天游线路检测中心 操纵器的应用：纳米探测和故障分析

纳米探测装置（图 1）将微小探针与扫描电子显微镜 (SEM) 样品室中的半导体器件电路直接接触，用于评估半导体器件、识别故障位置并了解故障原因。通过探测半导体器件中晶体管的电极，您可以评估该晶体管的 IV 特性。此外，通过获取将电子束感应电流（EBIC）可视化的EBIC图像，可以可视化半导体器件的pn结中的耗尽层的位置。此外，通过探测半导体元件中的布线并获取流过布线的电子束吸收电流（EBAC）的图像，还可以可视化布线中的短路和开路位置。设置适当的加速电压对于这些测量尤其重要。例如，需要在低加速电压下进行探测，以防止由于电子束入射到晶体管上而导致 IV 特性发生变化。近年来，随着SEM分辨率和低加速电压信号检测的提高，即使在1kV以下的加速电压下也可以进行探测。

纳米探测晶体管的 IV 输出特性

如图2所示，将探针接触半导体器件中的单个晶体管后，评估晶体管的输出特性。图 3 显示了通过纳米探测 SRAM 晶体管获得的晶体管输出特性的示例。

图3 静态随机存储器至晶体管四输出特性

电子束感应电流 (EBIC)

当入射电子照射到半导体器件pn结处形成的耗尽层时，在电子的非弹性散射过程中感应出电子-空穴对。
此时，耗尽层内的内置电势将电子和空穴分开并导致它们漂移。这个过程中产生的电流称为EBIC。为了获得该 EBIC 作为图像，可以通过探测连接到晶体管的电极并测量电流来可视化 EBIC。图5是叠加在半导体芯片表面二次电子图像上的EBIC反应的合成图像。 EBIC 反应显示为红色。通过将该EBIC与二次电子图像等SEM图像重叠，能够确认p-n结的位置和范围。

图4 EBIC生成示意图
(a) pn结耗尽层和内建电势
(b)：电子束照射诱发的电子空穴对
(c) EBIC 发生和通过探测进行检测

图5从半导体元件的面方向求出EBIC

接触底部晶体管的 P+ 和 N 阱之间的 PN 结处生成的 EBIC 可视化。

• 硅传感器芯片示例

• 扫描电镜
  JEOL 肖特基发射扫描电子显微镜 JSM-IT800<i>
  加速电压：10 kV，照射电流：3 nA，检测信号：二次电子和EBIC合成

• 探测装置
  Imina Technologies 具有集成 Point Electronic EFA 模块的纳米探测解决方案

电子束吸收电流 (EBAC)

当电子束照射到样品上时，在反复的弹性或非弹性散射过程中，部分电子被样品吸收。如果样品是导电的，则电流将流过样品。该电流称为 EBAC。该 EBAC 可以通过探测接线并放大流经探头到放大器的电流来可视化连接到探头的接线。这使您可以识别高电阻点，包括接线短路和开路点。图 6 显示了一种根据获得的 EBAC 图像的对比度来检测两条探测迹线之间的高电阻缺陷的方法。将其中一根探头连接至电气接地，另一根连接至放大器。在这种情况下，从高电阻点到放大器侧探头接触点产生的大部分电流将被放大器检测到。然而，接地探头与高电阻点接触点产生的电流大部分流向接地侧。因此，放大器检测到的电流会更小。可以根据该放大器检测到的吸收电流的变化来识别高电阻点。图 7 是从二次电子图像和 EBAC 图像的合成图像中检测布线中开路点的示例。

图6　EBAC如何使用图像检测接线中的高电阻点

图7　EBAC

在钝化层中钻孔并嵌入W（钨）。 W 部分被探测并连接到电流放大器。另一个探头正在屏幕外探测样品内部的接地垫。连接到探头的电线在屏幕上可见。

• 未经层剥离处理的半导体芯片样品（带钝化层）

• 扫描电镜
  JEOL 肖特基发射扫描电子显微镜 JSM-IT800<i>
  加速电压：10 kV，照射电流：3 nA，检测信号：二次电子和EBAC合成

• 带有集成 Point Electronic EFA 模块的探测设备 Imina Technologies Nanoprobing 解决方案

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