電性故障分析

導電原子力顯微鏡 (C-AFM) & 靜電力顯微鏡(EFM)

 

  C-AFM

導電原子力顯微鏡(C-AFM),以原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope,AFM)為架構,並根據其探針與表面的作用方式,進而增加的功能選項之一。

AFM工作機制是利用探針針尖原子與表面原子之間的作用力大小導致探針懸臂偏折,藉由偵測懸臂偏折的大小而獲得表面形貌圖,因探針掃描時非常靠近表面,且原子間的作用力相當敏感,可以輕易的得到表面高度差,所以AFM具有相當高的空間解析度(~ few nanometers),在特殊情形下,甚至可以達到原子級的空間解析度。不同於掃描穿隧顯微鏡(Scanning Tunneling Microscopy)只能適用於導電性較好的試片,原子力顯微鏡可以觀測所有類型試片(包含非導體)。

原子力顯微鏡是由 IBM 公司蘇黎世研究中心的Gerd Binnig與史丹福大學的Calvin Quate於一九八五年所發明,其目的是為了使非導體也可以採用掃描探針顯微鏡(SPM)進行觀測,兩種掃描探針顯微鏡最大的差別在於所偵測樣品的表面特性物理量不同,掃描穿隧顯微鏡是偵測穿隧電流(tunneling current),而原子力顯微鏡則是偵測原子之間的凡得瓦爾力(van der Waals' force)。

C-AFM是使用探針接觸模式在掃描試片,同時在針尖或試片上施予電壓,因此我們可以在得到表面形貌圖的同時也可獲得各接觸點的電流強度狀況,進而可以比對且找出電性異常的位置。

Schematic figure showing the setup of a C-AFM

 


   EFM
同時本機台另一附加功能,靜電力顯微鏡(Electrostatic Force Microscope,EFM),通過探針與樣品間的靜電力,進行樣品表面的電學性質成像。當懸臂在樣品表面上方振盪並未發生接觸時,靜電力顯微鏡(EFM)會在針尖與樣品之間施加一電壓,當懸臂掃描至靜電場時即會發生懸臂偏折,藉由偵測懸臂偏折的大小而獲得樣品表面電勢及電荷分佈。
EFM操作原理

 



Bruker INNOVA



  • 應用於接觸窗(Contact/via)阻值偏高或漏電、接面漏電及閘極氧化層漏電等問題的故障定位。
  • 可區別出接觸窗的類別 (P+/N+/Poly contact)
  • 藉由量測比較電壓-電流曲線,診斷出故障發生的機制
  • 可針對特定點進行電壓-電流曲線量測
  • 樣品表面電勢及電荷分佈分析
圖-1 C-AFM 可同時得到表面形貌圖與電流強度訊號 (a) Topography , (b) Current with +1V bias , (c)Current with -1V bias
圖-2 C-AFM針對(A, B, C, D)四點所量測出來的電壓-電流曲線
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