上一篇文章介绍了芯片开封（Decap）,接着讲讲芯片去层。芯片去层是半导体失效分析（Failure Analysis）和逆向工程（Reverse Engineering）中的核心技术，目的是逐层移除芯片的封装和内部层叠结构，以便在显微镜下观察每一层的电路布局和结构。

一、芯片去层

去层是一个从宏观到微观、从外部到内部的循序渐进过程。下图清晰地展示了这一逐步推进的完整流程：

芯片最顶层是一层坚硬的钝化层（通常由氮化硅Si₃N₄或氧化硅SiO₂组成），用于保护电路免受划伤、湿气和污染。需要先移除它才能看到顶层的金属互连。

（一）第1步：去除钝化层 (Passivation Layer Removal)

方法：反应离子刻蚀 (RIE) 或 湿法化学腐蚀

1、RIE (干法)：

（1）原理：在真空腔体内，通入反应气体（如CF₄,CHF₃），形成等离子体。等离子体与钝化层发生化学反应并产生挥发性副产物，从而将其去除。

（2）优点：各向异性好（垂直方向刻蚀快，横向刻蚀慢），能保持下层金属线条的形貌，控制精度高。

（3）设备：RIE刻蚀机。

2、湿法腐蚀：

（1）试剂：热磷酸（H₃PO₄）用于去除氮化硅（Si₃N₄），氢氟酸（HF）缓冲液用于去除氧化硅（SiO₂）。

（2）优点：速度快，成本低。

（3）缺点：各向同性腐蚀，可能导致横向钻蚀（Undercut），损坏金属线边缘。

（二）第2步：层间介电质去除 (Inter-Layer Dielectric - ILD Removal)

钝化层之下是多层金属互连结构，它们之间由层间介电质（ILD，通常是SiO₂ based）隔离。去层的核心就是循环进行“去除ILD -> 观察/成像 -> 去除金属”的过程。

1、方法：湿法化学腐蚀或干法刻蚀

2、首选方法：湿法化学腐蚀（基于HF）

（1）试剂：缓冲氢氟酸（BHF）或氢氟酸蒸汽（HF Vapor）。

（2）原理：HF与SiO₂反应生成可溶于水的六氟硅酸。

（3）优点（HF Vapor）：各向同性，但腐蚀均匀且温和，对下层金属损伤小，容易控制终点。是目前最常用、最可靠的方法。

3、干法刻蚀：同样可以使用RIE，但需要优化工艺以避免对下层金属造成损伤。

（三）第3步：金属互连层去除 (Metal Layer Removal)

当一层ILD被移除后，该层的金属互连（通常是铝或铜）就会暴露出来。为了看到下一层的结构，需要将这些金属完全去除。

1、方法：湿法化学腐蚀

2、铝（Al）互连腐蚀：

（1）试剂：磷酸（H₃PO₄）、硝酸（HNO₃）、醋酸（CH₃COOH）的混合液（常用商业名称如“Transene Al Etchant”）。

（2）原理：混合酸能有效溶解铝，同时对氧化物介电质的腐蚀速率很慢。

3、铜（Cu）互连腐蚀：

（1）试剂：氨水（NH₄OH）与过氧化氢（H₂O₂）的混合液（通常称为APM溶液）。

（2）挑战：铜的化学惰性更强，腐蚀后更容易产生残留物，需要更精细的配方和控制。

（四）第4步：重复循环与终点检测

重复步骤2和3，逐层向下推进，直到暴露出感兴趣的缺陷（如通孔、接触孔）或最底层的硅基晶体管（有源区、多晶硅栅极）。

二、主要方法总结对比

三、成像与分析

在整个去层过程中，每一步完成后都需要使用以下工具进行观察和记录：

1、光学显微镜 (OM)：快速定位和初步观察。

2、扫描电子显微镜 (SEM)：提供高分辨率、大景深的图像，是观察电路细节的主要工具。

3、能量色散X射线光谱 (EDS/EDX)：与SEM联用，进行元素成分分析，帮助识别材料。

总之，芯片去层是一项极其精细和专业的技艺，需要分析师根据芯片的工艺节点（纳米尺寸）、材料体系（Al vs. Cu, Low-k dielectrics）和具体目标，灵活选择和组合上述方法，并依靠丰富的经验来判断进程和解决问题。

 众壹云服务国内头部晶圆厂达20年，在致力于实现晶圆制造的工艺优化和良率提升的同时，发挥自身优势，推动芯片设计和制造协同。目前我们的AI ADC产品已经在国内头部的晶圆厂中进行了部署，并得到了实地验证，取得了良好的效果。AI ADC产品是为半导体制造商提供的基于机器视觉的自动晶圆缺陷分类的完整方案。通过升级部分高级制程控制（APC），将其与缺陷/良率管理系统（DMS/YMS）的关键指标关联起来，实现缺陷的减少及良率提升。

我们诚挚地欢迎所有有合作意向的客户与我们取得联系，以便能够深入探讨合作事宜，携手探寻互利共赢的发展机遇。我们热切期待与您交流，并且愿意为您提供最优质的服务与支持。