國儀半導體秀  雙束電鏡助力半導體PFA精準剖析從定位坐標到損傷證據

在一顆QFP封裝MCU芯片ESD失效分析案例中，國儀量子雙束電鏡系統基于前端EFA定位信息完成SEM表層復核、FIB定點截面與高倍微觀觀察，將“失效可能在哪里"進一步轉化為“失效發生了什么"的結構證據。

本案例顯示，針對表面無明顯可見缺陷的內部失效，國儀量子雙束電鏡系統能夠依托前端定位坐標完成目標區域定點剖析，并通過高倍微觀成像呈現與失效位置相關的異常損傷特征。

01 應用背景：內部失效需要更確定的PFA承接能力 

半導體失效分析貫穿芯片研發、可靠性驗證、失效定位及制造良率分析等環節。對于ESD、介質擊穿等類型的內部失效，芯片表面可能不存在明顯可見缺陷，僅依靠表面觀察難以直接判斷失效位置。

在這一類場景中，前端電性失效分析（EFA）負責縮小潛在失效區域，后端物性失效分析（PFA）則需要把坐標信息轉化為可觀察、可驗證的微觀結構證據。雙束電鏡系統集聚焦離子束加工與掃描電鏡成像能力于一體，是完成這一銜接的重要設備。

PFA的核心價值，不只是“看見"，而是在正確位置精準暴露失效結構。

02 案例樣品：ESD失效后的QFP封裝MCU芯片

本次案例樣品為一顆QFP封裝MCU芯片。樣品經過ESD HBM模型可靠性測試后發生電性失效，常規電學測試確認芯片IO引腳與GND引腳之間出現短路異常。前端定位結果顯示，潛在失效點位于芯片內部，距芯片邊緣約53μm。

03 技術路徑：從坐標信息到截面證據

該路徑的關鍵在于坐標承接與定點加工能力。對于內部失效，前端定位結果必須準確傳遞至后端制樣環節，才能避免盲目剖切，并在目標區域獲得可用于失效機理判斷的微觀證據。

04 分析結果：表面無異常，截面呈現內部損傷

SEM表層復核

在開展截面制樣前，首先對失效點對應區域進行SEM表層觀察。結果顯示，目標區域樣品表面形貌整體正常，未觀察到明顯的表面缺陷。這一結果與內部失效特征相符，也說明僅依靠表面觀察難以直接定位該類失效。

國儀量子雙束電鏡系統采集的樣品表面SEM圖像

FIB定點截面

依據前端EFA環節提供的坐標信息，國儀量子雙束電鏡系統對目標區域開展定點截面剖切。截面分析結果顯示，在距離芯片邊緣約50μm的位置觀察到異常特征，與前端定位區域具有較好的對應關系。

在截面圖像中，目標區域的層次結構得到清晰暴露，異常位置與周圍結構之間形成可辨識的形貌差異。該結果表明，前端定位坐標能夠有效指導FIB制樣，幫助分析人員在內部結構中找到與失效相關的目標區域。

FIB定點截面分析：失效點邊緣區域

高倍微觀觀察

進一步放大觀察后，在約8μm深度區域可見相對明顯的損傷特征。高倍SEM圖像呈現了目標區域的微觀形貌細節，為判斷異常區域的結構變化提供了直觀依據。

對于表面無明顯痕跡的內部失效，高倍截面成像能夠幫助分析人員從材料形貌、結構連續性及局部損傷特征等角度開展進一步判斷，是失效機理分析中的重要證據來源。

FIB定點截面分析：失效點中心區域高倍觀察

05 工程價值：提升內部失效分析的確定性

坐標承接：依據前端定位信息確定剖切位置，將微米級坐標轉化為實際截面。

定點加工：通過FIB定點剖切暴露內部結構，減少盲目制樣帶來的偏差。

高倍證據：通過多倍率SEM觀察呈現損傷細節，為失效機理判斷提供依據。

上述能力對于ESD、介質擊穿等內部失效場景尤為重要。通過將前端定位結果與后端制樣、成像流程有效銜接，雙束電鏡系統能夠幫助分析人員縮短從“疑似位置"到“結構證據"的路徑，提高失效分析流程的確定性。

06 國儀量子雙束電鏡 支撐微觀失效分析

本次MCU芯片ESD失效案例中，國儀量子雙束電鏡系統依據前端定位坐標完成目標區域定點截面分析，并在對應位置觀察到異常損傷特征。案例表明，在內部失效場景下，高精度FIB制樣與高倍SEM成像能夠有效承接前端定位信息，為失效分析提供關鍵的微觀結構證據。

圍繞半導體研發、可靠性驗證、失效定位及制造良率分析等需求，國儀量子雙束電鏡可應用于芯片開封后的定點去層、截面制樣、微觀形貌觀察以及元素成分分析等環節，為半導體物性失效分析提供設備支撐。從定位坐標到損傷證據，讓每一次內部失效分析都有更清晰的微觀依據。