随着电子产品越来越“小而精，微薄”，半导体芯片和器件尺寸也日益微小，越来越微细，因此对于分析微纳芯片结构的精度要求也越来越高，在芯片质量控制，失效分析，竞争分析中，常常会要求分析芯片截面结构分析，而且芯片横截面的样品制备的质量十分重要，常规的机械研磨切片造成明显的划痕 损伤，常常会影响分析数据。

下面为大家讲解下先进的芯片横截面制样方式，以及金相切片、离子研磨、聚焦离子束FIB切割三种不同制样方式的比较。

一、金相切片制样法的测量步骤

金相切片法的工作原理： 在待测样品上选取有典型代表的区域， 经过镶嵌研磨抛光等制样处理， 把样品切片做成光滑平整的横断面， 再通过金相显微镜或扫描电子显微镜（SEM） 对镀层的厚度进行测量。

案例分享 ：

1.覆铜板的金相切片制样+扫描电镜观察测量镀层厚度

二、离子研磨CP制样法

离子研磨CP又叫氩离子抛光截面制样，原理利用离子束的高能量撞击材料表面,从而达到去除表面杂质、平整表面等目的。离子研磨CP制样切割直径约1000微米，搭配SEM+EDS 可以实现对芯片结构层的测量和元素分析。

 氩离子抛光机可以实现平面抛光和截面研磨抛光这两种形式：

机械研磨和氩离子研磨测试对比：

离子研磨制样可避免机械研磨制样会造成划痕和软质金属的延展性形变问题的影响，离子研磨CP(氩离子抛光切割)可以避免在研磨过程中的应力影响。尤其对于待观测样品同时存在硬度差异较大的材质时，离子研磨CP可解决软性材料在研磨过程中应力所造成的延展。另外，经离子研磨CP处理出来的样品剖面因为不受应力的影响，可针对样品表面之材料特性进行更精确的分析。

半导体芯片氩离子截面切割抛光后效果图：

三、聚焦离子束FIB切割制样

聚焦离子束FIB测试原理：聚焦离子束(FIB)系统利用镓离子源和双透镜聚焦柱，用强烈的聚焦离子束轰击标本表面，以进行精密材料去除、沉积和高分辨率成像。简单来说是聚合了FIB处理样品和SEM观察成相的功能。其中FIB是将Ga元素离子化成Ga+，然后利用电场加速，再利用静电透镜聚焦将高能量的Ga+打到指定点从而达到处理样品的功能。

FIB-SEM切片测试过程

FIB切样区域宽度约200微米，深度约55微米，还有PFIB 可实现深度约数百微米的纵深切割。对于芯片膜厚层为几十纳米的，可以选择用聚焦离子束FIB-SEM来做芯片截面形貌观察。对于芯片结构的成分分析，聚焦离子束FIB搭配SEM-EDS 做线性方向元素扫描分析，面扫描MAPPING来表征芯片截面结构元素分布情况。

案例分享：

半导体芯片FIB切片分析+SEM厚度测量

FIB减薄TEM薄片 +TEM观察分析

对于芯片膜层很薄的结构层，一般是几个纳米的芯片膜厚,已经超出扫描电镜SEM的分析极限，这时需要采用透射电镜TEM进行芯片结构观察。透射电镜TEM分辨率比扫描电镜SEM高，透射电子显微镜的分辨率比光学显微镜高的很多，可以达到0.1～0.2nm，放大倍数为几万～百万倍。因此，使用透射电子显微镜可以用于观察样品的精细结构，甚至可以用于观察仅仅一列原子的结构，比光学显微镜所能够观察到的最小的结构小数万倍。

FIB-TEM测试过程：采用对芯片选取合适位置做FIB剪薄TEM薄片 ，TEM薄片尺寸通常在5*8微米，厚度在约在100nm，通过FIB减薄制样选取合适的TEM薄片后再上TEM做观察分析。

FIB制备TEM样品过程：

1. Platinum deposition：用电子束或离子束辅助沉积的方法在待制备TEM试样的表面蒸镀Pt保护覆层，以避免最终的TEM试样受到Ga离子束导致的辐照损伤；
2. Bulk-out：在带制备的TEM试样两侧用较大的例子束流快速挖取“V”型凹坑；
3. U-cut：在步骤（2）中切取出的TEM薄片上切除薄片的两端和底部；
4. Lift-out：用显微操控针将TEM试样从块状基体移出，试样与针之间用蒸镀Pt方式粘结；
5. Mount on Cu half-grid：用显微操控针将移出的TEM薄片转移并粘接在预先准备好的TEM支架上；
6. Final milling：用较小利息束流对TEM薄片进一步减薄，直至厚度约约100 nm。

案例分享：

半导体芯片量子阱结构TEM观察测量

四、金相切片、离子研磨、聚焦离子束FIB切割三种不同制样方式的比较。