半导体器件失效分析中,热点检测是有效手段。液晶是一种液体,但温度低于相变温度,则变为晶体。晶体会显示出各向异性。当它受热,温度超过相变温度时,就会变成各向同性的液体。利用这一特性,就可以在正交偏振光下观察液晶的相变点,从而找到热点。液晶热点检测设备由偏振光显微镜、可调温度的样品台和样品的电偏置控制电路组成。液晶热点检测技术可用来检查针孔和热点等缺陷。若氧化层存在针孔,它上面的金属层和下面的半导体就可能短路,而造成电学特性退化甚至失效。把液晶涂在被测管芯表面上,再把样品放在加热台上,若管芯氧化层有针孔,则会出现漏电流而发热,使该点温度升高,利用正交偏振光在光学显微镜下,观察热点与周围颜色的不同,便可确定器件上热点的位置。由于功耗小,此法灵敏度高,空间分辨率也高。
11.光辐射显微分析技术
半导体材料在电场激发下,载流子会在能级间跃迁而发射光子。半导体器件和集成电路中的光辐射可以分成三大类:一是载流子注入p-n结的复合辐射,即非平衡少数载流子注入到势垒,并与多数载流子复合而发出光子;二是电场加速载流子发光,即在强电场的作用下产生的高速运动载流子与晶格上的原子碰撞,使之电离而发光;三是介质发光,在强电场下,有隧道电流流过二氧化硅和氮化硅等介质薄膜时,就会有光子发射。光辐射显微镜用微光探测技术,将光子探测灵敏度提高6个数量级,与数字图像技术相结合,以提高信噪比。增加了对探测到的光辐射进行光谱分析的功能后,能够确定光辐射的类型和性质。做光辐射显微镜探测,首先要在外部光源下对样品局部进行实时图像探测,然后对这一局部施加偏压,在不透光的屏蔽箱中,探测样品的光辐射。
半导体器件中,多种类型的缺陷和损伤在一定强度电场作用下会产生漏电,并伴随载流子的跃进而产生光辐射,这样对发光部位的定位就可能是对失效部位的定位。目前,光辐射显微分析技术能探测到的缺陷和损伤类型有漏电结、接触尖峰,氧化缺陷、栅针孔、静电放电损伤、闩锁效应、热载流子、饱和态晶体管以及开关态晶体管等。
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