热点定位“神器”- EMMI

在半导体故障失效分析的流程中，EMMI(又叫做PEM, Photon Emission Microscope，光发射显微镜，微光显微镜)是常用的故障点定位工具，传统的EMMI是采用冷却式电荷耦合元件(C-CCD)来侦测光子，其侦测波长范围介于400nm到1100nm间，此波长相当于可见光和红外光。

InGaAs EMMI和传统EMMI具有相同的原理和功能。两种探测光子的传感器都是由电子-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 400-1100 nm 的传统EMMI），这与 IR（红外） 的光谱波长相同。

当给缺陷/失效半导体元件施加电压，元件中电子-空穴对结合产生光子，或者元件的热载子释放出多余的动能，会以光子的型式呈现，此两种机制所产生的光子均可被EMMI 侦测到，侦测到的故障点也叫亮点、热点(Hot Spot)，因此接面漏电、氧化层崩溃、静电放电破坏、闩锁效应、撞击游离、顺向偏压及在饱和区域操作的电晶体，均可由EMMI精确地定位出热点，进而推知器件中的缺陷位置，对后续的电路分析与失效分析有莫大的帮助，因此说EMMI是热点定位“神器”一点也不为过。

早在30多年前，滨松就开始了在半导体失效分析应用中的研究。1987年，推出了第一代微光显微镜，并在此后逐渐组建起了专门针对半导体缺陷位置定位的PHEMOS系列产品。针对应用中呈现出的诸多要求，滨松亦在技术上做出了进一步的开发。

为了增强微光探测能力，滨松开发了C-CCD、Si-CCD、InGaAs等多类高端相机。用户可根据样品制程和结构，选择不同的相机加装在设备中。然而，滨松的EMMI设备价格相当的高，动不动就几百上千个W，让很多公司望而却步。为此，金鉴采用日本进口InGaAs，通过算法、芯片和图像传感技术的改进，打造高精智能化的测试体系,整合出一套EMMI定位系统，价格远低于由国外同类产品，同样的功能，但却有更精确的数据整理系统、更方便的操作体系，正印证了“最好的检测设备是一线的测试工程师研发出来的！”这句话。

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。