SEM-based Nano-probing

先進製程 5nm / 3nm / 2nm 節點之奈米電性量測與失效定位技術

在高效能運算(HPC)與 AI 晶片快速發展下,半導體製程正式進入後摩爾時代。製程節點已由 7nm 進入 5nm,並朝向 3nm 與 2nm 推進;元件結構亦從平面式 MOSFET 演進為 FinFET 與 GAA(Gate-All-Around) 等三維結構。

 

在此奈米尺度下,傳統 AFM-based nano-probing 已難以滿足高解析定位與穩定電性量測需求,SEM-based Nano-probing(掃描式電子顯微鏡奈米探針技術) 成為先進製程單一元件量測與失效分析的核心工具。

 

SEM-based Nano-probing 可於 SEM 真空環境下,以 低加速電壓(Low kV)電子束 搭配奈米探針進行,已成功應用於 5nm FinFET 製程節點

  • 高解析度形貌觀察

  • 單一電晶體 I-V / C-V 量測

  • 漏電與短路定位

  • RC 延遲分析

  • EBIC / EBAC / EBIRCH 失效判讀

SEM-based Nano-probing 技術原理

SEM-based Nano-probing 是將 掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope, SEM) 與奈米級機械探針系統整合於同一真空環境中,使工程師能在高解析度成像條件下,同步進行單一電晶體電性量測與缺陷定位。

 

低加速電壓 I-V 量測 - Low kV 環境下的穩定電性呈現
圖|7nm 元件於不同加速電壓下之電性差異比較
在 SEM 環境下進行電性量測時,電子束本身可能造成樣品表面電荷累積與通道特性漂移,進而影響量測判讀。nProber IV 支援最低 100eV 的低加速電壓操作,可有效降低電子束對元件的干擾,使 I-V 曲線更接近元件原始特性。

 

 

溫控載台與環境電性分析- -40°C 至 150°C 動態條件驗證
圖|元件升降溫電性量測流程示意
先進晶片的可靠度驗證不僅止於室溫操作,溫度對漏電、接觸阻值與通道行為皆有顯著影響。SEM-based Nano-probing 整合溫控載台,可在 -40°C 至 150°C 的環境條件下進行電性量測,協助工程師評估高溫高功率與低溫極端條件下的元件穩定性。

 

 

電子束誘發失效分析技術- EBIC、EBAC 與 EBIRCH 整合判讀

在 SEM 平台上,除基本電性量測外,亦可進行電子束誘發分析。當電子束撞擊樣品時所產生的電子電洞對,可形成可量測電流訊號,進而定位閘極氧化層崩潰、接面漏電或金屬開路與短路等缺陷。透過 EBIC、EBAC 與 EBIRCH 技術交叉比對,可將不同類型失效加以區分,提升判讀準確度。

 

 

高速 750ps Pulsed I-V- 奈米元件暫態與 RC 延遲分析
圖|高速 Pulsed I-V 暫態波形比較(Reference vs Fail)
在奈米尺度下,電阻與電容效應對電晶體開關行為影響顯著。nProber IV 具備 750ps 高速脈衝 I-V 功能,可捕捉電晶體在切換瞬間的暫態波形,分析上升與下降延遲時間,並比較正常品與失效品之差異,對於 RC 延遲、閘極氧化層漏電與接觸異常診斷具有關鍵價值。

 

 

C-V 量測與通道品質驗證
圖|高速 Pulsed I-V 暫態波形比較(Reference vs Fail)
在奈米尺度下,電阻與電容效應對電晶體開關行為影響顯著。nProber IV 具備 750ps 高速脈衝 I-V 功能,可捕捉電晶體在切換瞬間的暫態波形,分析上升與下降延遲時間,並比較正常品與失效品之差異,對於 RC 延遲、閘極氧化層漏電與接觸異常診斷具有關鍵價值。

 

 

閎康科技優勢
先進製程奈米電性量測的整合型技術平台

在 5nm 以下先進製程中,單一技術已無法完整判斷失效根因。閎康科技以「跨技術整合」為核心優勢,將 SEM-based Nano-probing 納入完整失效分析流程中,而非單點式量測。

 

圖|nProber IV 第四代 SEM-based NanoProber 系統

閎康科技將 SEM-based Nano-probing 納入完整失效分析流程中,而非單一量測技術。當奈米探針定位出可疑區域後,可無縫銜接 AFM-based Nano-probing、C-AFM、OBIRCH、Thermal EMMI、FIB 精準製樣與 TEM 結構驗證,形成 Electrical FA 與 Physical FA 的整合平台。

 

在 5nm 及以下節點,單一技術已難以解決複雜失效問題。透過跨技術交叉驗證與專業判讀經驗,閎康科技能有效縮短定位時間,提高根因判定成功率,並降低重工與誤判風險。

 

nProber IV 第四代 SEM-based NanoProber 系統整合高解析 SEM 與奈米探針量測平台,可於真空環境下進行單一電晶體電性量測與精準失效定位,是先進製程奈米電性分析的核心設備。

 

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