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PEM用于集成電路失效定位的原理及案例分享

嘉峪檢測網        2022-07-13 00:02

引言:隨著集成電路根據摩爾定律的發展,時至今日,集成電路的體積越來越小,而晶體管的數量卻越來越多,換言之金屬化的密度越來越高。在此前提下,就算器件的端口失效現象或者功能異常情況較為嚴重,也會因為高密度的金屬化互相影響從而導致不易定位。而其中,PEM(Photon Emission Microscoy)定位技術在失效分析定位中,是最為常見的定位手段之一。特別對于大規模集成電路而言,除非有明顯的燒毀形貌,不然在沒有定位到失效點的前提下,就貿然進行后續的FIB、去層等試驗,無異于大海撈針,找到失效點的幾率極低。因此,合理地運用PEM定位,提高其定位的準確性,便成了試驗環節中的重中之重。

 

PEM定位原理:

 

PEM定位原理是通過光傳感器探測電子躍遷時釋放的光輻射,從而顯現出發光點。原理如圖1所示。

 

PEM用于集成電路失效定位的原理及案例分享

 

圖1 PEM工作原理圖

 

此原理圖的光傳感器為Cooled Si-CCD Camera,另一種廣泛使用的光傳感器為InGaAs Camera。其材質的不同導致了其檢測光的波長范圍的不同,Cooled Si-CCD Camera檢測的波長范圍為400nm-1100nm,InGaAs Camera檢測波長的范圍為900nm-1600nm。而熱載流子的波長范圍主要集中在InGaAs Camera探測范圍內(圖2),因此一般認為InGaAs Camera的效率及準確性更高。另外,Cooled Si-CCD Camera檢測的波長主要集中在可見波波長范圍內(380nm-750nm),而InGaAs Camera探測波長則主要集中于近紅外光波長(780nm-2526nm),因此,運用InGaAs Camera傳感器我們還可以進行背面PEM定位。而背面PEM定位對于集成度較高的IC來說有重要的意義,因為在很多時候,IC表面的金屬化會遮擋住底下失效點所發出的光能,從而導致失效點未能被我們探測到。而如果從芯片背面,透過芯片的外延層接受其所發出的近紅外光,就可以避免其表面金屬化所帶來的干擾。因此,背面PEM通常比正面PEM的準確性要高。

另外,PEM定位中不同的發光點其發光原理可能不同,如在芯片不存在失效點的情況下,其能探測到的光源主要有幾種:正偏或反偏的二極管,處于放大區和飽和區的三極管,處于飽和態的MOS管。也正因為如此,PEM定位中會發光的點并不一定都是失效點,在此情況下,PEM定位中好壞品的對比具有重要的意義。

 

PEM用于集成電路失效定位的原理及案例分享

 

圖2  Si-CCD camera 與 InGaAs camera 檢測光子波長范圍示意圖

 

背面PEM定位應用案例:

 

器件為驅動芯片,在做完電老練(105℃,48h)小時后,發現工作電流偏小,差分輸出的波形異常。對失效樣品進行靜態的I-V曲線測試,確認失效樣品的靜態工作電流比良品要小約10mA。然后對2只樣品進行背面PEM定位,結果發現F1#樣品存在異常發光點。對異常發光點進行FIB檢查,發現電阻接觸孔存在缺陷。具體結果見圖3~圖5。

 

PEM用于集成電路失效定位的原理及案例分享

 

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來源:賽寶可靠性

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