一. 案例分享
在本案例中，利用EMMI定位技术，确定了芯片上漏电的位置位于一个LDMOS处。图1（a）所示为机台CCD采集到的光子发射位置信息。图1（b）由红外显微镜所拍摄的照片。图1（c）和（d）分别为样品1和样品2被定位到的失效位置与光学照片叠加得到的热点结果。
图1（a） 机台CCD采集到的失效点位置信息（b） 失效位置处红外显微镜所拍摄的照片（c）和（d） 样品1和样品2的热点定位结果
在本案例中，为了保留芯片原有器件结构，将样品2在热点定位的位置处进行TEM制样，切割方案如图2（a）所示。制样时使用双束聚焦离子束机台沿着热点位置推进，制成100nm左右的薄片，如图2（b）。图2（c）是整个栅氧区域高分辨透射电子显微镜图像，图像呈现明显的击穿痕迹，此处损伤范围大约300nm。图2（d）是击穿点处的高分辨率TEM图像，可以明显观察到该处氧化层已经被破坏，并且衬底上也呈现出大面积的损伤。对比图2（e）所示的完好区域，失效区域的“多晶硅-氧化层-硅衬底”结构已经被破坏。
图2（a） FIB制样示意图 （b） LDMOS截面STEM图像 （c） 栅氧区域高分辨透射电子显微镜图像 （d） 击穿点处高分辨透射电子显微镜图像 （e） 正常区域高分辨透射电子显微镜图像
为了进一步研究击穿处元素的变化，使用线扫描模式对长度为0.6mm的氧化层区域和衬底区域进行分析。结果表明，在击穿点处的氧化层中，氧元素的含量明显下降，硅元素的含量明显上升，如图3（a）所示。在靠近击穿处的衬底中，氧元素的含量明显上升，硅元素的含量明显减少，如图3（b）所示。此外，在失效区域内没有检测到金属成分。因此，在栅氧层击穿区域，氧元素由氧化层向衬底方向迁移，这种迁移在氧化层中形成了氧空位。
图3（a） 氧化层中能谱线扫描结果 （b） 衬底中能谱线扫描结果
二.TCAD仿真
失效分析至此只是找到了失效点并且看到了栅氧层处有击穿，并没有对这样的击穿做进一步的分析。本案例采用TCAD仿真了LDMOS击穿时的电势分布。如图4（a）所示，漏极电压为25V时，该LDMOS击穿。电势由栅氧层向衬底方向升高。因此，氧离子在电场作用下向衬底方向迁移。图4（b）所示为氧元素迁移过程示意图，大量的氧离子在电场作用下，由氧化层向衬底方向迁移，并在氧化层中形成了氧空位。该LDMOS的击穿是由氧空位机制导致。
因此可以推断这样的击穿是电压型的，即Voltage induced EOS.
其实我们还可以通过TCAD 仿真来检查击穿时的 电场分布。以下分享一个LDMOS击穿时的电场分布，该案例来自Silvaco TCAD的示例，如图5所示。可以看到图中电场较强的位置与上文案例中的击穿位置相符。
