科研用微光顯微鏡儀器

在半導體芯片的精密檢測領域，微光顯微鏡與熱紅外顯微鏡如同兩把功能各異的 “利劍”，各自憑借獨特的技術原理與應用優(yōu)勢，在芯片質(zhì)量管控與失效分析中發(fā)揮著不可替代的作用。二者雖同服務于芯片檢測，但在邏輯與適用場景上的差異，使其成為互補而非替代的檢測組合。從技術原理來看，兩者的 “探測語言” 截然不同。

微光顯微鏡是 “光子的捕捉者”，其重心在于高靈敏度的光子傳感器，能夠捕捉芯片內(nèi)部因電性能異常釋放的微弱光信號 —— 這些信號可能來自 PN 結(jié)漏電時的電子躍遷，或是柵氧擊穿瞬間的能量釋放，波長多集中在可見光至近紅外范圍。

通過與光譜儀聯(lián)用，可分析光子的光譜信息，為判斷缺陷類型提供更多依據(jù)，增強分析的全面性?？蒲杏梦⒐怙@微鏡儀器

隨著器件尺寸的逐漸變小，MOS器件的溝道長度也逐漸變短。短溝道效應也愈發(fā)嚴重。短溝道效應會使得MOS管的漏結(jié)存在一個強電場，該電場會對載流子進行加速，同時賦予載流子一個動能，該載流子會造成中性的Si原子被極化，產(chǎn)生同樣帶有能量的電子與空穴對，這種電子與空穴被稱為熱載流子，反映在能帶圖中就是電位更高的電子和電位更低的空穴。一部分熱載流子會在生成后立馬復合，產(chǎn)生波長更短的熒光，另一部分在電場的作用下分離。電子進入柵氧層，影響閾值電壓，空穴進入襯底，產(chǎn)生襯底電流。歸因于短溝道效應能在MOS管的漏端能看到亮點，同樣在反偏PN結(jié)處也能產(chǎn)生強場，也能觀察到亮點。顯微微光顯微鏡性價比處理 ESD 閉鎖效應時，微光顯微鏡檢測光子可判斷其位置和程度，為研究機制、制定防護措施提供支持。

在微光顯微鏡（EMMI) 操作過程中，當對樣品施加合適的電壓時，其失效點會由于載流子加速散射或電子-空穴對復合效應而發(fā)射特定波長的光子。這些光子經(jīng)過采集和圖像處理后，可以形成一張信號圖。隨后，取消施加在樣品上的電壓，在未供電的狀態(tài)下采集一張背景圖。再通過將信號圖與背景圖進行疊加處理，就可以精確地定位發(fā)光點的位置，實現(xiàn)對失效點的精確定位。進一步地，為了提升定位的準確性，可采用多種圖像處理技術進行優(yōu)化。例如，通過濾波算法去除背景噪聲，增強信號圖的信噪比；利用邊緣檢測技術，突出顯示發(fā)光點的邊緣特征，從而提高定位精度。

相較于傳統(tǒng)微光顯微鏡，InGaAs（銦鎵砷）微光顯微鏡在檢測先進制程組件微小尺寸組件的缺陷方面具有更高的適用性。其原因在于，較小尺寸的組件通常需要較低的操作電壓，這導致熱載子激發(fā)的光波長增長。InGaAs微光顯微鏡特別適合于檢測先進制程產(chǎn)品中的亮點和熱點（HotSpot）定位。InGaAs微光顯微鏡與傳統(tǒng)EMMI在應用上具有相似性，但InGaAs微光顯微鏡在以下方面展現(xiàn)出優(yōu)勢：

1.偵測到缺陷所需時間為傳統(tǒng)EMMI的1/5~1/10；

2.能夠偵測到微弱電流及先進制程中的缺陷；

3.能夠偵測到較輕微的MetalBridge缺陷；

4.針對芯片背面（Back-Side）的定位分析中，紅外光對硅基板具有較高的穿透率。 我司設備面對閘極氧化層缺陷，微光顯微鏡可檢測其漏電，助力及時解決相關問題，避免器件性能下降或失效。

半導體材料分為直接帶隙半導體和間接帶隙半導體，而Si是典型的直接帶隙半導體，其禁帶寬度為1.12eV。所以當電子與空穴復合時，電子會彈射出一個光子，該光子的能量為1.12eV，根據(jù)波粒二象性原理，該光子的波長為1100nm，屬于紅外光區(qū)。通俗的講就是當載流子進行復合的時候就會產(chǎn)生1100nm的紅外光。這也就是產(chǎn)生亮點的原因之一：載流子復合。所以正偏二極管的PN結(jié)處能看到亮點。如果MOS管產(chǎn)生latch-up現(xiàn)象，（體寄生三極管導通）也會觀察到在襯底處產(chǎn)生熒光亮點。晶體管和二極管短路或漏電時，微光顯微鏡依其光子信號判斷故障類型與位置，利于排查電路故障。國內(nèi)微光顯微鏡設備

其內(nèi)置的圖像分析軟件，可測量亮點尺寸與亮度，為量化評估缺陷嚴重程度提供數(shù)據(jù)?？蒲杏梦⒐怙@微鏡儀器

企業(yè)用戶何如去采購適合自己的設備？

功能側(cè)重的差異，讓它們在芯片檢測中各司其職。微光顯微鏡的 “專長” 是識別電致發(fā)光缺陷，對于邏輯芯片、存儲芯片等高密度集成電路中常見的 PN 結(jié)漏電、柵氧擊穿、互連缺陷等細微電性能問題，它能提供的位置信息，是芯片失效分析中定位 “電故障” 的工具。

例如，在 7nm 以下先進制程芯片的檢測中，其高靈敏度可捕捉到單個晶體管異常產(chǎn)生的微弱信號，為工藝優(yōu)化提供關鍵依據(jù)。

熱紅外顯微鏡則更關注 “熱失控” 風險，在功率半導體、IGBT 等大功率器件的檢測中表現(xiàn)突出。這類芯片工作時功耗較高，散熱性能直接影響可靠性，短路、散熱通道堵塞等問題會導致局部溫度驟升，熱紅外顯微鏡能快速生成熱分布圖譜，直觀呈現(xiàn)熱點位置與溫度梯度，幫助工程師判斷散熱設計缺陷或電路短路點。在汽車電子等對安全性要求極高的領域，這種對熱異常的敏銳捕捉，是預防芯片失效引發(fā)安全事故的重要保障。

科研用微光顯微鏡儀器

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