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I‑V曲线异常却找不到漏电点?纳米级漏电定位看这招!
来源: 时间:2026-10-15 14:50:33 浏览:444次

半导体器件失效分析里,常遇到这样的情况:封装后的I-V曲线轻微漂移,或者某个区域的漏电流比设计值高一两个数量级,但光学显微镜下什么都看不到。实际漏电通路往往在纳米尺度:栅氧缺陷、晶界、金属残留或肖特基接触不均匀。导电原子力显微镜(C-AFM)把宏观电学异常和纳米级形貌一一对应起来,是定位这类问题的有效工具。


测试狗科研服务搭配外接苏黎世HF2LI锁相放大器,配合锁相检测的C‑AFM,可以采集高信噪比交流电流成像图,实现漏电位置可视化;如需逐像素记录完整电流‑电压曲线,可采用Fast Force Mapping模式获取逐像素I‑V数据。


Asylum Cypher原子力显微镜,高度噪声<15 pm,支持多种扫描模式

失效分析的起点:宏观电学异常的表现

需要先判断异常的性质:


栅氧漏电:栅压很低时已有明显漏电流,说明氧化层存在针孔或陷阱辅助隧穿。

PN结反向漏电:反向I-V曲线软化,可能是结区缺陷或边缘电场集中。

互连层漏电:相邻金属线之间绝缘层击穿,常由工艺残留或孔隙引起。


宏观测试给出哪颗芯片或哪个区域异常,但给不出哪个纳米点。

漏电定位的技术路线:C-AFM电流成像

C-AFM的核心是把导电探针作为移动纳米电极,在扫描同时记录形貌和电流。锁相检测在这里的角色是:在施加直流偏压的同时叠加一个小幅AC调制,用锁相放大器测交流电流响应,从而抑制噪声、提高电流灵敏度。


测量范围:从pA级弱电流到µA级器件电流,需要选择合适量程的前置放大器。

偏压选择:从0.1 V开始逐步增加,避免大偏压下发生局部击穿或氧化。

接触力控制:硬样品可用接触模式,脆性样品建议用Fast Force Mapping模式,减少侧向力。

自搭建DFM技术优势:适用于FET、碳纳米管等半导体/混合导体的介电力与电学表征


关键技术难点:接触电阻、探针与表面状态

C-AFM的结果高度依赖接触电阻。探针尖端的金属镀层、样品表面的氧化层或吸附水膜都会引入串扰。


探针选型:Pt/Ir镀层探针适合一般半导体;对于低接触电阻需求,可用Co/Cr或金刚石导电探针。

表面清洁:硅片等样品在空气中会形成氧化层和有机吸附层,测试前可用UV/O₃或氩等离子体轻度处理。

接触电阻补偿:在绝缘参考区(如 SiO₂)测背景电流,作为扣除基准。


Cypher的低噪声电子系统和小光斑激光器能把机械漂移和热漂移压到很低,这对长时间电流成像很重要。

数据判读:真实漏电通路与噪声/假象

电流图中的亮斑不一定都是漏电点。常见假象包括:


形貌耦合:样品凸起处探针接触力变大,电流可能被动增大,需要和形貌图对照剔除。

接触电阻不均匀:不同晶粒取向的表面氧化层厚度不同,会导致同一材料显示不同电流。

水汽导电:高湿度下表面吸附水膜形成并联导电通路,需要在低湿或惰性气氛中测试。


真实漏电点的判据:在形貌平坦处出现电流尖峰,且该尖峰在不同偏压极性下信号幅值随直流偏压增大同步上升、在重复扫描中稳定存在。

与其他手段的互补流程

C-AFM给出纳米级电流分布后,通常还需要其他手段确认失效机理:


FIB-SEM:切出漏电点截面,看是否存在金属残留、氧化层针孔或晶界贯穿。

EDX/EDS:确认漏电点元素组成,判断是否由污染或残留物导致。

TEM:对特别关键的点做高分辨截面,看原子级结构缺陷。

原位光电测量系统:可与C-AFM联用,进一步定位器件界面能带与电致发光

测试狗的设备方案

主机:Asylum Cypher

(高度噪声<1 pm,低噪声电子系统);

锁相检测:Zurich Instruments HF2LI;

电学模块:C-AFM/Fast Current Mapping/sMIM;

环境模块:Cypher ES惰性气氛/低湿控制。

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半导体漏电定位需求建议先提供I-V异常曲线和目标结构信息。

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全部 3小时前 四川
文字是人类用符号记录表达信息以传之久远的方式和工具。现代文字大多是记录语言的工具。人类往往先有口头的语言后产生书面文字,很多小语种,有语言但没有文字。文字的不同体现了国家和民族的书面表达的方式和思维不同。文字使人类进入有历史记录的文明社会。
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