在半導(dǎo)體芯片的精密檢測(cè)領(lǐng)域，微光顯微鏡與熱紅外顯微鏡如同兩把功能各異的 “利劍”，各自憑借獨(dú)特的技術(shù)原理與應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，在芯片質(zhì)量管控與失效分析中發(fā)揮著不可替代的作用。二者雖同服務(wù)于芯片檢測(cè)，但在邏輯與適用場(chǎng)景上的差異，使其成為互補(bǔ)而非替代的檢測(cè)組合。從技術(shù)原理來(lái)看，兩者的 “探測(cè)語(yǔ)言” 截然不同。

微光顯微鏡是 “光子的捕捉者”，其重心在于高靈敏度的光子傳感器，能夠捕捉芯片內(nèi)部因電性能異常釋放的微弱光信號(hào) —— 這些信號(hào)可能來(lái)自 PN 結(jié)漏電時(shí)的電子躍遷，或是柵氧擊穿瞬間的能量釋放，波長(zhǎng)多集中在可見(jiàn)光至近紅外范圍。

通過(guò)與光譜儀聯(lián)用，可分析光子的光譜信息，為判斷缺陷類(lèi)型提供更多依據(jù)，增強(qiáng)分析的全面性?？蒲杏梦⒐怙@微鏡儀器

隨著器件尺寸的逐漸變小，MOS器件的溝道長(zhǎng)度也逐漸變短。短溝道效應(yīng)也愈發(fā)嚴(yán)重。短溝道效應(yīng)會(huì)使得MOS管的漏結(jié)存在一個(gè)強(qiáng)電場(chǎng)，該電場(chǎng)會(huì)對(duì)載流子進(jìn)行加速，同時(shí)賦予載流子一個(gè)動(dòng)能，該載流子會(huì)造成中性的Si原子被極化，產(chǎn)生同樣帶有能量的電子與空穴對(duì)，這種電子與空穴被稱(chēng)為熱載流子，反映在能帶圖中就是電位更高的電子和電位更低的空穴。一部分熱載流子會(huì)在生成后立馬復(fù)合，產(chǎn)生波長(zhǎng)更短的熒光，另一部分在電場(chǎng)的作用下分離。電子進(jìn)入柵氧層，影響閾值電壓，空穴進(jìn)入襯底，產(chǎn)生襯底電流。歸因于短溝道效應(yīng)能在MOS管的漏端能看到亮點(diǎn)，同樣在反偏PN結(jié)處也能產(chǎn)生強(qiáng)場(chǎng)，也能觀察到亮點(diǎn)。顯微微光顯微鏡性?xún)r(jià)比處理 ESD 閉鎖效應(yīng)時(shí)，微光顯微鏡檢測(cè)光子可判斷其位置和程度，為研究機(jī)制、制定防護(hù)措施提供支持。

在微光顯微鏡（EMMI) 操作過(guò)程中，當(dāng)對(duì)樣品施加合適的電壓時(shí)，其失效點(diǎn)會(huì)由于載流子加速散射或電子-空穴對(duì)復(fù)合效應(yīng)而發(fā)射特定波長(zhǎng)的光子。這些光子經(jīng)過(guò)采集和圖像處理后，可以形成一張信號(hào)圖。隨后，取消施加在樣品上的電壓，在未供電的狀態(tài)下采集一張背景圖。再通過(guò)將信號(hào)圖與背景圖進(jìn)行疊加處理，就可以精確地定位發(fā)光點(diǎn)的位置，實(shí)現(xiàn)對(duì)失效點(diǎn)的精確定位。進(jìn)一步地，為了提升定位的準(zhǔn)確性，可采用多種圖像處理技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化。例如，通過(guò)濾波算法去除背景噪聲，增強(qiáng)信號(hào)圖的信噪比；利用邊緣檢測(cè)技術(shù)，突出顯示發(fā)光點(diǎn)的邊緣特征，從而提高定位精度。

相較于傳統(tǒng)微光顯微鏡，InGaAs（銦鎵砷）微光顯微鏡在檢測(cè)先進(jìn)制程組件微小尺寸組件的缺陷方面具有更高的適用性。其原因在于，較小尺寸的組件通常需要較低的操作電壓，這導(dǎo)致熱載子激發(fā)的光波長(zhǎng)增長(zhǎng)。InGaAs微光顯微鏡特別適合于檢測(cè)先進(jìn)制程產(chǎn)品中的亮點(diǎn)和熱點(diǎn)（HotSpot）定位。InGaAs微光顯微鏡與傳統(tǒng)EMMI在應(yīng)用上具有相似性，但I(xiàn)nGaAs微光顯微鏡在以下方面展現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)：

1.偵測(cè)到缺陷所需時(shí)間為傳統(tǒng)EMMI的1/5~1/10；

2.能夠偵測(cè)到微弱電流及先進(jìn)制程中的缺陷；

3.能夠偵測(cè)到較輕微的MetalBridge缺陷；

4.針對(duì)芯片背面（Back-Side）的定位分析中，紅外光對(duì)硅基板具有較高的穿透率。 我司設(shè)備面對(duì)閘極氧化層缺陷，微光顯微鏡可檢測(cè)其漏電，助力及時(shí)解決相關(guān)問(wèn)題，避免器件性能下降或失效。

半導(dǎo)體材料分為直接帶隙半導(dǎo)體和間接帶隙半導(dǎo)體，而Si是典型的直接帶隙半導(dǎo)體，其禁帶寬度為1.12eV。所以當(dāng)電子與空穴復(fù)合時(shí)，電子會(huì)彈射出一個(gè)光子，該光子的能量為1.12eV，根據(jù)波粒二象性原理，該光子的波長(zhǎng)為1100nm，屬于紅外光區(qū)。通俗的講就是當(dāng)載流子進(jìn)行復(fù)合的時(shí)候就會(huì)產(chǎn)生1100nm的紅外光。這也就是產(chǎn)生亮點(diǎn)的原因之一：載流子復(fù)合。所以正偏二極管的PN結(jié)處能看到亮點(diǎn)。如果MOS管產(chǎn)生latch-up現(xiàn)象，（體寄生三極管導(dǎo)通）也會(huì)觀察到在襯底處產(chǎn)生熒光亮點(diǎn)。晶體管和二極管短路或漏電時(shí)，微光顯微鏡依其光子信號(hào)判斷故障類(lèi)型與位置，利于排查電路故障。國(guó)內(nèi)微光顯微鏡設(shè)備

其內(nèi)置的圖像分析軟件，可測(cè)量亮點(diǎn)尺寸與亮度，為量化評(píng)估缺陷嚴(yán)重程度提供數(shù)據(jù)。科研用微光顯微鏡儀器

企業(yè)用戶(hù)何如去采購(gòu)適合自己的設(shè)備？

功能側(cè)重的差異，讓它們?cè)谛酒瑱z測(cè)中各司其職。微光顯微鏡的 “專(zhuān)長(zhǎng)” 是識(shí)別電致發(fā)光缺陷，對(duì)于邏輯芯片、存儲(chǔ)芯片等高密度集成電路中常見(jiàn)的 PN 結(jié)漏電、柵氧擊穿、互連缺陷等細(xì)微電性能問(wèn)題，它能提供的位置信息，是芯片失效分析中定位 “電故障” 的工具。

例如，在 7nm 以下先進(jìn)制程芯片的檢測(cè)中，其高靈敏度可捕捉到單個(gè)晶體管異常產(chǎn)生的微弱信號(hào)，為工藝優(yōu)化提供關(guān)鍵依據(jù)。

熱紅外顯微鏡則更關(guān)注 “熱失控” 風(fēng)險(xiǎn)，在功率半導(dǎo)體、IGBT 等大功率器件的檢測(cè)中表現(xiàn)突出。這類(lèi)芯片工作時(shí)功耗較高，散熱性能直接影響可靠性，短路、散熱通道堵塞等問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致局部溫度驟升，熱紅外顯微鏡能快速生成熱分布圖譜，直觀呈現(xiàn)熱點(diǎn)位置與溫度梯度，幫助工程師判斷散熱設(shè)計(jì)缺陷或電路短路點(diǎn)。在汽車(chē)電子等對(duì)安全性要求極高的領(lǐng)域，這種對(duì)熱異常的敏銳捕捉，是預(yù)防芯片失效引發(fā)安全事故的重要保障。

科研用微光顯微鏡儀器

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