微光显微镜EMMI设备介绍

原创 芯片失效分析 半导体工程师 2022-01-21 09:54

在过去的20年间，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，电路间间隔距离也越来越小，芯片在经历从设计到量产完成后，往往漏流要求难以实现，使用液晶热点漏电定位系统可以粗略定位漏电位置，但针对较小漏电如微安级甚至纳安级漏电，往往不会发射出大量红外线，使芯片局部温度发生变化，仅仅会放射出少量光子，光子侦测系统便可以利用其上方高灵敏度侦测仪侦测到芯片散发出来的少量光子，详见图一从而定位到微弱漏电位置，对于不同器件可侦测到精确至微安甚至纳安级别之漏流。

图一 

光子微漏电定位分析系统是一种模块化的设计，它以人性化综合控制系统为中心，实现了简易的操作和非凡的测试精度。

3.1 主要技术参数

Ø InGaAs CCD  

Ø 侦测波长范围满足900nm to 1750nm

Ø  NIR波段均可侦测; 1300nm波长量子效率≥70%

Ø 像素尺寸：不大于30umX30um

Ø采用高解析度NIR显微镜

Ø物镜2.5X（NA=0.1）、10X（NA=0.14）、20X（NA=0.4）、50X（NA=0.4）

Ø物镜放大倍数：2.5X ~ 50X（近红外线）

Ø电动控制物镜切换

Ø8英寸探针台 

Ø电磁屏蔽罩外加主动式防震系统 

 3.2 主要功能配置

3.2.1、摄像头部分：

  3.2.1.1 InGaAs CCD

  3.2.1.2侦测波长范围满足900nm to 1750nm

  3.2.1.3 接收红外像素不低于640*512（软件增强）

   3.2.1.4 UV~NIR波段均可侦测; 1300nm波长量子效率≥70%

   3.2.1.5像素尺寸：不大于30umX30um

   3.2.1.6 隐电流 ≤0.17电子/像素

   3.2.1.7 曝光时间 20ms~7200s

   3.2.1.8 CCD系统噪声 7 electron (rms)

3.2.2、显微镜部分：

   3.2.2.1采用高解析度NIR显微镜

   3.2.2.2物镜2.5X（NA=0.1）、10X（NA=0.14）、20X（NA=0.4）、50X（NA=0.4）

   3.2.2.3电动控制物镜切换

3.2.3、探针台部分

   3.2.3.1 八英寸探针台1套

   3.2.3.2 8" x 8" travel X-Y with big knob driven

   3.2.3.3 高精度探针座6组，移动精度不低于0.7um

   3.2.3.4同轴探针杆6组，自带BNC公头

   3.2.3.5 真空开关独立控制样品吸附

3.2.3.6双面点针，配合back side及front side功能应用

3.2.4、控制电脑

   3.2.4.1  P4双核CPU

   3.2.4.2  320G硬盘

   3.2.4.3  19寸LCD显示器

3.2.5、主机构

   3.2.5.1 电动X, Y stage, 移动范围>30mm, 移动精度: 1um

   3.2.5.2电动Z stage, 移动范围>60mm, 移动精度: 0.1um

   3.2.5.3 防震桌系统  防震效率 @ 10Hz  97%

   3.2.5.4 屏蔽箱

   3.2.5.5 NIR照明灯

3.2.5.6 系统远程控制台

3.2.6、软件功能

 3.2.6.1 3D呈像功能

   3.2.6.2具有自动影像跟踪功能

 3.2.6.3物镜校验功能

   3.2.6.4鼠标点控影像中心功能

3.2.6.5多屏显示功能、缩略影像

   3.2.6.6影像无缝拼接功能。

  3.2.6.7 两点距离量测功能

  3.2.6.8自动聚焦功能

3.2.6.9 两张Emission影像比对功能，找出正确的emission点

3.2.6.10 GDS提图软件

4. 购置本设备的必要性

EMMI光子微漏电定位分析系统设备是集成电路失效分析中的重要分析工具，漏电定位对于失效分析者而言是必备工具。

在集成电路行业中，对集成电路可靠性要求很高。芯片在工作中，微漏电现象较为普遍，微弱漏电在极端情况下往往会无限放大，造成芯片甚至整个控制系统失效，所以芯片微漏电现象是对于集成电路失效分析中极端重要的一环，另外，大部分集成电路工作电压在3.3V至20V左右，工作电流往往很小，微安甚至毫安级别的漏电证明芯片已经失效，对于漏流位置的判断往往关系到芯片失效的最终原因。

具体检测内容及效果如下：

（1） 红外显微镜穿透式分析。

失效后芯片，由于其表面往往暴漏在空气中，会有大量杂质附着于芯片表面，这时可以通过NIR红外偏光显微镜对芯片进行back side穿透性独立分析，从而判断异常点为失效点，而其他只是灰尘或探针扎痕，详见下图：

（2）背面EMMI光子微漏电效果检测

对于DRAM型芯片进行EMMI 背面点针分析的样图

（3）正面EMMI光子微漏电检测效果

下图即为对于 Logic 类IC进行正面点针分析案例。

（3）整体芯片EMMI光子微漏电侦测效果

往往IC在高倍镜头下无法进行全貌观察，为了不至于盲人摸象，P-100-I还可以进行拼图功能，下图即为LCD 驱动IC微漏电侦测进行拼图后样图

该设备是集成电路可靠性分析与试验手段建设内容之一。目前第三方实验室能对外提供服务的设备很少。北方市场北京软件产品质量检测检验中心有一台。

文：仪准科技

，时长00:21

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