英偉達案例分享：電鏡式原子力顯微鏡在半導體分析中的應用

半導體是現代電子產品的基礎，支撐著從計算到數據存儲的一切功能。隨著器件尺寸縮小且結構日益復雜，精準的失效分析變得至關重要。

AFM-in-SEM 失效分析

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

核心優勢

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

• 無縫真空工作流: 與現有失效分析工具兼容，避免表面氧化和污染。.

• 探針保護與優化接觸: 探針塢（Docking Station）在 FIB 銑削時保護 AFM 探針； 樣品旋轉功能優化接觸角度，適應復雜幾何結構。

• 省時與成本效益: 集成化方案減少單樣品測量時間，加速研發進程。

01.AFM-in-FIB / SEM 的失效分析流程

1. 樣品制備：使用 FIB 暴露缺陷區域。

2. AFM 導航分析：在 SEM 引導下，AFM 探針定位區域進行高分辨率電學表征（如 C-AFM 或 SSRM）。

3. 數據關聯：將結果與 SEM 技術關聯（必要時校準），全面理解失效機制。

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

校準: 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聯，生成校準曲線以定量分析摻雜濃度。

02.NAND 結構的原位電學失效分析

通過 AFM-in-FIB/SEM 技術，對 NAND 結構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

• 電學分析：導電原子力顯微鏡（C-AFM）映射：顯示不同深度節點的電導異常

• I/V譜分析：通過單通孔的電流-電壓曲線診斷失效

• 實時監控：在逐層剝離過程中實時觀察，確保精確鎖定目標通孔

03.MOSFET 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）結合掃描電子顯微鏡（SEM），對半導體器件中的摻雜濃度進行了分析，實現了高分辨率、針對特定位置的電學特性表征。

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）成像與局部電學特性相結合，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區，并分析器件結構的精確形狀、尺寸與深度參數。確保導電性優化，減少能量損耗，提升器件可靠性與性能。

04.網絡研討會直播預告

更多案例分析，敬請關注 2026 年 3 月 19 日《AFM-in-SEM 電鏡式原子力顯微鏡在半導體失效分析中的應用--原位納米級電學表征技術》研討會。

這是一次深入了解半導體失效分析前沿技術的機會，期待您的參加。