微光显微镜EMMI/OBIRCH的原理及应用

光束诱导电阻变化（OBIRCH）功能与微光显微镜（EMMI）常见集成在一个检测系统，合称PEM（Photo Emission Microscope），两者互为补充，能够很好的应对绝大多数失效模式。

EMMI

微光显微镜（Emission Microscope， EMMI）（EMMI波长范围：400nm到1100nm ）是用来侦测故障点定位，寻找亮点、热点（Hot Spot）的工具。通过侦测电子-电洞结合与热载子所激发出的光子。在IC元件中，EHP（Electron Hole Pairs） Recombination会放出光子（Photon）。举例说明：在pn Junction加偏压，此时n的电子很容易扩散到p，而p的空穴也容易扩散至n然后与p端的空穴（或n端的电子）做 EHP Recombination。

应用范围application：

侦测各种组件缺陷所产生的漏电等，闸极氧化层缺陷（Gate oxide defects）、静电放电破坏（ESD Failure）、在电路验证中产生闩锁效应（Latch Up）及漏电（Leakage）接面漏电（Junction Leakage）、顺向偏压（Forward Bias）及在饱和区域操作的晶体管，均可由EMMI定位，找热点（Hot Spot或找亮点）位置CMOS图像传感芯片及LED柔性液晶屏array区域的坏点或漏电区域的侦测LED类型的芯片晶体管横向电流分布不均漏电（Leakage）等等。

应用范围application：

1.检测芯片封装打线和芯片内部线路短路。

2.晶体管和二极管的短路和漏电。

3.TFT LCD面板&PCB/PCBA的金属线路缺陷和短路。

4.PCB/PCBA上的部分失效元器件。

5.介电层（Oxide）漏电。

6.ESD闭锁效应。

7.3D封装（Stacked Die）失效点的深度预估。

8.芯片未开封的失效点的定位侦测（区分封装于Die）

9.低阻抗短路（<10ohm）的问题分析常用于分析一些未开盖的样品测试，以及大型PCB上的金属线路及元器件的失效定位，金属层遮挡OBIRCH及INGAAS无法侦测的漏电（Leakage）、短路等情况也会使用其进行分析。

侦测得到亮点之情况：

会产生亮点的缺陷 - 漏电结（Junction Leakage）; 接触毛刺（Contact spiking）; （热电子效应）Hot electrons;闩锁效应（ Latch-Up）;氧化层漏电（ Gate oxide defects / Leakage（F-N current））;多晶硅晶须（Poly-silicon filaments）; 衬底损伤（Substrate damage）; （物理损伤）Mechanical damage等。

原来就会有的亮点 - Saturated/ Active bipolar transistors; -Saturated MOS/Dynamic CMOS; Forward biased diodes/Reverse;biased diodes（break down） 等。

侦测不到亮点之情况：

不会出现亮点的故障 - 欧姆接触;金属互联短路;表面反型层;硅导电通路等。

亮点被遮蔽之情况 - Buried Junctions及Leakage sites under metal，这种情况可以采用backside模式，但是只能探测近红外波段的发光，且需要减薄及抛光处理。

光诱导电阻变化（OBIRCH，Optical Beam Induced Resistance Change）

激光作用于半导体材料时，会产生两种效应，一种是热效应，另一种是光生载流子效应。如果激光波长的能量小于半导体能带，半导体仅仅发生热效应；当大于或接近半导体能带时，会产生热和光生载流子，且载流子占主导作用。光生载流子效应和热效应均能导致半导体电阻发生变化（分别称做光电导效应和热电导效应），或者产生电流（分别称为光生伏特效应和塞贝克效应，热电效应）。OBIRCH正是基于半导体的这种效应的新型高分辨率微观缺陷定位技术，该技术依托于背面光发射显微镜，可以在大范围内准确并迅速定位集成电路中的微小失效点，并通过后续的去层处理、电镜扫描和光学显微镜观察，对缺陷进行界定，找出失效机理并进行根因分析，因而在器件和集成电路失效分析中得到广泛应用。它具有迅速（只需通过一次成像就能检查复杂集成电路的发光）、通用（能与测试仪相连）、洁净（不需薄膜）、简单（与探针无相互作用，不会人为产生问题）、灵敏（漏电流可以小至uA量级）等优点。

OBIRCH能快速准确的进行IC中元件的短路、布线和通孔互联中的空洞、金属中的硅沉积等缺陷。其工作原理是利用激光束在恒定电压下的器件表面进行扫描，激光束部分能量转化为热能，如果金属互联线存在缺陷，缺陷处温度将无法迅速通过金属线传导散开，这将导致缺陷处温度累计升高，并进一步引起金属线电阻以及电流变化，通过变化区域与激光束扫描位置的对应，定位缺陷位置。OBIRCH模式具有高分辨能力，其测试精度可达nA级。

应用范围application：

常用于芯片内部电阻异常及电路漏电路径分析。

1.可快速对电路中缺陷定位，金属线/Poly/Well短路（Metal Short/Metal Bridge）。

2.闸极氧化层漏电，金属导通孔/接触孔阻值异常任何有材质或厚度不一样的Short/Bridge/Leakage/High Resistance。

3.利用镭射激光穿透芯片背面晶背进行表面检查。

4.高级PCB上的金属走线失效缺陷的定位等的芯片失效情况。

案例一：

随着集成电路设计与工艺水平的飞速发展，其线宽不断下降，集成度日益提高，集成电路的失效定位相应也迎来了巨大挑战。在现代集成电路失效分析中，如何在几十亿的晶体管中快速准确地进行失效定位已成为一个非常重要的技术。尤其针对大规模复杂集成电路，如果在进行破坏性分析之前没有做好失效定位，后续寻找物理失效点的过程无异于大海捞针。

某型号BGA芯片输出端口与地之间漏电。由于BGA芯片封装结构特殊，开封后无法进行测试，因此若开封之前未做失效定位，开封后将很难找到具体的物理失效点，失效机理分析也就无从谈起。于是我们采用OBIRCH技术对其进行失效定位，在漏电端口和地之间施加电压，激光扫描后定位到芯片上存在异常亮点。成功进行失效定位后我们再芯片进行去层处理并用扫描电子显微镜放大观察，可以看到芯片在异常亮点处的金属化存在烧毁形貌。

责任编辑：tzh