半导体失效分析的指路明灯-EMMI

随着半导体微纳制造技术的不断发展，尤其是集成电路（Integrated Circuit，IC）的设计线宽即将进入亚纳米级，各个单元和互连线不断细化，器件内部的电路纵横交错，隔离电路中的缺陷、查明隐藏在大量晶体管和金属线中的问题的能力是产品快速量产的关键。分析师很难在不知道异常在哪里的情况下深入研究，而足智多谋的分析师有许多工具和技术来帮助检测集成电路上的缺陷，比如，液晶（Liquid Crystal，LC）热点检测技术，最适合用于发现产生大量热量的短路。然而，这些技术通常是不够的，分析人员必须找到一种方法来表征，创建一个基准来对比一个故障单元，以检测电子元件故障根源的缺陷。在这些情况下，EMMI提供了建立分析的完美平台。

微光显微镜（Emission Microscope, EMMI）是利用高增益相机/探测器来检测由某些半导体器件缺陷/失效发出的微量光子的一种设备。

当对样品施加适当电压时，其失效点会因加速载流子散射或电子-空穴对的复合而释放特定波长的光子。这些光子经过收集和图像处理后，就可以得到一张信号图。撤去样品施加的电压后，再收集一张背景图，把信号图和背景图叠加之后，就可以确定发光点的位置，从而实现对失效点的定位。

InGaAs EMMI和传统EMMI具有相同的原理和功能。两种探测光子都是由电子-空穴复合和热载流子触发的。它们的不同之处在于InGaAs具有更高的灵敏度，并且可以检测更长的波长范围900-1700 nm（相对于 350-1100 nm 的传统EMMI），这与 IR（红外） 的光谱波长相同。

EMMI是发现许多不同半导体失效的一种强大工具，是指引失效分析进一步深入的一盏指路明灯。然而，就其本身而言，它只是收集数据的一种方式。就像一个没有经验的航行者尽管查阅了最好的海图、星图，但可能仍然会发现他们的船搁浅了一样，一个注重细节、技术熟练的分析团队是必要的，他们能利用来自EMMI的数据，进一步阐明问题并成功确定失效的根本原因。

金鉴实验室是一家专注于第三代半导体氮化镓和碳化硅芯片和器件失效分析的新业态的科研检测机构，具备国家认可及授权的CMA/CNAS资质，并是工信部认定的“国家中小企业公共服务示范平台”，广东省工信厅认定的“LED失效分析公共服务示范平台”，广州市中级人民法院司法鉴定专业委托机构。

金鉴实验室拥有一支由国家级人才工程入选者和行业资深管理和技术专家组成的团队，博士、研究生、本科生以上学历人员占比超过90％，专业涵盖光电、电子、化学、材料等各个方向，大部分有三代半导体材料和器件工厂工作经历。团队每月积累数百个行业案例分析经验，在半导体芯片和器件材料检测与失效分析领域已达到了世界领先水平。

金鉴实验室拥有自主研发的EMMI，如下图所示。

仪器特点：

①InGaAs采集相机，在近红外区域具备高灵敏度；

②分辨率高；

③多倍率图像采集：5X~100X；

④超低温电制冷降低暗电流带来的信噪；

⑤电制冷/空气冷却自由转换。

应用范围：

①LED故障分析

②太阳能电池评估

③半导体失效分析

④EL/PL图像采集

⑤光通信设备分析

检测到亮点的情况：

引起热点的缺陷：会产生亮点的缺陷-漏电结；接触毛刺；热电子效应；闩锁效应；氧化层漏电；多晶硅晶须；衬底损伤；物理损伤等。

原本存在的亮点：饱和/有源双极晶体管、饱和MOS/动态CMOS、正向偏置二极管/反向偏置二极管（击穿）。

无法检测到亮点的情况：无光点的缺陷、欧姆接触、金属互联短路、表面反型层和硅导电通路等。

案例分析

1、客户送样漏电LED蓝光芯片，通过InGaAs EMMI测试在芯片正极电极位置检测到异常点。

2、客户送样漏电LED蓝光倒装芯片，通过InGaAs EMMI测试在芯片位置可检测到异常点，并观察到击穿形貌。

3、客户送样漏电LED红光垂直芯片，通过InGaAs EMMI测试在芯片位置可检测到异常点。

4、客户送样硅基芯片，通过InGaAs EMMI测试在芯片位置可检测到异常点。

有了EMMI这盏指路明灯指引着我们进行进一步的失效分析，配合FIB（聚焦离子束系统）为进一步的失效分析提供了更强大制样和分析的手段。