PEM-CCD

PEM-CCD(Photon Emission Microscopy with CCD detector),亦稱為 EMMI(Emission Microscopy),是一種廣泛應用於非破壞性亮點定位技術,其原理為在 IC 通電操作下,偵測因電子–電洞複合熱載子效應所釋放出的微弱光子,藉此定位晶片內部的異常或失效位置,協助工程師判斷是否需進一步採用 InGaAs-PEM、電性量測或破壞性分析手段,提升整體 FA 流程的效率與成功率。

 

PEM-CCD 採用冷卻式電荷耦合元件(Cooled CCD, C-CCD)作為光子偵測器,可偵測的波長範圍約為 400 nm 至 1100 nm,涵蓋可見光與部分近紅外光區域,因此長期以來一直是 IC 故障點初步定位的標準工具。

PEM-CCD分析應用
由光子發射行為回推電性與結構缺陷
圖 |PEM-CCD(EMMI)光子發射偵測原理與亮點定位範例

PEM-CCD(EMMI)結合成熟的光子發射分析技術與閎康科技的失效分析經驗,為 IC 故障定位提供穩定、可靠且高效率的解決方案。當半導體元件發生異常時,可能因以下機制產生光子發射現象:

  • 電子–電洞複合(Electron-Hole Recombination)

  • 熱載子效應(Hot Carrier Emission)

 

這些光子會集中於異常或失效區域,形成可被 PEM-CCD 偵測到的亮點(Hot Spot),透過亮點的位置、分布與強度分析,可協助工程師快速縮小失效範圍,作為後續電路分析、電性驗證與物性分析的重要依據。

 

上圖為 EMMI 光子發射分析示意圖。當 IC 在異常操作或失效狀態下,電子–電洞複合或熱載子效應會釋放光子,經 CCD 偵測器收集並成像。


下圖為實際分析結果範例,亮點位置對應晶片內部的漏電、短路或異常導通區域,可作為後續電路分析與物性分析之定位依據。

 

PEM-CCD 可有效定位的缺陷類型

在實務應用上,PEM-CCD 特別適用於會產生明顯光子發射的失效情境,透過亮點定位,可有效提升失效分析效率並降低不必要的破壞性分析風險。

  • P-N 接面漏電或崩潰

  • 因開路或短路導致誤動作的電晶體

  • 閂鎖效應(Latch-up)

  • 閘極氧化層漏電或崩潰

  • 多晶矽殘留造成的異常導通

  • 矽基板損傷

  • 過電流造成的局部燒毀元件

 

正常操作下的發光現象(需判斷之假缺陷)

需特別注意的是,並非所有 EMMI 亮點皆代表實際失效。部分正常操作條件下亦可能產生光子,例如:浮接(Floating)狀態的閘極、操作於飽和區的 BJT 或 MOSFET、順向偏壓的二極體。因此,PEM-CCD 的分析結果通常需搭配電性量測與電路行為一併判讀,以避免誤判。

 

PEM-CCD 的技術限制

由於 PEM-CCD 屬於光子發射分析技術,在以下情況下偵測能力可能受限,在此類案例中,通常需搭配 PEM-InGaAs、OBIRCH、LVP 或其他進階 FA 技術 進行交叉分析。

  • 發光位置被上層金屬或介電層遮蔽

  • 深層或埋入式接面缺陷

  • 大面積金屬線下方的漏電位置

  • 電阻性短路或橋接

  • 表面或矽內部導通路徑

  • 漏電電流極小(低於約 0.1 µA)

閎康科技的 PEM-CCD 服務優勢
結合量測經驗、跨技術整合與完整 FA 能力
圖|PEM-CCD(EMMI)光子發射分析系統(HAMAMATSU PHEMOS-1000)
閎康科技具備穩定成熟的 PEM-CCD 光子發射分析系統。採用冷卻式 CCD 偵測器,可量測可見光至近紅外光波段之光子發射訊號,適用於傳統製程與中高電壓 IC 的非破壞性亮點定位分析。

 

  • 深厚的失效分析經驗:長期服務先進製程、車用、工業與高可靠度 IC,能快速判斷亮點屬性,避免誤判假缺陷。

  • 完整的 FA 技術整合能力PEM-CCD 可與 InGaAs-PEM、電性量測、FIB 修補、結構與材料分析無縫銜接,提升分析成功率。

  • 專業的測試規劃與條件設定依元件特性調整偏壓、積分時間與量測策略,使微弱亮點亦能穩定呈現。

  • 一站式失效分析服務(One-Stop Service)從初步定位、深入分析到根因判定,由同一團隊整合執行,縮短專案時程。

 
 
 
 
 

 

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