EMMIOBIRCH原理及應(yīng)用課件

EMMI/OBIRCH的原理及應(yīng)用QRA/FAZhouhao半導(dǎo)體器件和電路制造技術(shù)飛速發(fā)展，器件特征尺寸不斷下降，而集成度不斷上升。這兩方面的變化都給失效缺陷定位和失效機(jī)理的分析帶來巨大的挑戰(zhàn)。而激光掃描顯微技術(shù)（IR-OBIRCH:Infra-RedOpticalInducedResistanceChange）和光發(fā)射顯微技術(shù)（PEM:PhotoEmissionMicroscope）作為一種新型的高分辨率微觀缺陷定位技術(shù)，能夠在大范圍內(nèi)迅速準(zhǔn)確地進(jìn)行器件失效缺陷定位，因而在器件失效分析中得到廣泛應(yīng)用。它具有迅速（只需通過一次成像就能檢查復(fù)雜IC的發(fā)光）、有通用性（能與測(cè)試儀相連）、潔凈（不需薄膜）、簡(jiǎn)單（與探針無相互作用，不會(huì)人為產(chǎn)生問題）、靈敏（漏電流可以小至uA量級(jí)）等優(yōu)點(diǎn)。AbstractFailureAnalysisFlow將宏觀的電學(xué)測(cè)試和微觀的結(jié)構(gòu)剖析連接起來OBIRCH的基本原理OBIRCHlock-in簡(jiǎn)介OBIRCH的應(yīng)用及實(shí)際失效案例分析EMMI的基本原理AdvancedEMMI(InGaAs)簡(jiǎn)介EMMI的應(yīng)用及實(shí)際失效案例分析OBIRCH與EMMI的區(qū)別ConstructionandBASIC-PrincipleofIR-OBIRCHBiasapplytodeviceusingwithvoltagesourceorcurrentsource.Whenlaserscan,current(orvoltage)ischangedcausedbyresistancechangewithlaserheatingatthelaserbeampoint.OBIRCH的基本原理OBIRCHlock-in簡(jiǎn)介OBIRCH的應(yīng)用及實(shí)際失效案例分析EMMI的基本原理AdvancedEMMI(InGaAs)簡(jiǎn)介EMMI的應(yīng)用及實(shí)際失效案例分析OBIRCH與EMMI的區(qū)別OBIRCH的基本原理OBIRCHlock-in簡(jiǎn)介OBIRCH的應(yīng)用及實(shí)際失效案例分析EMMI的基本原理AdvancedEMMI(InGaAs)簡(jiǎn)介EMMI的應(yīng)用及實(shí)際失效案例分析OBIRCH與EMMI的區(qū)別CaseStudyofIR-OBIRCHViaChainResistanceRelatedMetalShortRelatedCSMCRealCaseStudyCaseitemL16ViaOpenandHighResistanceFailAnalysisFailsitedetectiononhighresistancefailbyOBIRCHFailsitedetectiononcompleteopenfailbyPVCI_VcurveFailsitelocationFIBimagecommentVia1WmissingVia2WmissingVia1WmissingVia1missingWhyPVC?OBIRCH的基本原理OBIRCHlock-in簡(jiǎn)介OBIRCH的應(yīng)用及實(shí)際失效案例分析EMMI的基本原理AdvancedEMMI(InGaAs)簡(jiǎn)介EMMI的應(yīng)用及實(shí)際失效案例分析OBIRCH與EMMI的區(qū)別ConstructionofPhotoEmissionPrincipleofPhotoEmission◆TypeB(broadspectrumfromvisibletonearlyIR)?CurrentleakageatreversedbiasedPNjunction?Microplasmaleakageatoxidelayer?HotelectronsBremsstrahlungorIntra-bandrecombination◆TypeA(narrowspectrumatnearlyIR)?ForwardbiasedPNjunction?Latch-upofCMOSdeviceRecombinationofminoritycarrierLatch-upofCMOSdevice2.閂鎖時(shí)的發(fā)光機(jī)制閂鎖是CMOS電路中的一種失效機(jī)制。當(dāng)發(fā)生閂鎖時(shí)，兩個(gè)寄生晶體管的發(fā)射結(jié)都正偏，在寄生晶體管中流過很大的電流，從而產(chǎn)生發(fā)光。這時(shí)的結(jié)電流主要是耗盡區(qū)中注入載流子的復(fù)合。閂鎖發(fā)生時(shí)，器件發(fā)光的區(qū)域很大，下圖是閂鎖的發(fā)光原理示意圖和實(shí)際EMMI相片：CurrentleakageatreversedbiasedPNjunctionTypeB：加速載流子發(fā)光，即在局部的強(qiáng)場(chǎng)作用下產(chǎn)生的高速載流子與晶格原子發(fā)生碰撞離化，發(fā)射出光子；（如反偏結(jié)、局部高電流密度、熱載流子發(fā)光等）反偏p-n結(jié)的發(fā)光原理是隧穿產(chǎn)生的電子和價(jià)帶中空穴的復(fù)合或者是雪崩產(chǎn)生的電子空穴對(duì)的復(fù)合。所發(fā)射的光子的能量可以大于禁帶能量。其光譜在可見光范圍內(nèi)有一個(gè)寬的分布（650-1050nm）。只有當(dāng)反偏p-n結(jié)已經(jīng)擊穿，或者結(jié)上存在缺陷而產(chǎn)生漏電時(shí)，反偏p-n結(jié)發(fā)的光才能被探測(cè)到。

1.反偏p-n結(jié)及其發(fā)光機(jī)制下圖是反向偏置的p-n結(jié)發(fā)光原理示意圖和實(shí)際EMMI相片。當(dāng)p-n結(jié)反偏至雪崩擊穿后，首先在局部觀察到明亮的發(fā)光點(diǎn)。表明對(duì)應(yīng)位置有更高的電場(chǎng)強(qiáng)度。當(dāng)反偏電壓增加時(shí)，發(fā)光強(qiáng)度和發(fā)光區(qū)的面積都增大，直到整個(gè)結(jié)區(qū)都發(fā)光。Microplasmaleakageatoxidelayer2.局部高電流密度發(fā)光機(jī)制柵氧化層缺陷是顯微鏡發(fā)光技術(shù)定位的最重要的失效之一。但薄氧化層擊穿不一定會(huì)產(chǎn)生空間電荷區(qū)，特別是多晶硅和阱的摻雜類型相同時(shí)。它發(fā)光的解釋是：電流密度足夠高，在失效區(qū)產(chǎn)生電壓降。這一電壓降導(dǎo)致了發(fā)光顯微鏡光譜區(qū)內(nèi)的場(chǎng)加速載流子散射發(fā)光。下圖是反向偏置的p-n結(jié)發(fā)光原理示意圖和實(shí)際EMMI相片（柵氧擊穿GOIshortloop）一些發(fā)光點(diǎn)不穩(wěn)定，在一段時(shí)間內(nèi)消失掉。這是因?yàn)楦叩木植侩娏髅芏热刍藫舸﹨^(qū)，擴(kuò)大了擊穿區(qū)使電流密度下降。OBIRCH的基本原理OBIRCHlock-in簡(jiǎn)介OBIRCH的應(yīng)用及實(shí)際失效案例分析EMMI的基本原理AdvancedEMMI(InGaAs)簡(jiǎn)介EMMI的應(yīng)用及實(shí)際失效案例分析OBIRCH與EMMI的區(qū)別ComparisonofC-CCD/MCT/InGaAs2FAB1FAIEMMIEmissionLeakageatPNjunctionESDDamageHotCarrierLeakageatOxideTunnelingcurrent/AvalanchebreakdownFAB2PHEMOS-1000InGaAsSubdefectssuchasCrystaldefects,stackingfaults,mechanicaldamagejunctionleakagecontactspikinghotelectrons,saturatedtransistorslatch-upoxidecurrentleakagepolysiliconfilamentsEMMIandInGaAsRealCaseStudyCase1：SWTDDBISDAnalysisSTIcornerbreakdownwasobservedattheEMMIspotMVP#1MVP#2EMMIFIBFIBcuttingFIBcuttingRealCaseStudyCase2：QH619CLogicFunctionAnalysisWordlinepolybreakwasfoundatEMMIspotDifferencebetweenIR-OBIRCHandEMMIComparisonofLCD/OBIRCHandEMMI設(shè)備原理模式應(yīng)用范圍優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)圖例LCD（Liquidcrystaldetection）Thermoemissiondetection被動(dòng)式1.Impurity、defectandESDDamageinducedleakagecurrent2.Abnormaldistributingofcurrent3.LeakageatOxide4.Latchup設(shè)備簡(jiǎn)易，成本低，熱點(diǎn)不易被厚鋁阻擋靈敏度較差：hotspot能量≧1uW才能被探測(cè)到；僅能做正面分析；液晶有毒性；OBIRCH（Opticalbeaminducedresistancechange）Beaminducedthermoeffect主動(dòng)式1.Leakagepath2.Defectsinthemetal(void,Sinodule)3.Abnormalresistance(material,structure)4.Functionalfailure（needtolinkATE）靈敏度較高，附屬裝置lock-in可以有效提高信噪比；操作方便快速；可作背面分析；無毒性設(shè)備價(jià)格高昂（〉800，000USD）；對(duì)于厚鋁產(chǎn)品laser穿透性較差PEM(Photoemission)Photoemissiondetection被動(dòng)式1.SubdefectssuchasCrystaldefects,stackingfaults,mechanicaldamage2.jun