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PEM-CCD

EMMI(Emission Microscopy)

PEM-CCD(Photon Emission Microscopy with CCD detector),亦称为 EMMI(Emission Microscopy),是一种广泛应用于非破坏性亮点定位技术,其原理为在 IC 通电操作下,侦测因电子–电洞复合热载子效应所释放出的微弱光子,藉此定位芯片内部的异常或失效位置,协助工程师判断是否需进一步采用 InGaAs-PEM、电性量测或破坏性分析手段,提升整体 FA 流程的效率与成功率。

 

PEM-CCD 采用冷却式电荷耦合元件(Cooled CCD, C-CCD)作为光子侦测器,可侦测的波长范围约为 400 nm 至 1100 nm,涵盖可见光与部分近红外光区域,因此长期以来一直是 IC 故障点初步定位的标准工具。

PEM-CCD分析应用
由光子发射行为回推电性与结构缺陷
图 |PEM-CCD(EMMI)光子发射侦测原理与亮点定位范例

PEM-CCD(EMMI)结合成熟的光子发射分析技术与闳康科技的失效分析经验,为 IC 故障定位提供稳定、可靠且高效率的解决方案。当半导体元件发生异常时,可能因以下机制产生光子发射现象:

  • 电子–电洞复合(Electron-Hole Recombination)

  • 热载子效应(Hot Carrier Emission)

 

这些光子会集中于异常或失效区域,形成可被 PEM-CCD 侦测到的亮点(Hot Spot),透过亮点的位置、分布与强度分析,可协助工程师快速缩小失效范围,作为后续电路分析、电性验证与物性分析的重要依据。

 

上图为 EMMI 光子发射分析示意图。当 IC 在异常操作或失效状态下,电子–电洞复合或热载子效应会释放光子,经 CCD 侦测器收集并成像。


下图为实际分析结果范例,亮点位置对应芯片内部的漏电、短路或异常导通区域,可作为后续电路分析与物性分析之定位依据。

 

PEM-CCD 可有效定位的缺陷类型

在实务应用上,PEM-CCD 特别适用于会产生明显光子发射的失效情境,透过亮点定位,可有效提升失效分析效率并降低不必要的破坏性分析风险。

  • P-N 接面漏电或崩溃

  • 因开路或短路导致误动作的晶体管

  • 闩锁效应(Latch-up)

  • 闸极氧化层漏电或崩溃

  • 多晶硅残留造成的异常导通

  • 硅基板损伤

  • 过电流造成的局部烧毁元件

 

正常操作下的发光现象(需判断之假缺陷)

需特别注意的是,并非所有 EMMI 亮点皆代表实际失效。部分正常操作条件下亦可能产生光子,例如:浮接(Floating)状态的闸极、操作于饱和区的 BJT 或 MOSFET、顺向偏压的二极体。因此,PEM-CCD 的分析结果通常需搭配电性量测与电路行为一併判读,以避免误判。

 

PEM-CCD 的技术限制

由于 PEM-CCD 属于光子发射分析技术,在以下情况下侦测能力可能受限,在此类案例中,通常需搭配 PEM-InGaAs、OBIRCH、LVP 或其他进阶 FA 技术 进行交叉分析。

  • 发光位置被上层金属或介电层遮蔽

  • 深层或埋入式接面缺陷

  • 大面积金属线下方的漏电位置

  • 电阻性短路或桥接

  • 表面或硅内部导通路径

  • 漏电电流极小(低于约 0.1 µA)

闳康科技的 PEM-CCD 服务优势
结合量测经验、跨技术整合与完整 FA 能力
图|PEM-CCD(EMMI)光子发射分析系统(HAMAMATSU PHEMOS-1000)
闳康科技具备稳定成熟的 PEM-CCD 光子发射分析系统。采用冷却式 CCD 侦测器,可量测可见光至近红外光波段之光子发射讯号,适用于传统制程与中高电压 IC 的非破坏性亮点定位分析。

 

  • 深厚的失效分析经验:长期服务先进制程、车用、工业与高可靠度 IC,能快速判断亮点属性,避免误判假缺陷。

  • 完整的 FA 技术整合能力PEM-CCD 可与 InGaAs-PEM、电性量测、FIB 修补、结构与材料分析无缝衔接,提升分析成功率。

  • 专业的测试规划与条件设定依元件特性调整偏压、积分时间与量测策略,使微弱亮点亦能稳定呈现。

  • 一站式失效分析服务(One-Stop Service)从初步定位、深入分析到根因判定,由同一团队整合执行,缩短专案时程。

 
 
 
 
 

 

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本次 MAFT 研讨会以「创新器件 & 封装」为核心主题,邀请专家学者们,聚焦超晶格铁电存储器、硅光子、6G高频EMI封装与量子计算等前瞻议题,带领与会者深入掌握下一世代半导体技术发展脉络。
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