美国bruker多光子显微镜暗场成像（激光诱导微漏电微光显微镜EMMI）

原创 芯片失效分析 半导体工程师 2022-01-21 09:54

1 项目（设备）名称

设备名称：激光诱导微漏电微光显微镜

设备序号：四-5

2 必要性分析

2.1 承担的主要任务

检测细微漏电，快速失效定位。随着集成电路技术的不断发展，其芯片的特征尺寸变得越来越小，器件的结构越来越复杂，与之相应的芯片工艺诊断、失效分析、器件微细加工也变得越来越困难，传统的分析手段已经难以满足集成电路器件向纳米级技术发展的需要。同时，由于集成电路晶体管数量的不断提高，集成电路结构也日趋复杂，微电路漏电流也逐渐变得越来越小。研究证明，1uA大小漏电流的影响，往往会造成芯片寿命减少一半甚至3/4，而使用传统的微探针X光检测，RIE等技术，不仅无法进行有针对性的故障点深层分析，而且在移动过程中还可能对处理后的芯片结构造成损伤，而OBIRCH/TIVA/EMMI可以解决此问题。OBIRCH/TIVA/EMMI是一种在失效分析观察的过程中对芯片微漏电检测敏感的方法，这种方法能够对样品的微小区域进行有选择性的精确漏电流侦测，侦测精度应达到uA级，用以暴露复杂样品表层及以下的失效部位，实现复杂失效机理的分析与验证。

2.2 现有条件

本公司目前不具备相关技术能力和技术设备。

2.3 购置的必要性

2.3.1 任务的技术特点和难点

光束诱导电阻变化微光显微镜（OBIRCH/TIVA）是一种行业内公认的相当有用且效率极高的分析工具。光束诱导电阻变化微光显微镜其高灵敏度的侦测能力，可以侦测到半导体组件中电子-空穴对再结合时所发生出来的光线，捕捉集成电路异常发光点、异常电子-空穴对复合以及异常发热点，能够侦测到的波长约在700nm～1800nm左右。OBIRCH/TIVA微光显微镜可以广泛的应用于侦测深亚微米IC中各种组件缺陷所产生的漏电流，如：栅氧化层缺陷、栅氧化层漏电、闩锁效应、ESD失效、PN结漏电、F-N隧穿、机械损伤、衬底毁坏以及雪崩击穿等，可以实现在局部损耗样品的电气性能和结构的完整性的前提下对样品实现精确定位。

2.3.2 现有条件的差距

目前本公司不具备该项检测条件。

2.3.3 协作的困难性

为解决公司生产需要，均采用外协的方式满足生产，但外协有如下问题和隐忧：

1) 外协过程经常会遇到定位不准，各种外协的失效分析手段无法并行操作，导致反复寄运到各个单位进行分析，对项目周期的影响极大，项目组往往不能进行完全的摸底和试验，对失效模式与机理研究不清晰，对应的改版方案存在不小的风险；

2) 外协试验过程无法做到完全可控，会对产品的质量带来一定的风险；

3) 外协试验可能会导致公司技术机密的泄露；

4) 外协试验会增加流通环节，加大产品损坏的几率，例如：外形、ESD；

5) 外协试验过程可能会因为沟通不畅，从而影响试验的预期结果；

6) 外协试验成本的逐年增加，导致产品成本增加，不利于市场大规模使用。

2.3.4 国产设备不能满足要求的情况

无同类型或类似国产设备。

3 可行性分析

3.1 工艺要求的技术指标及性能要求

为满足现阶段芯片工艺诊断、失效分析以及操作简便的需求，所购设备需要满足如下指标要求。

a) InGaAs探头：

1) Peltier电制冷及同时冰水机制冷，配备水冷却循环装置，冷却温度230K及以下，可显示温度数值；

2) 光谱响应范围900～1750nm；

3) 有效像素不低于640×512，像素尺寸20μm；

4) 最大视场：不小于1.2cm×1.0cm；

5) 最大量子效率不低于70%；

6) 1μm波长处的量子效率：大于60%；

7) 1340nm激光发射器（TIVA and Obitch ）：

8) 入波长：1340nm，功率≥500mW，能量调节100步或以上；

9) 扫描分辨率64x64, 128x128, 256x256, 512x512, 1024x1024, 2048x2048；

10) 扫描速度:最快: <= 1.0s/frame for 256x256; <= 2.0s/frame for512x512; <= 5.0s/frame for 1024x1024; 20s/frame for 2048x2048；

11) 配备激光解析功能，具备pattern图和激光信号图同步动态扫描功能和区域选择性扫描功能；

12) 具备区域扫描功能；

13) 电流检测灵敏度≤10pA；

14) 放大器内部电源最大供电电压不低于20V；

15) 具备专门的脉冲降噪功能模块，具备信号侦测灵敏度增强技术（对于门电路，信噪比增强至少9倍（需文献或相关数据资料证明 ））；

16) 数字脉冲激发系统，频率可控制在500-1.5K低频段位；

17) 具备芯片背面探测能力；

18) 具备激光快门与屏蔽箱门的安全互锁功能。

文：仪准科技

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