往往會造成金屬延展、顆粒物填充等人為損害情況，對后續的檢查帶來不利影響。有些失效現象比如開裂，空洞等，傳統的機械研磨制樣會破壞原有的失效現象，分析這種失效現象的時候需要使用離子研磨的方式來制備樣品。離子研磨是用聚焦離子束對樣品進行切削，這個時候不會引入任何研磨的剪切力，不會破壞原有的失效現象，不會引入人為缺陷。

離子研磨技術相比傳統研磨方法優勢：

離子研磨的原理介紹

離子研磨（CP Cross-section Polisher）又叫離子拋光，氬離子研磨法。真空環境下，離子槍中低壓氣體離子化，出射的陽離子又經電場加速，利用通過電場加速過的離子轟擊樣品表面，在樣品表面產生濺射效應，由此制備尺度為毫米級別的平滑表面的研磨方法。氬氣屬于惰性氣體，基本不會和樣品發生化學反應，因此通常我們采用氬氣作為離子源轟擊樣品。

由于離子質量比電子大數千、數萬倍，所以離子束比電子束具有更大的撞擊動能，靠微觀的撞擊能量加工樣品。并且不會對樣品造成機械損害，獲得表面平滑的高質量樣品。可以實現Flat milling 平面研磨和Cross-section截面研磨這兩種形式。

離子研磨的方法介紹

離子研磨制備芯片樣品一般有以下具體步驟：

機械預處理

1切割芯片

使用金剛石鋸等工具，將芯片從晶圓或封裝體上切割下來，切割時要注意盡量減小對芯片的損傷，控制切割的尺寸和形狀，以便后續操作。

2粗磨減薄

利用砂紙對切割后的芯片進行粗磨，去除大部分多余的材料，使芯片厚度初步降低?？蓮妮^粗粒度的砂紙開始，逐漸過渡到較細粒度的砂紙，以獲得相對平整的表面。

3精細拋光

采用金剛石拋光膏等進行精細拋光，進一步減小表面粗糙度，為后續離子研磨提供更好的基礎。不過要避免過度拋光產生表面應力和形變。

截面離子研磨

1切割樣品

若需要觀察芯片內部的截面結構，如多層膜、器件結構等，可先使用切割工具將芯片樣品沿特定方向切割開，暴露出需要觀察的截面。

2垂直轟擊

將切割后的樣品重新安裝在樣品臺上，使離子束垂直于樣品截面，設置加速電壓為 2-5kV，選擇合適的研磨時間，一般 60 分鐘以上，進行離子研磨，以獲得平整、無損傷的截面。

樣品檢查

1SEM 觀察

使用掃描電子顯微鏡（SEM）對離子研磨后的芯片樣品進行觀察，檢查樣品表面或截面的顯微結構。

2評估指標

重點觀察表面平整度，查看是否存在殘留的機械損傷、劃痕、凹坑等缺陷，同時檢查樣品的顯微結構是否完整，有無因離子研磨過度或不足而導致的結構變形、破壞等情況。若發現問題，可根據情況決定是否需要進一步研磨或采取其他處理措施。

離子研磨的案例

BGA封裝（Low K材料，finfet工藝）：傳統研磨應力過大，FIB加工位置較小無法滿足要求。

1Low K材料由于其松軟的特性

容易在加工過程中產生裂紋。(物理研磨對這類樣品容易造成開裂及分層，FIB加工為更好的方式。)

2BGA封裝厚度及寬度加工難度大。

離子束截面寬范圍研磨最大工作范圍可達8mm ，加工后的截面樣品可以觀察更多信息。（對封裝類樣品和觀察范圍大的樣品比較適用。）

▼觀察第一排Bump

▼離子束加工寬度≈8mm

BSI（Backside Illumination）芯片樣品：

BSI模組(如圖1)表面覆蓋一層玻璃厚度較厚無法進行FIB，物理去玻璃可能對芯片造成損傷。

此類樣品TSV較大且存在空洞(如圖3)，物理研磨應力影響很大，會影響對異常的判斷。

采用離子束研磨可以有效的避免該問題。

▲圖1

▲圖2

▲圖3

結構分析：

能制備出高質量的芯片截面樣品，讓研究人員清晰觀察到芯片的各層次的結構，查看是否存在缺陷。

光感器件分析難點：

1.樣品結構層次多（多達幾十層）。

2.晶粒無法從封裝中取出（化學試劑與有機膜層發生反應無法保留）。

3.截面加工完成后需要進行DIP后才能顯現各層結構界限。

物理研磨和FIB對該樣品加工都會存在局限性，用離子研磨可以避免物理研磨的影響，也可以兼顧FIB加工范圍不夠大的局限性。

分析封裝相關問題

鍵合點檢測：

在芯片封裝中，鍵合點的質量至關重要。離子研磨可以精確地對鍵合點進行剖面分析，觀察鍵合線與芯片引腳、基板之間的連接情況，判斷是否存在鍵合不牢、鍵合線斷裂、鍵合處氧化等導致信號傳輸不良的問題

▲圖4

▲圖5

圖4.圖5為研磨后對樣品進行截面離子拋光（通過離子拋光可以去除研磨引入的金屬延展，可以更直觀的觀察產品缺陷及異常）

封裝材料與芯片界面分析

通過離子研磨，可觀察封裝材料與芯片之間的界面結合狀況，檢測是否存在分層、氣泡、裂縫等缺陷。這些缺陷可能會導致芯片在使用過程中受到外界環境影響，如濕氣入侵，進而引發芯片失效。

▲DECAP后

▲DECAP后

該案例在電性現象為短路（芯片開裂后引起金屬錯位），經PFA分析后懷疑在藍膜取晶粒過程中頂針頂裂。

離子研磨在半導體分析中扮演著重要角色，與聚焦離子束（FIB）、掃描電鏡（SEM）聯用，實現加工與觀測同步，推動原位分析技術發展。

●廣適性較強可以處理金屬、半導體、陶瓷、聚合物等多種材料。

●也可用于表面清潔與拋光：去除氧化層、污染物或機械加工殘留，提升表面質量（如半導體晶圓、光學元件）。

季豐電子

季豐電子成立于2008年，是一家聚焦半導體領域，深耕集成電路檢測相關的軟硬件研發及技術服務的賦能型平臺科技公司。公司業務分為四大板塊，分別為基礎實驗室、軟硬件開發、測試封裝和儀器設備，可為芯片設計、晶圓制造、封裝測試、材料裝備等半導體產業鏈和新能源領域公司提供一站式的檢測分析解決方案。

季豐電子通過國家級專精特新“小巨人”、國家高新技術企業、上海市“科技小巨人”、上海市企業技術中心、研發機構、公共服務平臺等企業資質認定，通過了ISO9001、 ISO/IEC17025、CMA、CNAS、IATF16949、ISO/IEC27001、ISO14001、ISO45001、ANSI/ESD S20.20等認證。公司員工超1000人，總部位于上海，在浙江、北京、深圳、成都等地設有子公司。