CN116930594B - 半导体器件原位微区电流分布检测方法及系统 - Google Patents
半导体器件原位微区电流分布检测方法及系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116930594B CN116930594B CN202311178015.2A CN202311178015A CN116930594B CN 116930594 B CN116930594 B CN 116930594B CN 202311178015 A CN202311178015 A CN 202311178015A CN 116930594 B CN116930594 B CN 116930594B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- semiconductor device
- magnetic field
- front surface
- detection sample
- situ micro
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 252
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 title claims abstract description 97
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 43
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 162
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 18
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims abstract description 15
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 9
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 172
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 32
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 claims description 31
- 239000013598 vector Substances 0.000 claims description 29
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 9
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 6
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 claims description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 5
- 238000000992 sputter etching Methods 0.000 claims description 4
- 238000007517 polishing process Methods 0.000 claims description 3
- 239000000969 carrier Substances 0.000 abstract description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 4
- INQLNSVYIFCUML-QZTLEVGFSA-N [[(2r,3s,4r,5r)-5-(6-aminopurin-9-yl)-3,4-dihydroxyoxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl] [(2r,3s,4r,5r)-5-(4-carbamoyl-1,3-thiazol-2-yl)-3,4-dihydroxyoxolan-2-yl]methyl hydrogen phosphate Chemical compound NC(=O)C1=CSC([C@H]2[C@@H]([C@H](O)[C@@H](COP(O)(=O)OP(O)(=O)OC[C@@H]3[C@H]([C@@H](O)[C@@H](O3)N3C4=NC=NC(N)=C4N=C3)O)O2)O)=N1 INQLNSVYIFCUML-QZTLEVGFSA-N 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000004471 energy level splitting Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 description 2
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/30—Circuit design
- G06F30/38—Circuit design at the mixed level of analogue and digital signals
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Geometry (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
Abstract
本发明提供一种半导体器件原位微区电流分布检测方法及系统，属于半导体器件检测领域，该方法包括：搭建NV色心检测平台；对半导体器件检测样品施加电流，使其导通；利用NV色心检测平台检测半导体器件检测样品正面的磁场强度；利用傅里叶变换、毕奥‑萨伐尔定律、电流密度连续性方程和半导体器件检测样品正面的磁场强度计算半导体器件检测样品正面的原位微区电流密度，以确定半导体器件原位微区电流分布。通过本发明提供的方法，能够探测半导体器件的磁场信号，从而反演获得半导体器件内部微区电流信息，实现半导体器件原位微区电流分布检测，获得半导体器件中载流子实际的输运过程，指导半导体器件设计。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件检测技术领域，具体地，涉及一种半导体器件原位微区电流分布检测方法及一种半导体器件原位微区电流分布检测系统。
背景技术
半导体器件是导电性介于良导电体与绝缘体之间，利用半导体材料特殊电特性来完成特定功能的电子器件，可用来产生、控制、接收、变换、放大信号和进行能量转换。半导体器件的功能通过载流子长时间在器件内部的输运形成，载流子输运在器件内部形成电流分布，因此器件中电流分布直接影响半导体器件的性能与可靠性，是设计半导体器件的重要参数。
现有技术中，由于半导体器件的尺寸通常为纳米至微米级，尺寸微小，器件内部结构复杂，难以通过宏观测量手段进行电流分布的表征，目前通常的手段是采用TCAD仿真的方法，基于半导体物理和载流子输运理论进行微区电流分布的仿真。但是TCAD仿真技术仅能获得半导体器件的理论电流分布，不能给出半导体器件工作状态下的原位微区电流分布。仿真结果往往与实际检测结果具有一定差距，不能反应真实的半导体器件内的电流分布。
发明内容
针对现有技术中TCAD仿真技术仅能获得半导体器件的理论电流分布，不能给出半导体器件工作状态下的原位微区电流分布，无法反应真实的半导体器件内电流分布的技术问题，本发明提供了一种半导体器件原位微区电流分布检测方法及一种半导体器件原位微区电流分布检测系统，采用该方法能够通过NV色心技术磁场下的能级劈裂特性探测磁场信号，从而反演获得半导体器件内部微区电流信息，能够实现纳米及微米级半导体器件原位微区电流分布检测，获得器件中载流子实际的输运过程，指导半导体器件设计。
为实现上述目的，本发明第一方面提供一种半导体器件原位微区电流分布检测方法，包括：搭建NV色心检测平台；对所述半导体器件检测样品施加电流，使得所述半导体器件检测样品导通；利用所述NV色心检测平台检测所述半导体器件检测样品正面的磁场强度；利用傅里叶变换、毕奥-萨伐尔定律、电流密度连续性方程和所述半导体器件检测样品正面的磁场强度计算所述半导体器件检测样品正面的原位微区电流密度，以确定半导体器件原位微区电流分布。
进一步地，在搭建NV色心检测平台之前，所述方法还包括：对半导体器件进行预处理，得到所述半导体器件检测样品。
进一步地，所述对半导体器件进行预处理，得到半导体器件检测样品，包括：去除所述半导体器件正面的部分封装金属层，仅保留源极、栅极和漏极对应的封装金属层，得到所述半导体器件检测样品。
进一步地，所述去除所述半导体器件正面的部分封装金属层，包括：采用化学机械研磨工艺或离子刻蚀工艺去除所述半导体器件正面的部分封装金属层。
进一步地，所述方法还包括：在去除所述半导体器件正面的部分封装金属层的同时，去除所述半导体器件正面的封装填充层。
进一步地，所述对半导体器件进行预处理，包括：对所述半导体器件的背面进行减薄处理。
进一步地，所述搭建NV色心检测平台，包括：将NV色心装置的NV色心探针设置于所述半导体器件检测样品的正面，将所述NV色心装置的微波发射装置设置于所述半导体器件检测样品的背面，搭建形成NV色心检测平台；其中，所述半导体器件检测样品的背面与所述半导体器件检测样品的正面相对设置。
进一步地，所述利用所述NV色心检测平台检测所述半导体器件检测样品正面的磁场强度，包括：利用所述微波发射装置对所述半导体器件检测样品施加微波，并利用所述NV色心探针探测所述半导体器件检测样品正面的磁场强度。
进一步地，所述微波发射装置施加的微波的频率介于2GHz-4GHz。
进一步地，所述利用傅里叶变换、毕奥-萨伐尔定律、电流密度连续性方程和所述半导体器件检测样品正面的磁场强度计算所述半导体器件检测样品正面的原位微区电流密度，包括：利用毕奥-萨伐尔定律将所述半导体器件检测样品正面的磁场强度转换为物理磁场公式；通过傅里叶变换对所述物理磁场公式进行处理，得到NV色心轴向磁场强度公式；将所述NV色心轴向磁场强度公式与电流密度连续性方程联立，得到联立方程，对所述联立方程求解得到所述半导体器件检测样品正面的原位微区电流密度。
进一步地，通过以下方式将所述半导体器件检测样品正面的磁场强度转换为所述物理磁场公式：
；
其中，为磁场强度；I为电流；μ0为电磁常数；r为原位置；/>为待检测位置与探头之间的矢量位移；/>为微小线元素；L为积分路径。
进一步地，通过以下方式得到所述NV色心轴向磁场强度公式：
；
其中，为NV色心轴向磁场强度；ex、ey和ez分别为x、y和z轴的单位向量；i为虚数单位；k为空间向量常数；kx为k空间中x方向的矢量；ky为k空间中y方向的矢量；g为格林常数；Jx为半导体器件检测样品正面x方向的原位微区电流密度；Jy为半导体器件检测样品正面y方向的原位微区电流密度。
进一步地，通过以下方式得到所述半导体器件检测样品正面的原位微区电流密度：将所述NV色心轴向磁场强度公式与电流密度连续性方程联立，得到所述联立方程：
；
利用反向傅里叶公式对所述联立方程求解得到所述半导体器件检测样品正面的原位微区电流密度：
；
；
其中，w为视窗函数，在时/>，；/>；z为磁场强度探测点与电流所在的平面之间的距离。
本发明第二方面提供一种半导体器件原位微区电流分布检测系统，其特征在于，包括：电源模块，用于对半导体器件检测样品施加电流，使得所述半导体器件检测样品导通；NV色心检测平台，用于检测所述半导体器件检测样品正面的磁场强度；处理模块，用于利用傅里叶变换、毕奥-萨伐尔定律、电流密度连续性方程和所述半导体器件检测样品正面的磁场强度计算所述半导体器件检测样品正面的原位微区电流密度，以确定半导体器件原位微区电流分布。
进一步地，所述利用傅里叶变换、毕奥-萨伐尔定律、电流密度连续性方程和所述半导体器件检测样品正面的磁场强度计算所述半导体器件检测样品正面的原位微区电流密度，包括：利用毕奥-萨伐尔定律将所述半导体器件检测样品正面的磁场强度转换为物理磁场公式；通过傅里叶变换对所述物理磁场公式进行处理，得到NV色心轴向磁场强度公式；将所述NV色心轴向磁场强度公式与电流密度连续性方程联立，得到联立方程，对所述联立方程求解得到所述半导体器件检测样品正面的原位微区电流密度。
进一步地，通过以下方式将所述半导体器件检测样品正面的磁场强度转换为所述物理磁场公式：
；
其中，为磁场强度；I为电流；μ0为电磁常数；r为原位置；/>为待检测位置与探头之间的矢量位移；/>为微小线元素；L为积分路径。
进一步地，通过以下方式得到所述NV色心轴向磁场强度公式：
；
其中，为NV色心轴向磁场强度；ex、ey和ez分别为x、y和z轴的单位向量；i为虚数单位；k为空间向量常数；kx为k空间中x方向的矢量；ky为k空间中y方向的矢量；g为格林常数；Jx为所述半导体器件检测样品正面x方向的原位微区电流密度；Jy为所述半导体器件检测样品正面y方向的原位微区电流密度。
进一步地，通过以下方式得到所述半导体器件检测样品正面的原位微区电流密度：将所述NV色心轴向磁场强度公式与电流密度连续性方程联立，得到所述联立方程：
；
利用反向傅里叶公式对所述联立方程求解得到所述半导体器件检测样品正面的原位微区电流密度：
；
；
其中，w为视窗函数，在时/>，；/>；z为磁场强度探测点与电流所在的平面之间的距离。
通过本发明提供的技术方案，本发明至少具有如下技术效果：
本发明的半导体器件原位微区电流分布检测方法，先对半导体器件进行预处理，得到半导体器件检测样品，然后对半导体器件检测样品施加电流，使得半导体器件检测样品导通，利用NV色心装置检测半导体器件检测样品正面的磁场强度，然后再傅里叶变换、毕奥-萨伐尔定律、电流密度连续性方程和检测到的半导体器件检测样品正面的磁场强度计算半导体器件检测样品正面的原位微区电流密度，以确定半导体器件正面的原位微区电流分布。通过本发明提供的半导体器件原位微区电流分布检测方法，能够利用NV色心技术在磁场下能级劈裂的特性探测半导体器件的磁场信号，从而反演获得半导体器件内部微区电流信息，实现纳米及微米级半导体器件原位微区电流分布检测，获得半导体器件中载流子实际的输运过程，指导半导体器件设计。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：
图1为本发明实施例提供的半导体器件原位微区电流分布检测方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的半导体器件原位微区电流分布检测方法中未去除封装金属层的半导体器件检测样品的示意图；
图3为本发明实施例提供的半导体器件原位微区电流分布检测方法中利用NV色心装置检测半导体器件检测样品正面的磁场强度的示意图；
图4为本发明实施例提供的半导体器件原位微区电流分布检测系统的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的或者是针对竖直、垂直或重力方向上而言的各部件相互位置关系描述用词。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
请参考图1-图3，本发明实施例提供一种半导体器件原位微区电流分布检测方法，包括：步骤S101：搭建NV色心检测平台；步骤S102：对所述半导体器件检测样品施加电流，使得所述半导体器件检测样品导通；步骤S103：利用所述NV色心检测平台检测所述半导体器件检测样品正面的磁场强度；步骤S104：利用傅里叶变换、毕奥-萨伐尔定律、电流密度连续性方程和所述半导体器件检测样品正面的磁场强度计算所述半导体器件检测样品正面的原位微区电流密度，以确定所述半导体器件正面的原位微区电流分布。
具体地，本发明实施方式中，半导体器件是通过掺杂、光刻等工艺制备的复杂的器件结构，比如CMOS、LDMOS、BJT等，尺寸为微米至纳米量级，载流子在复杂结构中的输运导致的电流的开关可以支撑器件的工作。因此，研究具有特殊结构微小器件中的原位微区电流分布，对于设计半导体器件的性能具有重要意义。然而，半导体器件尺寸微小、结构复杂，只有采用更加灵敏的测试手段才能获得器件内原位微区电流分布，本发明基于正面微区磁场探测的NV色心技术，搭建能够测试半导体器件微区磁场的NV色心平台，通过去层和减薄手段制备半导体器件检测样品，向器件施加电流信号，测量器件正面磁场信号分布，再反演获得半导体器件检测样品正面的原位微区电流密度，从而确定半导体器件正面的原位微区电流分布。
根据本发明提供的半导体器件原位微区电流分布检测方法，能够通过NV色心技术在磁场下能级劈裂的特性探测磁场信号，从而反演获得半导体器件内部微区电流信息，实现纳米及微米级半导体器件原位微区电流分布检测，获得器件中载流子实际的输运过程，指导半导体器件设计。
具体详细方案如下：
首先执行步骤S101：搭建NV色心检测平台。
进一步地，在搭建NV色心检测平台之前，所述方法还包括：对半导体器件进行预处理，得到所述半导体器件检测样品。
进一步地，所述对半导体器件进行预处理，得到半导体器件检测样品，包括：去除所述半导体器件正面的部分封装金属层，仅保留源极、栅极和漏极对应的封装金属层，得到所述半导体器件检测样品。
进一步地，所述去除所述半导体器件正面的部分封装金属层，包括：采用化学机械研磨工艺或离子刻蚀工艺去除所述半导体器件正面的部分封装金属层。
具体地，本发明实施方式中，半导体器件是芯片中的基本单元，为了使大量器件协同工作，需采用复杂的封装金属层相互连接。图2示出一种常规MOS器件，包括栅极、源极和漏极（两个N+注入区），Vg为栅极电压，Vd为漏极电压，在半导体器件正面通常具有1-10层不等的封装金属层，以实现大量半导体器件间的互连，这些封装金属层的厚度通常介于1-10um。而NV色心探针与被测样品间距离越远，探测精度越低。因此本发明实施例中，采用化学机械研磨或离子刻蚀等工艺将器件正面多余的封装金属层去掉，将器件样品露出，仅保留源极、栅极和漏极对应的封装金属层，以便对半导体器件施加电流。从而NV色心探针能够短距离的接近半导体器件检测样品，提高磁场强度检测精度。
根据本发明提供的半导体器件原位微区电流分布检测方法，能够减薄半导体器件，提高磁场强度的检测精度，有助于半导体器件正面的原位微区电流分布的确定。
进一步地，所述方法还包括：在去除所述半导体器件正面的部分封装金属层的同时，去除所述半导体器件正面的封装填充层。
具体地，本发明实施方式中，为了防止芯片在制造过程中由于曝光过渡或不足而导致的蚀刻失败，避免光刻过程中光的反射与衍射而影响到关键元器件物理图形的精度或者避免噪声对关键信号的影响，在相邻封装金属层之间可能会填充dummy层（即封装填充层），因此在去除封装金属层的同时，去除半导体器件正面的封装填充层。
根据本发明提供的半导体器件原位微区电流分布检测方法，能够减薄半导体器件，提高磁场强度的检测精度，有助于半导体器件正面的原位微区电流分布的确定。
进一步地，所述对半导体器件进行预处理，包括：对所述半导体器件的背面进行减薄处理。
具体地，本发明实施方式中，微波发射装置与NV色心探针间的距离和信号衰减成正比，因此通常需要保证两者间距离小于500um。而标准晶圆厚度介于700-800um，因此本发明实施例中，在对半导体器件检测样品正面的磁场强度进行检测之前，对半导体器件的背面进行减薄处理，减薄方式包括但不限于：化学机械研磨、化学刻蚀或等离子刻蚀。
根据本发明提供的半导体器件原位微区电流分布检测方法，能够通过对器件样品背面的减薄处理将样品厚度降低至100-500um，以实现微波探测的可能性。
进一步地，所述搭建NV色心检测平台，包括：将NV色心装置的NV色心探针设置于所述半导体器件检测样品的正面，将所述NV色心装置的微波发射装置设置于所述半导体器件检测样品的背面，搭建形成NV色心检测平台；其中，所述半导体器件检测样品的背面与所述半导体器件检测样品的正面相对设置。
进一步地，所述利用所述NV色心检测平台检测所述半导体器件检测样品正面的磁场强度，包括：利用所述微波发射装置对所述半导体器件检测样品施加微波，并利用所述NV色心探针探测所述半导体器件检测样品正面的磁场强度。
进一步地，所述微波发射装置施加的微波的频率介于2GHz-4GHz。
具体地，本发明实施方式中，NV色心技术中在纳米探针上制备单个NV色心形成NV色心探针，并利用微波发射装置对样品施加微波，在样品磁场的作用下产生微波共振双吸收峰，通过测量双峰的距离定量获得磁场强度。对于半导体器件来说，源极、栅极和漏极引出的金属线会连接至对应的金属焊盘（即pad），通过金属探针在对应的金属焊盘上施加电流，继而对半导体器件的源极、栅极和漏极施加电流。如果金属探针和微波发射装置在同一平面，则会产生干涉。同时，半导体器件的尺寸比较小，导致无法在器件的同一平面上即设置NV色心探针，又设置微波发射装置。请参考图3，本发明实施方式中，将NV色心装置的NV色心探针设置于半导体器件检测样品的正面，将NV色心装置的微波发射装置设置于半导体器件检测样品的背面，搭建形成NV色心检测平台。利用微波发射装置对半导体器件检测样品施加微波，微波的频率介于2GHz-4GHz，并利用NV色心探针探测半导体器件检测样品正面的磁场强度。
接着执行步骤S102：对所述半导体器件检测样品施加电流，使得所述半导体器件检测样品导通。
接着执行步骤S103：利用所述NV色心检测平台检测所述半导体器件检测样品正面的磁场强度。
具体地，本发明实施方式中，请参考图3，图3示出一种传统的CMOS器件，在CMOS器件正面的栅极、漏极和源极施加电流，使器件内部导通，载流子在器件沟道内运动，形成电流，从而产生磁场信号，通过NV色心探针探测获得器件不同区间内的磁场强度。
最后执行步骤S104：利用傅里叶变换、毕奥-萨伐尔定律、电流密度连续性方程和所述半导体器件检测样品正面的磁场强度计算所述半导体器件检测样品正面的原位微区电流密度，以确定所述半导体器件正面的原位微区电流分布。
进一步地，所述利用傅里叶变换、毕奥-萨伐尔定律、电流密度连续性方程和所述半导体器件检测样品正面的磁场强度计算所述半导体器件检测样品正面的原位微区电流密度，包括：利用毕奥-萨伐尔定律将所述半导体器件检测样品正面的磁场强度转换为物理磁场公式；通过傅里叶变换对所述物理磁场公式进行处理，得到NV色心轴向磁场强度公式；将所述NV色心轴向磁场强度公式与电流密度连续性方程联立，得到联立方程，对所述联立方程求解得到所述半导体器件检测样品正面的原位微区电流密度。
进一步地，通过以下方式将所述半导体器件检测样品正面的磁场强度转换为所述物理磁场公式：
；
其中，为磁场强度；I为电流；μ0为电磁常数；r为原位置；/>为待检测位置与探头之间的矢量位移；/>为微小线元素；L为积分路径。
进一步地，通过以下方式得到所述NV色心轴向磁场强度公式：
；
其中，为NV色心轴向磁场强度；ex、ey和ez分别为x、y和z轴的单位向量；i为虚数单位；k为空间向量常数；kx为k空间中x方向的矢量；ky为k空间中y方向的矢量；g为格林常数；Jx为半导体器件检测样品x方向的原位微区电流密度；Jy为半导体器件检测样品y方向的原位微区电流密度。
进一步地，通过以下方式得到所述半导体器件检测样品正面的原位微区电流密度：将所述NV色心轴向磁场强度公式与电流密度连续性方程联立，得到所述联立方程：
；
利用反向傅里叶公式对所述联立方程求解得到所述半导体器件检测样品正面的原位微区电流密度：
；
；
其中，w为视窗函数，在时/>，；/>；z为磁场强度探测点与电流所在的平面之间的距离，即NV色心探针探测的探测点与电流所在的平面之间的距离。
请参考图4，本发明第二方面提供一种半导体器件原位微区电流分布检测系统，其特征在于，包括：电源模块，用于对半导体器件检测样品施加电流，使得所述半导体器件检测样品导通；NV色心检测平台，用于检测所述半导体器件检测样品正面的磁场强度；处理模块，用于利用傅里叶变换、毕奥-萨伐尔定律、电流密度连续性方程和所述半导体器件检测样品正面的磁场强度计算所述半导体器件检测样品正面的原位微区电流密度，以确定半导体器件原位微区电流分布。
进一步地，所述利用傅里叶变换、毕奥-萨伐尔定律、电流密度连续性方程和所述半导体器件检测样品正面的磁场强度计算所述半导体器件检测样品正面的原位微区电流密度，包括：利用毕奥-萨伐尔定律将所述半导体器件检测样品正面的磁场强度转换为物理磁场公式；通过傅里叶变换对所述物理磁场公式进行处理，得到NV色心轴向磁场强度公式；将所述NV色心轴向磁场强度公式与电流密度连续性方程联立，得到联立方程，对所述联立方程求解得到所述半导体器件检测样品正面的原位微区电流密度。
进一步地，通过以下方式将所述半导体器件检测样品正面的磁场强度转换为所述物理磁场公式：
；
其中，为磁场强度；I为电流；μ0为电磁常数；r为原位置；/>为待检测位置与探头之间的矢量位移；/>为微小线元素；L为积分路径。
进一步地，通过以下方式得到所述NV色心轴向磁场强度公式：
；
其中，为NV色心轴向磁场强度；ex、ey和ez分别为x、y和z轴的单位向量；i为虚数单位；k为空间向量常数；kx为k空间中x方向的矢量；ky为k空间中y方向的矢量；g为格林常数；Jx为所述半导体器件检测样品正面x方向的原位微区电流密度；Jy为所述半导体器件检测样品正面y方向的原位微区电流密度。
进一步地，通过以下方式得到所述半导体器件检测样品正面的原位微区电流密度：将所述NV色心轴向磁场强度公式与电流密度连续性方程联立，得到所述联立方程：
；
利用反向傅里叶公式对所述联立方程求解得到所述半导体器件检测样品正面的原位微区电流密度：
；
；
其中，w为视窗函数，在时/>，；/>；z为磁场强度探测点与电流所在的平面之间的距离。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (13)
1.一种半导体器件原位微区电流分布检测方法，其特征在于，所述半导体器件原位微区电流分布检测方法包括：
对半导体器件进行预处理，得到半导体器件检测样品，包括：去除所述半导体器件正面的部分封装金属层，仅保留源极、栅极和漏极对应的封装金属层，得到所述半导体器件检测样品；在去除所述半导体器件正面的部分封装金属层的同时，去除所述半导体器件正面的封装填充层；对所述半导体器件的背面进行减薄处理；
搭建NV色心检测平台；其中，所述搭建NV色心检测平台，包括：将NV色心装置的NV色心探针设置于所述半导体器件检测样品的正面的金属焊盘上，将所述NV色心装置的微波发射装置设置于所述半导体器件检测样品的背面，搭建形成NV色心检测平台；其中，所述半导体器件检测样品的背面与所述半导体器件检测样品的正面相对设置；
对半导体器件检测样品施加电流，使得所述半导体器件检测样品导通；
利用所述NV色心检测平台检测所述半导体器件检测样品正面的磁场强度；
利用傅里叶变换、毕奥-萨伐尔定律、电流密度连续性方程和所述半导体器件检测样品正面的磁场强度计算所述半导体器件检测样品正面的原位微区电流密度，以确定半导体器件原位微区电流分布。
2.根据权利要求1所述的半导体器件原位微区电流分布检测方法，其特征在于，所述去除所述半导体器件正面的部分封装金属层，包括：
采用化学机械研磨工艺或离子刻蚀工艺去除所述半导体器件正面的部分封装金属层。
3.根据权利要求1所述的半导体器件原位微区电流分布检测方法，其特征在于，所述利用所述NV色心检测平台检测所述半导体器件检测样品正面的磁场强度，包括：
利用所述微波发射装置对所述半导体器件检测样品施加微波，并利用所述NV色心探针探测所述半导体器件检测样品正面的磁场强度。
4.根据权利要求3所述的半导体器件原位微区电流分布检测方法，其特征在于，所述微波发射装置施加的微波的频率介于2GHz-4GHz。
5.根据权利要求1所述的半导体器件原位微区电流分布检测方法，其特征在于，所述利用傅里叶变换、毕奥-萨伐尔定律、电流密度连续性方程和所述半导体器件检测样品正面的磁场强度计算所述半导体器件检测样品正面的原位微区电流密度，包括：
利用毕奥-萨伐尔定律将所述半导体器件检测样品正面的磁场强度转换为物理磁场公式；
通过傅里叶变换对所述物理磁场公式进行处理，得到NV色心轴向磁场强度公式；
将所述NV色心轴向磁场强度公式与电流密度连续性方程联立，得到联立方程，对所述联立方程求解得到所述半导体器件检测样品正面的原位微区电流密度。
6.根据权利要求5所述的半导体器件原位微区电流分布检测方法，其特征在于，通过以下方式将所述半导体器件检测样品正面的磁场强度转换为所述物理磁场公式：
；
其中，为磁场强度；I为电流；μ0为电磁常数；r为原位置；/>为待检测位置与探头之间的矢量位移；/>为微小线元素；L为积分路径。
7.根据权利要求6所述的半导体器件原位微区电流分布检测方法，其特征在于，通过以下方式得到所述NV色心轴向磁场强度公式：
；
其中，为NV色心轴向磁场强度；ex、ey和ez分别为x、y和z轴的单位向量；i为虚数单位；k为空间向量常数；kx为k空间中x方向的矢量；ky为k空间中y方向的矢量；g为格林常数；Jx为所述半导体器件检测样品正面x方向的原位微区电流密度；Jy为所述半导体器件检测样品正面y方向的原位微区电流密度。
8.根据权利要求7所述的半导体器件原位微区电流分布检测方法，其特征在于，通过以下方式得到所述半导体器件检测样品正面的原位微区电流密度：
将所述NV色心轴向磁场强度公式与电流密度连续性方程联立，得到所述联立方程：
；
利用反向傅里叶公式对所述联立方程求解得到所述半导体器件检测样品正面的原位微区电流密度：
；
；
其中，w为视窗函数，在时/>，/>；/>；z为磁场强度探测点与电流所在的平面之间的距离。
9.一种半导体器件原位微区电流分布检测系统，其特征在于，包括：
电源模块，用于对半导体器件检测样品施加电流，使得所述半导体器件检测样品导通；其中，所述半导体器件检测样品为通过对半导体器件进行预处理得到的；对半导体器件进行预处理，包括：去除所述半导体器件正面的部分封装金属层，仅保留源极、栅极和漏极对应的封装金属层，得到所述半导体器件检测样品；在去除所述半导体器件正面的部分封装金属层的同时，去除所述半导体器件正面的封装填充层；对所述半导体器件的背面进行减薄处理；
NV色心检测平台，用于检测所述半导体器件检测样品正面的磁场强度；其中，所述NV色心检测平台包括NV色心探针和微波发射装置，所述NV色心探针设置于所述半导体器件检测样品的正面的金属焊盘上，所述微波发射装置设置于所述半导体器件检测样品的背面，所述半导体器件检测样品的背面与所述半导体器件检测样品的正面相对设置；
处理模块，用于利用傅里叶变换、毕奥-萨伐尔定律、电流密度连续性方程和所述半导体器件检测样品正面的磁场强度计算所述半导体器件检测样品正面的原位微区电流密度，以确定半导体器件原位微区电流分布。
10.根据权利要求9所述的半导体器件原位微区电流分布检测系统，其特征在于，所述利用傅里叶变换、毕奥-萨伐尔定律、电流密度连续性方程和所述半导体器件检测样品正面的磁场强度计算所述半导体器件检测样品正面的原位微区电流密度，包括：
利用毕奥-萨伐尔定律将所述半导体器件检测样品正面的磁场强度转换为物理磁场公式；
通过傅里叶变换对所述物理磁场公式进行处理，得到NV色心轴向磁场强度公式；
将所述NV色心轴向磁场强度公式与电流密度连续性方程联立，得到联立方程，对所述联立方程求解得到所述半导体器件检测样品正面的原位微区电流密度。
11.根据权利要求10所述的半导体器件原位微区电流分布检测系统，其特征在于，通过以下方式将所述半导体器件检测样品正面的磁场强度转换为所述物理磁场公式：
；
其中，为磁场强度；I为电流；μ0为电磁常数；r为原位置；/>为待检测位置与探头之间的矢量位移；/>为微小线元素；L为积分路径。
12.根据权利要求11所述的半导体器件原位微区电流分布检测系统，其特征在于，通过以下方式得到所述NV色心轴向磁场强度公式：
；
其中，为NV色心轴向磁场强度；ex、ey和ez分别为x、y和z轴的单位向量；i为虚数单位；k为空间向量常数；kx为k空间中x方向的矢量；ky为k空间中y方向的矢量；g为格林常数；Jx为所述半导体器件检测样品正面x方向的原位微区电流密度；Jy为所述半导体器件检测样品正面y方向的原位微区电流密度。
13.根据权利要求12所述的半导体器件原位微区电流分布检测系统，其特征在于，通过以下方式得到所述半导体器件检测样品正面的原位微区电流密度：
将所述NV色心轴向磁场强度公式与电流密度连续性方程联立，得到所述联立方程：
；
利用反向傅里叶公式对所述联立方程求解得到所述半导体器件检测样品正面的原位微区电流密度：
；
；
其中，w为视窗函数，在时/>，/>；/>；z为磁场强度探测点与电流所在的平面之间的距离。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311178015.2A CN116930594B (zh) | 2023-09-13 | 2023-09-13 | 半导体器件原位微区电流分布检测方法及系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311178015.2A CN116930594B (zh) | 2023-09-13 | 2023-09-13 | 半导体器件原位微区电流分布检测方法及系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116930594A CN116930594A (zh) | 2023-10-24 |
| CN116930594B true CN116930594B (zh) | 2023-12-15 |
Family
ID=88382808
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311178015.2A Active CN116930594B (zh) | 2023-09-13 | 2023-09-13 | 半导体器件原位微区电流分布检测方法及系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116930594B (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017217847A1 (en) * | 2016-06-16 | 2017-12-21 | Rijksuniversiteit Groningen | Method and detector for microscopic measurement by means of a colour center |
| CN111504884A (zh) * | 2020-05-19 | 2020-08-07 | 中国科学技术大学 | 基于钻石nv色心的微观电阻抗成像装置及方法 |
| CN111584382A (zh) * | 2020-04-27 | 2020-08-25 | 哈尔滨工业大学 | 利用金刚石nv色心原位表征异质界面状态的方法 |
| CN113466279A (zh) * | 2021-06-30 | 2021-10-01 | 中国科学技术大学 | 宽场超分辨自旋磁成像装置及方法 |
| CN113804941A (zh) * | 2021-11-22 | 2021-12-17 | 安徽省国盛量子科技有限公司 | 基于金刚石nv色心的光纤电流互感器及测量方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3896470B1 (en) * | 2020-04-15 | 2023-06-07 | Consiglio Nazionale Delle Ricerche | A device for sensing a magnetic field |
-
2023
- 2023-09-13 CN CN202311178015.2A patent/CN116930594B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017217847A1 (en) * | 2016-06-16 | 2017-12-21 | Rijksuniversiteit Groningen | Method and detector for microscopic measurement by means of a colour center |
| CN111584382A (zh) * | 2020-04-27 | 2020-08-25 | 哈尔滨工业大学 | 利用金刚石nv色心原位表征异质界面状态的方法 |
| CN111504884A (zh) * | 2020-05-19 | 2020-08-07 | 中国科学技术大学 | 基于钻石nv色心的微观电阻抗成像装置及方法 |
| CN113466279A (zh) * | 2021-06-30 | 2021-10-01 | 中国科学技术大学 | 宽场超分辨自旋磁成像装置及方法 |
| CN113804941A (zh) * | 2021-11-22 | 2021-12-17 | 安徽省国盛量子科技有限公司 | 基于金刚石nv色心的光纤电流互感器及测量方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Nanoscale Imaging of Current Density with a Single-Spin Magnetometer;K. Chang et al;NANOLETTERS;第17卷(第4期);2367-2373 * |
| 基于金刚石量子传感的纳米磁成像及凝聚态物理应用;丁哲 等;物理;第49卷(第06期);359-372 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116930594A (zh) | 2023-10-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Shu et al. | An iterative approach for EMI source reconstruction based on phaseless and single-plane near-field scanning | |
| Zhang et al. | Source reconstruction for IC radiated emissions based on magnitude-only near-field scanning | |
| Frikha et al. | Magnetic shielding effectiveness of enclosures in near field at low frequency for automotive applications | |
| Wang et al. | A phaseless inverse source method (PISM) based on near-field scanning for radiation diagnosis and prediction of PCBs | |
| Ando et al. | Miniaturized thin-film magnetic field probe with high spatial resolution for LSI chip measurement | |
| US4644264A (en) | Photon assisted tunneling testing of passivated integrated circuits | |
| Liu et al. | Fully time-domain scanning of EM near-field radiated by RF circuits | |
| Shao et al. | Systematic characterization of dual probes for electromagnetic near-field measurement | |
| Wane et al. | Unification of instrumentation and EDA tooling platforms for enabling smart chip-package-PCB-probe arrays co-design solutions using advanced RFIC technologies | |
| CN116930594B (zh) | 半导体器件原位微区电流分布检测方法及系统 | |
| Shinde et al. | Modeling EMI due to display signals in a TV | |
| US20030001596A1 (en) | Method and apparatus for determining a magnetic field | |
| KR100707585B1 (ko) | Ｍｏｓ 트랜지스터 소자의 정전용량-전압 특성을 이용한캐리어 농도 분포 측정 자동화 시스템 및 방법 | |
| CN106164684A (zh) | 电场强度算出程序、电场强度算出装置及电场强度算出方法 | |
| Klein et al. | Verification and demonstration up to 67 GHz of an on-chip antenna pattern measurement setup | |
| Sivaraman | Design of magnetic probes for near field measurements and the development of algorithms for the prediction of EMC | |
| Norris et al. | Improved parameter targeting in 3D-integrated superconducting circuits through a polymer spacer process | |
| Claeys et al. | Analysis of different scalar probe compensation methods for an array of near-field EMI probes | |
| Kim et al. | A novel low-cost approach to MCM interconnect test | |
| JP2002026100A (ja) | 半導体基板および電気回路製造プロセスの検査方法並びに電気回路装置の製造方法 | |
| Joseph et al. | Modelling and experimental validation of EM wave propagation due to PDs in XLPE cables | |
| Infante et al. | Magnetic microscopy for 3D devices: Defect localization with high resolution and long working distance on complex system in package | |
| KR20090024130A (ko) | Ｓｏｉ웨이퍼의 평가방법 | |
| Ramesan et al. | Modeling of radiation source using an equivalent dipole moment model | |
| CN115707981A (zh) | 器件电学性能的测试方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |