引言：随着集成电路根据摩尔定律的发展，时至今日，集成电路的体积越来越小，而晶体管的数量却越来越多，换言之金属化的密度越来越高。在此前提下，就算器件的端口失效现象或者功能异常情况较为严重，也会因为高密度的金属化互相影响从而导致不易定位。而其中，PEM（Photon Emission Microscoy）定位技术在失效分析定位中，是最为常见的定位手段之一。特别对于大规模集成电路而言，除非有明显的烧毁形貌，不然在没有定位到失效点的前提下，就贸然进行后续的FIB、去层等试验，无异于大海捞针，找到失效点的几率极低。因此，合理地运用PEM定位，提高其定位的准确性，便成了试验环节中的重中之重。

PEM定位原理：

PEM定位原理是通过光传感器探测电子跃迁时释放的光辐射，从而显现出发光点。原理如图1所示。

图1 PEM工作原理图

此原理图的光传感器为Cooled Si-CCD Camera，另一种广泛使用的光传感器为InGaAs Camera。其材质的不同导致了其检测光的波长范围的不同，Cooled Si-CCD Camera检测的波长范围为400nm-1100nm，InGaAs Camera检测波长的范围为900nm-1600nm。而热载流子的波长范围主要集中在InGaAs Camera探测范围内（图2），因此一般认为InGaAs Camera的效率及准确性更高。另外，Cooled Si-CCD Camera检测的波长主要集中在可见波波长范围内（380nm-750nm），而InGaAs Camera探测波长则主要集中于近红外光波长（780nm-2526nm），因此，运用InGaAs Camera传感器我们还可以进行背面PEM定位。而背面PEM定位对于集成度较高的IC来说有重要的意义，因为在很多时候，IC表面的金属化会遮挡住底下失效点所发出的光能，从而导致失效点未能被我们探测到。而如果从芯片背面，透过芯片的外延层接受其所发出的近红外光，就可以避免其表面金属化所带来的干扰。因此，背面PEM通常比正面PEM的准确性要高。

另外，PEM定位中不同的发光点其发光原理可能不同，如在芯片不存在失效点的情况下，其能探测到的光源主要有几种：正偏或反偏的二极管，处于放大区和饱和区的三极管，处于饱和态的MOS管。也正因为如此，PEM定位中会发光的点并不一定都是失效点，在此情况下，PEM定位中好坏品的对比具有重要的意义。

图2  Si-CCD camera 与 InGaAs camera 检测光子波长范围示意图

背面PEM定位应用案例：

器件为驱动芯片，在做完电老练（105℃，48h）小时后，发现工作电流偏小，差分输出的波形异常。对失效样品进行静态的I-V曲线测试，确认失效样品的静态工作电流比良品要小约10mA。然后对2只样品进行背面PEM定位，结果发现F1#样品存在异常发光点。对异常发光点进行FIB检查，发现电阻接触孔存在缺陷。具体结果见图3~图5。