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SEM-based Nano-probing

先进制程 5nm / 3nm / 2nm 节点之纳米电性量测与失效定位技术

在高效能运算与 AI 芯片快速发展下,半导体制程正式进入后摩尔时代。制程节点已由 7nm 进入 5nm,并朝向 3nm 与 2nm 推进;元件结构亦从平面式 MOSFET 演进为 FinFET 与 GAA 等三维结构。

 

在此纳米尺度下,传统 AFM-based nano-probing 已难以满足高解析定位与稳定电性量测需求,SEM-based Nano-probing(扫描式电子显微镜纳米探针技术) 成为先进制程单一元件量测与失效分析的核心工具。

 

SEM-based Nano-probing 可于 SEM 真空环境下,以 低加速电压电子束 搭配纳米探针进行,已成功应用于 5nm FinFET 制程节点

  • 高解析度形貌观察

  • 单一晶体管 I-V / C-V 量测

  • 漏电与短路定位

  • RC 延迟分析

  • EBIC / EBAC / EBIRCH 失效判读

SEM-based Nano-probing 技术原理

SEM-based Nano-probing 是将 扫描式电子显微镜(Scanning Electron Microscope, SEM) 与纳米级机械探针系统整合于同一真空环境中,使工程师能在高解析度成像条件下,同步进行单一晶体管电性量测与缺陷定位。

 

低加速电压 I-V 量测 - Low kV 环境下的稳定电性呈现
图|7nm 元件于不同加速电压下之电性差异比较
在 SEM 环境下进行电性量测时,电子束本身可能造成样品表面电荷累积与通道特性漂移,进而影响量测判读。nProber IV 支持最低 100eV 的低加速电压操作,可有效降低电子束对元件的干扰,使 I-V 曲线更接近元件原始特性。

 

 

温控载台与环境电性分析- -40°C 至 150°C 动态条件验证
图|元件升降温电性量测流程示意
先进芯片的可靠度验证不仅止于室温操作,温度对漏电、接触阻值与通道行为皆有显著影响。SEM-based Nano-probing 整合温控载台,可在 -40°C 至 150°C 的环境条件下进行电性量测,协助工程师评估高温高功率与低温极端条件下的元件稳定性。

 

 

电子束诱发失效分析技术- EBIC、EBAC 与 EBIRCH 整合判读

在 SEM 平台上,除基本电性量测外,亦可进行电子束诱发分析。当电子束撞击样品时所产生的电子电洞对,可形成可量测电流讯号,进而定位闸极氧化层崩溃、接面漏电或金属开路与短路等缺陷。透过 EBIC、EBAC 与 EBIRCH 技术交叉比对,可将不同类型失效加以区分,提升判读准确度。

 

 

高速 750ps Pulsed I-V- 纳米元件暂态与 RC 延迟分析
图|高速 Pulsed I-V 暂态波形比较(Reference vs Fail)
在纳米尺度下,电阻与电容效应对晶体管开关行为影响显著。nProber IV 具备 750ps 高速脉冲 I-V 功能,可捕捉晶体管在切换瞬间的暂态波形,分析上升与下降延迟时间,并比较正常品与失效品之差异,对于 RC 延迟、闸极氧化层漏电与接触异常诊断具有关键价值。

 

 

C-V 量测与通道品质验证
图|高速 Pulsed I-V 暂态波形比较(Reference vs Fail)
在纳米尺度下,电阻与电容效应对晶体管开关行为影响显著。nProber IV 具备 750ps 高速脉冲 I-V 功能,可捕捉晶体管在切换瞬间的暂态波形,分析上升与下降延迟时间,并比较正常品与失效品之差异,对于 RC 延迟、闸极氧化层漏电与接触异常诊断具有关键价值。

 

 

闳康科技优势
先进制程纳米电性量测的整合型技术平台

在 5nm 以下先进制程中,单一技术已无法完整判断失效根因。闳康科技以「跨技术整合」为核心优势,将 SEM-based Nano-probing 纳入完整失效分析流程中,而非单点式量测。

 

图|nProber IV 第四代 SEM-based NanoProber 系统

闳康科技将 SEM-based Nano-probing 纳入完整失效分析流程中,而非单一量测技术。当纳米探针定位出可疑区域后,可无缝衔接 AFM-based Nano-probing、C-AFM、OBIRCH、Thermal EMMI、FIB 精准制样与 TEM 结构验证,形成 Electrical FA 与 Physical FA 的整合平台。

 

在 5nm 及以下节点,单一技术已难以解决复杂失效问题。透过跨技术交叉验证与专业判读经验,闳康科技能有效缩短定位时间,提高根因判定成功率,并降低重工与误判风险。

 

nProber IV 第四代 SEM-based NanoProber 系统整合高解析 SEM 与纳米探针量测平台,可于真空环境下进行单一晶体管电性量测与精准失效定位,是先进制程纳米电性分析的核心设备。

 

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