Emission和OBIRCH的原理

一.Emission和OBIRCH的原理1.Emission部分：①基本原理A.半导体发光原理简述：通过一定形式的激发在半导体材料中产生非平衡态，从而会有电子从高能态到低能态的跃迁过程，这一过程可能是辐射的也可能是非辐射的，辐射过程就导致了发光。PEM采用的激发就是电偏置，通过对半导体器件加一定电压，形成电致发光。发光显微镜利用的是PEM（PhotonEmissionMicroscopy，显微发光技术），可以探测非常微弱的发光。辐射性的跃迁过程：带间的直接或间接跃迁过程激子复合带与杂质能级间跃迁带内跃迁非辐射性的跃迁过程：俄歇效应表面与界面复合通过缺陷的复合多声子发射B.Emission原理：Emission探测到的光源分为两类•场加速载流子散射产生的发光（F－PE）①空间电荷区：反偏结，硅中漏电流，饱和MOS管，ESD保护击穿，三极管。如对反偏PN结的发光机理是：隧穿产生的电子和价带中的空穴复合，或者是雪崩产生的电子空穴对的复合，发射的光子能量可以大于禁带能量。当结已经击穿或者结上存在缺陷发生漏电时，这些光才能被探测到。②高的局部电流密度：栅氧化层缺陷和漏电③F-N电流：栅氧化层漏电•电子空穴辐射复合产生发光（R－PE）正偏结，三极管，閂锁在一定的电压工作条件下，存在着漏电、击穿、热载流子效应的器件中，会有光子从失效点发射出来，这些光子通过显微镜收集、图象增强器增强、C-CCD相机转换和图象处理器处理，成为一张发光像，将这一发光像和器件表面的反射像叠加，就能对缺陷进行定位。+叠加像反射像发光像＝PHEMOS-1000采用红外光作为产生产生反射像的光源，硅对红外光是透明的，因此红外光可以从器件背面入射出射，避免了器件正面多层结构的吸收和反射，因而可以从器件背面进行失效点的定位Emission观察分为正面Emission和背面Emission随着半导体技术的不断发展，器件特征尺寸越来越小，布线层数越来越多，这可能会导致正面发光会被更多的反射和吸收，这就使得背面Emission越来越重要。可检测的发光失效：结漏电结雪崩接触毛刺热电子效应氧化层漏电多晶硅晶须衬底损伤閂锁②对失效的探测探测不到的发光：埋结金属层下的漏电不发光的漏电失效：欧姆接触金属互连短路表面反型区亚阈值导通硅导电通路③成像过程A.明确器件失效时的外加电压条件以及失效表现B.确定了器件的结构后，选择合适的Emission模式(背面或正面）获得反射像发光像叠加像合适的电压和曝光时间superimpose分析过程2.OBIRCH：激光束在器件表面进行扫描时，部分能量会转化为热量被金属互连线吸收当互连线中存在缺陷时，缺陷附近的热量不能迅速通过金属线传导散开，这就导致缺陷处的温度升高，进一步引起导线电阻值的变化对系统施加恒定电压V或电流I，就会有相应的电流变化ΔI或电压变化ΔV，将这一变化量与激光扫到的位置所成像像中像素亮度对应，从而就定位了缺陷。①基本原理②可检测到的缺陷金属互连线的短路，空洞，硅球瘤，通孔下的空洞，通孔底部高阻区和TiSi线中的高阻区，③成像过程DUT的反射像OBIRCH像叠加像偏压Superimpose先明确器件失效时的外加电压情况以及失效表现。A.无光发射并不代表器件没有失效。如：可能是非发射型的漏电模式。这时可能就需要尝试其他失效定位技术，比如液晶技术等。B.光发射区不一定都是缺陷区。比如閂锁效应等会导致整个芯片发光。3.注意C.光发射技术本身不能确定失效的根本原因，只是用于隔离出失效区。