行业动态｜Quantum Diamonds在实现无接触式电流成像的在线电气检测

近日，Quantum Diamonds GmbH公司展示了一种新的方法，可以在不与半导体结构发生物理接触的情况下，对其内部的电流进行成像。这项技术打破了以往基于量子传感技术的电流成像只能在故障分析实验室进行的限制，标志着QD公司在实现大规模制造过程中在线检测技术的重要一步。

“这是我们进军在线电性检测道路上最重要的里程碑，”Quantum Diamonds公司的首席执行官说道。“我各大芯片制造厂商都迫切希望把自家样品拿来开展测试，从中我们已经感受到市场积压已久的旺盛需求。”

任何电流检测技术，都首先需要让器件内部产生电流，而迄今为止，这一步骤都离不开物理接触，例如通过芯片封装引脚、探针卡或是外露测试焊盘。失效分析实验室可以完成这类操作，因为单颗样品能够外接线路、接受长时间测试。

但上述方式依旧无法适配生产流水线：每一颗被测器件都需要单独的物理电气连接。这一矛盾导致电流成像技术迟迟未能应用于大批量质量管控。尤其对于混合键合工艺控制这类在线检测场景，针对未通电、尚未完成加工的中间晶圆堆叠样品，无接触激励是唯一可行的检测方案。

QD采用电磁方式在器件内部激发出感应电流，以微波场替代直接电压偏置。感应电流会产生磁场，QD的金刚石量子传感器可直接测量磁场信号，并重建出电流导通与断路的分布图像。

该工艺旨在解决一个特定的问题：即在互连结构外观完好的情况下，依然有可能出现电流导通失效的情况。面向结构形貌的检测设备会判定器件合格，而电性测试仅能反馈成品器件失效，却无法定位故障位置。对电流本身直接成像，恰好打通这两类检测结果；随着混合键合与三维堆叠架构普及，大量互连线被掩埋，难以接触，这项技术的需求也愈发凸显。

“我们的检测输出的信息，和其他设备完全不同，”Quantum Diamonds的CTO弗莱明·布鲁克迈尔博士说。“声学成像只能判断器件结构机械完整性，而我们可以确认电流是否真正在互连结构中流通。二者解决的是完全不同的问题：一颗芯片封装样品，完全有可能通过其中一项检测，却通不过另一项。”

该技术能够原生采集金刚石传感器视角下感应电流信号的三维矢量磁场，依托QD成熟的磁场传感技术，可进一步反演重建电流的深度信息。

测量所使用的金刚石传感探头，与该公司商用失效分析设备QDm.1所搭载硬件完全一致。这意味着已经在失效分析实验室投入使用的传感硬件，可直接改造适配在线检测工况，实现全视场成像。在本次发布的对比示例中，晶圆区域的传统光学图像，与QD获取的同区域电流成像并列展示；后者可以呈现出光学检测几乎无法观测的高密度电流通路网络。

该技术存在固有的取舍权衡：由于微波激励会同时作用于整个观测视场，设备会同步采集全部区域信号，无法像定点焊盘/引脚偏置测量那样单独隔离某一条金属走线。如果需要针对已知的单条线路开展分析，带接触的测量方案依然具备更优的选择性。但对于完全没有电气接入条件的待测结构，单次采集完成全视场成像依然是该方案的核心价值。