半导体是现代电子产品的基础，支撑着从计算到数据存储的一切功能。随着器件尺寸缩小且结构日益复杂，精准的失效分析变得至关重要。

AFM-in-SEM 失效分析：该技术直接集成于 FIB / SEM（聚焦离子束 / 扫描电镜）环境，能够在纳米尺度下对半导体元件进行原位、特定位置的电学与形貌表征。它提供精确的电导率映射和掺杂分布分析，同时保持样品完整性。

•  核心优势

• 特定位置的失效分析: 利用 SEM 精确定位，结合高分辨率电导率与掺杂分布映射。.

• 无缝真空工作流: 与现有失效分析工具全兼容，避免表面氧化和污染。.

• 探针保护与优化接触: 探针坞（Docking Station）在FIB铣削时保护 AFM 探针； 样品旋转功能优化接触角度，适应复杂几何结构。

• 省时与成本效益: 集成化方案减少单样品测量时间，加速研发进程。

01AFM-in-FIB / SEM 的失效分析流程

1. 样品制备：使用 FIB 暴露缺陷区域。

2. AFM 导航分析：在 SEM 引导下，AFM 探针定位目标区域进行高分辨率电学表征（如 C-AFM 或 SSRM）。

3. 数据关联：将结果与 SEM 技术关联（必要时校准），全面理解失效机制。

逐层剥离（Delayering）: 通过 PFIB 逐层剥离材料，每层进行局部电导率分析，从而精确获取不同深度的单层结构信息。

校准: 对已知掺杂浓度的参考样品进行电阻测量，测得的电阻随后与掺杂水平相关联，生成校准曲线以定量分析掺杂浓度。

02NAND 结构的原位电学失效分析

通过 AFM-in-FIB/SEM 技术，对 NAND 结构中的特定通孔进行以下分析：

• 识别通孔：使用等离子聚焦离子束（PFIB）逐层剥离材料

• 电学分析：导电原子力显微镜（C-AFM）映射：显示不同深度节点的电导异常

• I/V谱分析：通过单通孔的电流-电压曲线诊断失效

• 实时监控：在逐层剥离过程中实时观察，确保精确锁定目标通孔

03MOSFET 晶体管的特定位置掺杂浓度分析

SEM 全局成像：我们采用扫描扩展电阻显微镜（SSRM）结合扫描电子显微镜（SEM），对半导体器件中的掺杂浓度进行了分析，实现了高分辨率、针对特定位置的电学特性表征。

原位 SEM-SSRM 测量：在纳米尺度下映射掺杂浓度，通过将扫描电镜（SEM）成像与局部电学特性相结合，我们能够精确识别出掺杂浓度的空间差异，这些差异对器件的性能表现及可靠性具有决定性影响。

对 SiC MOSFET 的意义：直接表征掺杂层和结区，并分析器件结构的精确形状、尺寸与深度参数。确保导电性优化，减少能量损耗，提升器件可靠性与性能。

04网络研讨会直播预告

更多案例分析，敬请关注 2025 年 5 月 28 日《芯片内部: AFM-SEM 联用技术在电子半导体失效分析中的应用》研讨会。