半導(dǎo)體是現(xiàn)代電子產(chǎn)品的基礎(chǔ)，支撐著從計算到數(shù)據(jù)存儲的一切功能。隨著器件尺寸縮小且結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，精準(zhǔn)的失效分析變得至關(guān)重要。

AFM-in-SEM 失效分析：該技術(shù)直接集成于 FIB / SEM（聚焦離子束 / 掃描電鏡）環(huán)境，能夠在納米尺度下對半導(dǎo)體元件進行原位、特定位置的電學(xué)與形貌表征。它提供精確的電導(dǎo)率映射和摻雜分布分析，同時保持樣品完整性。

•  核心優(yōu)勢

• 特定位置的失效分析: 利用 SEM 精確定位，結(jié)合高分辨率電導(dǎo)率與摻雜分布映射。.

• 無縫真空工作流: 與現(xiàn)有失效分析工具全兼容，避免表面氧化和污染。.

• 探針保護與優(yōu)化接觸: 探針塢（Docking Station）在FIB銑削時保護 AFM 探針； 樣品旋轉(zhuǎn)功能優(yōu)化接觸角度，適應(yīng)復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)。

• 省時與成本效益: 集成化方案減少單樣品測量時間，加速研發(fā)進程。

01AFM-in-FIB / SEM 的失效分析流程

1. 樣品制備：使用 FIB 暴露缺陷區(qū)域。

2. AFM 導(dǎo)航分析：在 SEM 引導(dǎo)下，AFM 探針定位目標(biāo)區(qū)域進行高分辨率電學(xué)表征（如 C-AFM 或 SSRM）。

3. 數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)：將結(jié)果與 SEM 技術(shù)關(guān)聯(lián)（必要時校準(zhǔn)），全面理解失效機制。

逐層剝離（Delayering）: 通過 PFIB 逐層剝離材料，每層進行局部電導(dǎo)率分析，從而精確獲取不同深度的單層結(jié)構(gòu)信息。

校準(zhǔn): 對已知摻雜濃度的參考樣品進行電阻測量，測得的電阻隨后與摻雜水平相關(guān)聯(lián)，生成校準(zhǔn)曲線以定量分析摻雜濃度。

02NAND 結(jié)構(gòu)的原位電學(xué)失效分析

通過 AFM-in-FIB/SEM 技術(shù)，對 NAND 結(jié)構(gòu)中的特定通孔進行以下分析：

• 識別通孔：使用等離子聚焦離子束（PFIB）逐層剝離材料

• 電學(xué)分析：導(dǎo)電原子力顯微鏡（C-AFM）映射：顯示不同深度節(jié)點的電導(dǎo)異常

• I/V譜分析：通過單通孔的電流-電壓曲線診斷失效

• 實時監(jiān)控：在逐層剝離過程中實時觀察，確保精確鎖定目標(biāo)通孔

03MOSFET 晶體管的特定位置摻雜濃度分析

SEM 全局成像：我們采用掃描擴展電阻顯微鏡（SSRM）結(jié)合掃描電子顯微鏡（SEM），對半導(dǎo)體器件中的摻雜濃度進行了分析，實現(xiàn)了高分辨率、針對特定位置的電學(xué)特性表征。

原位 SEM-SSRM 測量：在納米尺度下映射摻雜濃度，通過將掃描電鏡（SEM）成像與局部電學(xué)特性相結(jié)合，我們能夠精確識別出摻雜濃度的空間差異，這些差異對器件的性能表現(xiàn)及可靠性具有決定性影響。

對 SiC MOSFET 的意義：直接表征摻雜層和結(jié)區(qū)，并分析器件結(jié)構(gòu)的精確形狀、尺寸與深度參數(shù)。確保導(dǎo)電性優(yōu)化，減少能量損耗，提升器件可靠性與性能。

04網(wǎng)絡(luò)研討會直播預(yù)告

更多案例分析，敬請關(guān)注 2025 年 5 月 28 日《芯片內(nèi)部: AFM-SEM 聯(lián)用技術(shù)在電子半導(dǎo)體失效分析中的應(yīng)用》研討會。