光发射显微镜在半导体失效分析中的应用

"本文介绍了光发射显微镜（PEM）在半导体器件失效分析中的应用，包括其基本原理、发光机理以及在IC和分立器件中的实际应用。PEM是一种高灵敏度、高分辨率的缺陷定位技术，尤其适用于微小特征尺寸器件的失效点检测。" 光发射显微镜（PEM）是90年代兴起的一种先进技术，主要用于半导体器件的失效分析。随着半导体技术的快速发展，器件的线宽不断缩小，集成度不断提高，这使得传统的失效分析方法面临挑战。PEM因其高分辨率和高灵敏度，成为解决这一问题的有效工具，能够快速、精确地定位IC和分立器件中的漏电、击穿、热载流子等失效点，帮助分析失效机理。 PEM的基本原理基于半导体的电致发光现象。当半导体器件出现漏电、击穿或热载流子效应时，这些失效点会产生发光现象。PEM通过收集并增强这些光子，通过CCD转换成图像，与器件的光学反射像叠加，实现失效点的定位。若采用红外或近红外光源，可以从芯片背面进行观测，避免正面金属布线结构的影响，提高定位准确性。 PEM系统的构造通常包括光源、收集系统、CCD相机和图像处理单元。发光机理主要包括带间跃迁、杂质和缺陷引起的跃迁以及热载流子的带内跃迁。其中，带间跃迁是最主要的发光过程，而杂质和缺陷能级的跃迁则可能导致器件性能的异常。非辐射跃迁如俄歇效应、表面和界面复合等，会影响发光效率。 在实际应用中，PEM对于半导体器件的失效分析具有重要意义。例如，它可以用于检测微小尺寸的制造缺陷，帮助工程师优化制造工艺；在故障诊断中，PEM可以精确定位故障区域，有助于确定问题的根本原因；在新材料和新器件的研发中，PEM能提供关于材料特性和器件行为的宝贵信息。 总结来说，光发射显微镜（PEM）是现代半导体行业中不可或缺的失效分析工具，它利用电致发光现象，结合高级图像处理技术，实现了对微纳米尺度失效点的高精度检测和分析，为提升半导体器件的性能和可靠性提供了有力支持。