引言 

在半导体行业中，芯片去层（Delayer）是一项至关重要的技术，广泛应用于失效分析、 逆向工程和工艺研发等领域。随着芯片制造工艺的不断进步，器件尺寸持续缩小，结构日益复杂，传统的去层方法面临着精度和效率的挑战。

本文将深入探讨传统的芯片去层方法，并对比分析TESCAN和Thermo Fisher Scientific等领先企业所提供的自动化高精度去层技术， 展望芯片去层领域的未来发展。 

传统芯片去层方法 

传统的芯片去层技术主要分为干法去层和湿法去层两大类，它们各有特点，并在不同场景下发挥作用。 

 

一、干法去层 

干法去层主要依赖于反应离子刻蚀（RIE）设备或机械研磨。其中，离子刻蚀机常用于去除芯片表面的钝化层。钝化层主要由氮化硅构成，具有致密性和化学稳定性，是芯片最外层的保护结构。通过射频电源驱动，反应气体被电离形成等离子体，等离子体中的游离基与被刻蚀材料发生反应，生成挥发性化合物，从而实现对钝化层的各向异性刻蚀。机械研磨则通过物理方式去除材料，适用于需要大面积去除或对特定区域进行精细研磨的场景。 

 

二、湿法去层 

湿法去层是利用特定的化学溶液与芯片薄膜层发生化学反应，从而选择性地去除目标层。例如，芯片中的金属层（通常是铝）可以使用稀释后的硝酸、硫酸或盐酸进行选择性腐蚀，而不会对周围的介质层造成损伤。然而，介质层（主要成分为二氧化硅）的去除则更为复杂， 因为其由多层不同成分和成膜方式的薄膜组成，导致各层去除速率不一致。在这种情况下， 通常需要结合研磨法进行处理，这对操作者的研磨水平提出了较高要求。

小结：传统方法的挑战 

尽管传统方法在芯片去层中发挥了重要作用，但随着芯片工艺的不断发展，其局限性也日益凸显。例如，对于先进工艺节点（如7nm或5nm）的芯片，其层数更多、结构更精细，传统方法在精度控制、效率以及对器件完整性的保护方面面临巨大挑战。手动操作的重复性差、 易造成器件损伤、耗时且难以实现自动化，这些都促使行业寻求更先进的去层解决方案。 

TESCAN 自动化去层技术 

芯片去层技术：从传统到自动化的高精度演进

TESCAN作为半导体检测领域的领先企业，推出了基于Essence™模块的自动化去层解决方案，旨在解决传统方法在先进工艺节点芯片去层中的痛点。其核心优势在于结合了先进的等离子体聚焦离子束（Plasma FIB）技术与专有气体化学，实现了高精度、自动化和无损的去层过程。

与传统去层相比，具有如下优势： 

a）专有化学集成：TESCAN将Xe等离子体FIB与专门研发的气体化学（如Nanoflat、 Chase和C-maze）相结合，针对不同半导体材料和结构提供优化的去层效果，尤其适用于现代半导体节点。

b）定制化与一致性：用户可以根据具体需求，利用预定义的模板创建和应用独特的去层工艺，确保不同样品之间去层效果的统一性和可重复性。 

c）深度监控与精确停止：系统具备先进的终点检测功能，通过实时监测去层过程中的信号峰值变化，实现精确的去层深度控制，避免对关键层的过度刻蚀，从而保护器件功 能。 

d）不间断保障：自动化流程设计能够在去层达到关键层之前自动终止，进一步提升了操作的安全性，降低了人为失误的风险。 

高级应用： 

成像进行增强成像，实现独特的电压对比和快速故障识别；提供多种化学选项以适应不同样品类型。 

Thermo Fisher Scientific 自动化去层技术 

赛默飞在半导体去层领域也提供了先进的解决方案，其核心在于结合了等离子体FIB技术和专有的Thermo Scientific Dx Chemistries，能够实现对7/5nm逻辑样品和3D NAND存储器件的自动化无损去层。 

Thermo Fisher Scientific 解决方案的核心技术： 

等离子体FIB技术与Dx Chemistries：通过独特的化学组合，实现半导体器件的自动化、无损去层，尤其适用于先进工艺节点和复杂三维结构。 

iFast 软件：通过宏记录器加快配方创建，支持无人值守的夜间操作，并提供图像识别和边缘查找等对齐工具，进一步提升了自动化水平和操作便利性。 

应用：《Plasma FIB DualBeam Delayering for Atomic Force NanoProbing of 14 nm FinFET Devices in an SRAM Array》

对比分析：传统与自动化去层 

从上述对比可以看出，相较于传统的手动或半自动化去层方法，TESCAN和Thermo Fisher Scientific等公司提供的自动化去层技术在精度、效率、可重复性和对先进工艺芯片的适应性方面具有显著优势。它们通过结合先进的FIB技术、专有化学配方和智能软件控制，实现了对芯片结构的无损、高精度逐层去除，极大地提升了失效分析和逆向工程的效率和可靠性。 

 

结论 

芯片去层技术是半导体行业不可或缺的一环，它在芯片失效分析、质量控制和新产品研发中扮演着关键角色。随着半导体技术的飞速发展，芯片结构日益复杂，对去层技术提出了更高 的要求。传统的去层方法虽然成本较低，但在精度、效率和自动化程度上已难以满足现代芯片的需求。以TESCAN和Thermo Fisher Scientific为代表的自动化去层解决方案，通过集成 先进的FIB技术、专有化学配方和智能软件控制，实现了高精度、高效率、无损的逐层去层，极大地提升了芯片分析的能力。

这些自动化技术不仅提高了分析的准确性和可靠性，也为半导体行业应对未来更复杂的芯片挑战提供了强有力的工具。未来，随着人工智能和机器学习的进一步融入，芯片去层技术将朝着更智能、更高效、更普适的方向发展，为半导体产 业的持续创新提供坚实支撑。

 

来源：Top Gun 实验室

关键词： 芯片去层