Pull to refresh

Топологический и структурный анализ микросхемы памяти

Пару лет назад я занимался по учебе с микросхемами памяти и по одной из них писал диплом. Думаю кому-то будет интересно посмотреть и почитать о том как проводился анализ кристалла.
Насчет самой микросхемы. Это память в виде статического ОЗУ, выполненная по КМОП технологии.

Топологическое тестирование

Для проведения топологического тестирования потребовалось вскрыть корпус микросхемы. Так как он металлический, то оказалось достаточно аккуратно срезать верхнюю крышку.



С помощью оптического микроскопа сделан снимок топологии блоков памяти. Каждый блок памяти содержит в себе дешифратор строк, столбцов и столбцы для записи/считывания. Данная ИМС содержит в себе 32 блока памяти.



С регистра адреса информация поступает на дешифратор строк и столбцов. Они в свою очередь подключены к каждому элементу памяти в блоке. С помощью такой схемы можно выбирать нужный элемент памяти (ЭП).
Чтобы установить элемент памяти в любой из двух режимов: режим записи, в котором в него записывается новая поступающая со входа микросхемы информация и режим считывания, в котором из ЭП считывается информация, задействуются столбцы записи/считывания.


Дешифратор строк (64 х 4 =256 строк в каждом блоке)


Столбцы записи/считывания (8 х 16 =128 столбов в каждом блоке)

Чтобы экспериментально определить объем памяти микросхемы достаточно знать количество строк и столбцов в каждом блоке.

128 столбцов * 256 строк * 32 блока = 1 048 576 / (8 * 1024)=128 Кбайт

Структурный анализ

Структурный анализ проводился средствами фокусированного ионного пучка. Это позволило провести ионно-лучевое микропрофелирование микросхемы памяти и получить изображения поперечных срезов во вторичных электронах. На полученных изображениях хорошо видна структура слоев. По этой структуре можно восстановить топологию локального участка ИМС, а именно элемента памяти.

Основные этапы препарирования ИМС включают в себя: выбор интересующего участка на поверхности, получение поперечного сечения методом локального жёсткого ионно-лучевого травления (при ускоряющем напряжении 30 кВ), съёмку интересующего фрагмента с оптимальным увеличением, создание последовательности поперечных сечений (срезов).

Срез выполняется перпендикулярно к поверхности на глубину до нескольких микрон, и представляет собой вытравленное прямоугольное углубление, одна из стенок которого аккуратно срезана и отполирована. Затем образец наклоняется на угол 30-50˚ для наблюдения среза растровым сканированием ионным пучком в режиме вторичных электронов. На отснятых изображениях показаны поперечные сечения образца. Более светлыми выглядят области металлов и материалов с высокой проводимостью, а темными диэлектрические области, что имеет место из-за процессов накопления положительного заряда на электрически изолированной поверхности, вызванных уходом с поверхности вторичных электронов, а также её бомбардировки ионами галлия Ga+.

На первой и второй кросс-секции хорошо различимы два слоя металлизации, контакты к ним и вольфрамовые столбики для связи слоев.


1-ая кросс-секция.


2-ая кросс-секция. Хорошо различаются 2 слоя металлизации.


3-ая кросс-секция. Видно два слоя металлизации, причем первый проходит через все сечение. На поверхности кремния уже различимы затворы КМОП структуры.


4-ая кросс-секция.


5-ая кросс-секция. Присутствует один сдой металлизации, и затворы на поверхности кремния.


6-ая кросс-секция.


7-ая кросс-секция.


8-ая кросс-секция.


9-ая кросс-секция.

<img src=«habrastorage.org/storage2/836/f5d/80a/836f5d80a1327462b777b9acb71eaf11.jpg»/
10-ая кросс-секция.


11-ая кросс-секция. Кроме слоя металлизации и затворов отчетливо видны три технологических включения. Это может быть буферный слой, например для уменьшения механических напряжений.


12-ая кросс-секция.


13-ая кросс-секция.


14-ая кросс-секция.


15-ая кросс-секция.


16-ая кросс-секция.

Проведя анализ полученных изображений, послойно восстанавливаем структурную схему выбранного участка на кристалле. Верхний слой представляет собой расположенные определенным образом на поверхности кремния затворы КМОП транзисторов. На следующем уровне располагается первый слой металлизации и контакты к нему. Контакты обычно выполняются в виде вольфрамовых столбиков. Еще глубже располагается второй слой металлизации и его контакты.


Массив ячеек памяти (справа отмечены номера кросс-секций). Красным обозначены затворы, синим технологические включения, штрихами 2 слоя металлизации.
Tags:
Hubs:
You can’t comment this publication because its author is not yet a full member of the community. You will be able to contact the author only after he or she has been invited by someone in the community. Until then, author’s username will be hidden by an alias.