漏電是芯片另一種常見的失效模式,其誘因復雜多樣,既可能源于晶體管長期工作后的老化衰減,也可能由氧化層存在裂紋等缺陷引發(fā)。
與短路類似,芯片內部發(fā)生漏電時,漏電路徑中會伴隨微弱的光發(fā)射現(xiàn)象——這種光信號的強度往往遠低于短路產(chǎn)生的光輻射,對檢測設備的靈敏度提出了極高要求。EMMI憑借其的微光探測能力,能夠捕捉到漏電產(chǎn)生的極微弱光信號。通過對芯片進行全域掃描,可將漏電區(qū)域以可視化圖像的形式清晰呈現(xiàn),使工程師能直觀識別漏電位置與分布特征。
微光顯微鏡分析 3D 封裝器件光子,結合光學原理和算法可預估失效點深度,為失效分析和修復提供參考。檢測用微光顯微鏡功能
在故障分析領域,微光顯微鏡(EmissionMicroscope,EMMI)是一種極具實用價值且效率出眾的分析工具。其功能是探測集成電路(IC)內部釋放的光子。在IC元件中,電子-空穴對(ElectronHolePairs,EHP)的復合過程會伴隨光子(Photon)的釋放。具體可舉例說明:當P-N結施加偏壓時,N區(qū)的電子會向P區(qū)擴散,同時P區(qū)的空穴也會向N區(qū)擴散,隨后這些擴散的載流子會與對應區(qū)域的載流子(即擴散至P區(qū)的電子與P區(qū)的空穴、擴散至N區(qū)的空穴與N區(qū)的電子)發(fā)生EHP復合,并在此過程中釋放光子。直銷微光顯微鏡工作原理靜電放電破壞半導體器件時,微光顯微鏡偵測其光子可定位故障點,助分析原因程度。
光束誘導電阻變化(OBIRCH)功能與微光顯微鏡(EMMI)技術常被集成于同一檢測系統(tǒng),合稱為光發(fā)射顯微鏡(PEM,PhotoEmissionMicroscope)。
二者在原理與應用上形成巧妙互補,能夠協(xié)同應對集成電路中絕大多數(shù)失效模式,大幅提升失效分析的全面性與效率。OBIRCH技術的獨特優(yōu)勢在于,即便失效點被金屬層覆蓋形成“熱點”,其仍能通過光束照射引發(fā)的電阻變化特性實現(xiàn)精細檢測——這恰好彌補了EMMI在金屬遮擋區(qū)域光信號捕捉受限的不足。
在微光顯微鏡(EMMI) 操作過程中,當對樣品施加合適的電壓時,其失效點會由于載流子加速散射或電子-空穴對復合效應而發(fā)射特定波長的光子。這些光子經(jīng)過采集和圖像處理后,可以形成一張信號圖。隨后,取消施加在樣品上的電壓,在未供電的狀態(tài)下采集一張背景圖。再通過將信號圖與背景圖進行疊加處理,就可以精確地定位發(fā)光點的位置,實現(xiàn)對失效點的精確定位。進一步地,為了提升定位的準確性,可采用多種圖像處理技術進行優(yōu)化。例如,通過濾波算法去除背景噪聲,增強信號圖的信噪比;利用邊緣檢測技術,突出顯示發(fā)光點的邊緣特征,從而提高定位精度。熱電子與晶格相互作用及閂鎖效應發(fā)生時也會產(chǎn)生光子,在顯微鏡下呈現(xiàn)亮點。
芯片制造工藝復雜精密,從設計到量產(chǎn)的每一個環(huán)節(jié)都可能潛藏缺陷,而失效分析作為測試流程的重要一環(huán),是攔截不合格產(chǎn)品、追溯問題根源的 “守門人”。微光顯微鏡憑借其高靈敏度的光子探測技術,能夠捕捉到芯片內部因漏電、熱失控等故障產(chǎn)生的微弱發(fā)光信號,定位微米級甚至納米級的缺陷。這種檢測能力,能幫助企業(yè)快速鎖定問題所在 —— 無論是設計環(huán)節(jié)的邏輯漏洞,還是制造過程中的材料雜質、工藝偏差,都能被及時發(fā)現(xiàn)。這意味著企業(yè)可以針對性地優(yōu)化生產(chǎn)工藝、改進設計方案,從而提升芯片良率。在當前芯片制造成本居高不下的背景下,良率的提升直接轉化為生產(chǎn)成本的降低,讓企業(yè)在價格競爭中占據(jù)更有利的位置。微光顯微鏡的便攜款桌面級設計,方便在生產(chǎn)線現(xiàn)場快速檢測,及時發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品問題,減少不合格品流出。紅外光譜微光顯微鏡與光學顯微鏡對比
微光顯微鏡搭配高分辨率鏡頭,可將微小缺陷放大至清晰可見,讓檢測更易觀察分析,提升檢測的準確度。檢測用微光顯微鏡功能
微光顯微鏡下可以產(chǎn)生亮點的缺陷,
如:1.漏電結(JunctionLeakage);2.接觸毛刺(Contactspiking);3.熱電子效應(Hotelectrons);4.閂鎖效應(Latch-Up);5.氧化層漏電(Gateoxidedefects/Leakage(F-Ncurrent));6.多晶硅晶須(Poly-siliconfilaments);7.襯底損傷(Substratedamage);8.物理損傷(Mechanicaldamage)等。
當然,部分情況下也會出現(xiàn)樣品本身的亮點,
如:1.Saturated/Activebipolartransistors;2.SaturatedMOS/DynamicCMOS;3.Forwardbiaseddiodes/Reverse;等
出現(xiàn)亮點時應注意區(qū)分是否為這些情況下產(chǎn)生的亮點另外也會出現(xiàn)偵測不到亮點的情況,
如:1.歐姆接觸;2.金屬互聯(lián)短路;3.表面反型層;4.硅導電通路等。
若一些亮點被遮蔽的情況,即為BuriedJunctions及Leakagesitesundermetal,這種情況可以嘗試采用backside模式,但是只能探測近紅外波段的發(fā)光,且需要減薄及拋光處理。 檢測用微光顯微鏡功能