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引言：隨著集成電路根據(jù)摩爾定律的發(fā)展，時(shí)至今日，集成電路的體積越來越小，而晶體管的數(shù)量卻越來越多，換言之金屬化的密度越來越高。在此前提下，就算器件的端口失效現(xiàn)象或者功能異常情況較為嚴(yán)重，也會(huì)因?yàn)楦呙芏鹊慕饘倩ハ嘤绊憦亩鴮?dǎo)致不易定位。而其中，PEM（Photon Emission Microscoy）定位技術(shù)在失效分析定位中，是最為常見的定位手段之一。特別對(duì)于大規(guī)模集成電路而言，除非有明顯的燒毀形貌，不然在沒有定位到失效點(diǎn)的前提下，就貿(mào)然進(jìn)行后續(xù)的FIB、去層等試驗(yàn)，無異于大海撈針，找到失效點(diǎn)的幾率極低。因此，合理地運(yùn)用PEM定位，提高其定位的準(zhǔn)確性，便成了試驗(yàn)環(huán)節(jié)中的重中之重。

PEM定位原理：

PEM定位原理是通過光傳感器探測(cè)電子躍遷時(shí)釋放的光輻射，從而顯現(xiàn)出發(fā)光點(diǎn)。原理如圖1所示。

圖1 PEM工作原理圖

此原理圖的光傳感器為Cooled Si-CCD Camera，另一種廣泛使用的光傳感器為InGaAs Camera。其材質(zhì)的不同導(dǎo)致了其檢測(cè)光的波長范圍的不同，Cooled Si-CCD Camera檢測(cè)的波長范圍為400nm-1100nm，InGaAs Camera檢測(cè)波長的范圍為900nm-1600nm。而熱載流子的波長范圍主要集中在InGaAs Camera探測(cè)范圍內(nèi)（圖2），因此一般認(rèn)為InGaAs Camera的效率及準(zhǔn)確性更高。另外，Cooled Si-CCD Camera檢測(cè)的波長主要集中在可見波波長范圍內(nèi)（380nm-750nm），而InGaAs Camera探測(cè)波長則主要集中于近紅外光波長（780nm-2526nm），因此，運(yùn)用InGaAs Camera傳感器我們還可以進(jìn)行背面PEM定位。而背面PEM定位對(duì)于集成度較高的IC來說有重要的意義，因?yàn)樵诤芏鄷r(shí)候，IC表面的金屬化會(huì)遮擋住底下失效點(diǎn)所發(fā)出的光能，從而導(dǎo)致失效點(diǎn)未能被我們探測(cè)到。而如果從芯片背面，透過芯片的外延層接受其所發(fā)出的近紅外光，就可以避免其表面金屬化所帶來的干擾。因此，背面PEM通常比正面PEM的準(zhǔn)確性要高。

另外，PEM定位中不同的發(fā)光點(diǎn)其發(fā)光原理可能不同，如在芯片不存在失效點(diǎn)的情況下，其能探測(cè)到的光源主要有幾種：正偏或反偏的二極管，處于放大區(qū)和飽和區(qū)的三極管，處于飽和態(tài)的MOS管。也正因?yàn)槿绱?，PEM定位中會(huì)發(fā)光的點(diǎn)并不一定都是失效點(diǎn)，在此情況下，PEM定位中好壞品的對(duì)比具有重要的意義。

圖2  Si-CCD camera 與 InGaAs camera 檢測(cè)光子波長范圍示意圖

背面PEM定位應(yīng)用案例：

器件為驅(qū)動(dòng)芯片，在做完電老練（105℃，48h）小時(shí)后，發(fā)現(xiàn)工作電流偏小，差分輸出的波形異常。對(duì)失效樣品進(jìn)行靜態(tài)的I-V曲線測(cè)試，確認(rèn)失效樣品的靜態(tài)工作電流比良品要小約10mA。然后對(duì)2只樣品進(jìn)行背面PEM定位，結(jié)果發(fā)現(xiàn)F1#樣品存在異常發(fā)光點(diǎn)。對(duì)異常發(fā)光點(diǎn)進(jìn)行FIB檢查，發(fā)現(xiàn)電阻接觸孔存在缺陷。具體結(jié)果見圖3~圖5。