国仪半导体秀  双束电镜助力半导体PFA*剖析从定位坐标到损伤证据

在一颗QFP封装MCU芯片ESD失效分析案例中，国仪量子双束电镜系统基于前端EFA定位信息完成SEM表层复核、FIB定点截面与高倍微观观察，将“失效可能里”进一步转化为“失效发生了什么”的结构证据。

本案例显示，针对表面无明显可见缺陷的内部失效，国仪量子双束电镜系统能够依托前端定位坐标完成目标区域定点剖析，并通过高倍微观成像呈现与失效位置相关的异常损伤特征。

01 应用背景：内部失效需要更确定的PFA承接能力 

半导体失效分析贯穿芯片研发、可靠性验证、失效定位及制造良率分析等环节。对于ESD、介质击穿等类型的内部失效，芯片表面可能不存在明显可见缺陷，仅依靠表面观察难以直接判断失效位置。

在这一类场景中，前端电性失效分析（EFA）负责缩小潜在失效区域，后端物性失效分析（PFA）则需要把坐标信息转化为可观察、可验证的微观结构证据。双束电镜系统集聚焦离子束加工与扫描电镜成像能力于一体，是完成这一衔接的重要设备。

PFA的核心价值，不只是“看见”，而是在正确位置*暴露失效结构。

02 案例样品：ESD失效后的QFP封装MCU芯片

本次案例样品为一颗QFP封装MCU芯片。样品经过ESD HBM模型可靠性测试后发生电性失效，常规电学测试确认芯片IO引脚与GND引脚之间出现短路异常。前端定位结果显示，潜在失效点位于芯片内部，距芯片边缘约53μm。

03 技术路径：从坐标信息到截面证据

该路径的关键在于坐标承接与定点加工能力。对于内部失效，前端定位结果必须准确传递至后端制样环节，才能避免盲目剖切，并在目标区域获得可用于失效机理判断的微观证据。

04 分析结果：表面无异常，截面呈现内部损伤

SEM表层复核

在开展截面制样前，首先对失效点对应区域进行SEM表层观察。结果显示，目标区域样品表面形貌整体正常，未观察到明显的表面缺陷。这一结果与内部失效特征相符，也说明仅依靠表面观察难以直接定位该类失效。

国仪量子双束电镜系统采集的样品表面SEM图像

FIB定点截面

依据前端EFA环节提供的坐标信息，国仪量子双束电镜系统对目标区域开展定点截面剖切。截面分析结果显示，在距离芯片边缘约50μm的位置观察到异常特征，与前端定位区域具有较好的对应关系。

在截面图像中，目标区域的层次结构得到清晰暴露，异常位置与周围结构之间形成可辨识的形貌差异。该结果表明，前端定位坐标能够有效指导FIB制样，帮助分析人员在内部结构中找到与失效相关的目标区域。

FIB定点截面分析：失效点边缘区域

高倍微观观察

进一步放大观察后，在约8μm深度区域可见相对明显的损伤特征。高倍SEM图像呈现了目标区域的微观形貌细节，为判断异常区域的结构变化提供了直观依据。

对于表面无明显痕迹的内部失效，高倍截面成像能够帮助分析人员从材料形貌、结构连续性及局部损伤特征等角度开展进一步判断，是失效机理分析中的重要证据来源。

FIB定点截面分析：失效点中心区域高倍观察

05 工程价值：提升内部失效分析的确定性

坐标承接：依据前端定位信息确定剖切位置，将微米级坐标转化为实际截面。

定点加工：通过FIB定点剖切暴露内部结构，减少盲目制样带来的偏差。

高倍证据：通过多倍率SEM观察呈现损伤细节，为失效机理判断提供依据。

上述能力对于ESD、介质击穿等内部失效场景尤为重要。通过将前端定位结果与后端制样、成像流程有效衔接，双束电镜系统能够帮助分析人员缩短从“疑似位置”到“结构证据”的路径，提高失效分析流程的确定性。

06 国仪量子双束电镜 支撑微观失效分析

本次MCU芯片ESD失效案例中，国仪量子双束电镜系统依据前端定位坐标完成目标区域定点截面分析，并在对应位置观察到异常损伤特征。案例表明，在内部失效场景下，高精度FIB制样与高倍SEM成像能够有效承接前端定位信息，为失效分析提供关键的微观结构证据。

围绕半导体研发、可靠性验证、失效定位及制造良率分析等需求，国仪量子双束电镜可应用于芯片开封后的定点去层、截面制样、微观形貌观察以及元素成分分析等环节，为半导体物性失效分析提供设备支撑。从定位坐标到损伤证据，让每一次内部失效分析都有更清晰的微观依据。