Термическая лазерная стимуляция представляет собой класс методов визуализации дефектов, которые используют лазер для создания термического изменения в полупроводниковом устройстве . [1] Этот метод может быть использован для анализа отказов полупроводников . Существует четыре метода, связанных с термической лазерной стимуляцией: изменение сопротивления, вызванное оптическим лучом (OBIRCH), [2] термически индуцированное изменение напряжения (TIVA)), [3] внешнее индуцированное изменение напряжения (XIVA) [4] и визуализация эффекта Зеебека (SEI)
Изменение сопротивления, вызванное оптическим лучом (OBIRCH) — это метод визуализации, который использует лазерный луч для создания теплового изменения в устройстве. Лазерная стимуляция выявляет различия в тепловых характеристиках между областями, содержащими дефекты, и областями, не имеющими дефектов. Поскольку лазер локально нагревает дефектную область на металлической линии, по которой течет ток , результирующие изменения сопротивления можно обнаружить, контролируя входной ток в устройстве. OBIRCH полезен для обнаружения эффектов электромиграции , приводящих к открытым металлическим линиям.
Постоянное напряжение подается на тестируемое устройство (DUT). На устройстве выбирается интересующая область, и лазерный луч используется для сканирования области. Входной ток, потребляемый устройством, контролируется на предмет изменений в ходе этого процесса. Когда отмечается изменение тока, положение лазера в момент, когда произошло изменение, отмечается на изображении устройства.
Когда лазерный луч попадает в место, которое не содержит пустот, существует хорошая теплопередача , и изменение электрического сопротивления невелико. Однако в областях, содержащих пустоты, теплопередача затруднена, что приводит к большему изменению сопротивления. Степень изменения сопротивления отображается визуально на изображении устройства, при этом области с более высоким сопротивлением отображаются в виде ярких пятен. [5]
Термически индуцированное изменение напряжения (TIVA) — это метод визуализации, который использует лазерный луч для точного определения местоположения электрических замыканий на устройстве. Лазер индуцирует локальные температурные градиенты в устройстве, что приводит к изменению количества потребляемой устройством мощности .
Лазер сканирует поверхность устройства, пока оно находится под электрическим смещением . Устройство смещается с помощью источника постоянного тока, а напряжение на выводе источника питания отслеживается на предмет изменений. Когда лазер попадает на область, содержащую короткое замыкание, происходит локализованный нагрев. Этот нагрев изменяет сопротивление короткого замыкания, что приводит к изменению энергопотребления устройства. Эти изменения энергопотребления наносятся на изображение устройства в местах, соответствующих положению лазера в момент обнаружения изменения. [6]
Внешнее индуцированное изменение напряжения (XIVA) поддерживает постоянное смещение напряжения и постоянное измерение тока на проверяемом устройстве. Когда сканирующий лазер проходит над дефектным местом, создается внезапное изменение импеданса . Обычно это приводит к изменению тока, однако дроссель постоянного тока предотвращает это. Обнаружение этих событий позволяет определить положение дефекта. [7]
Визуализация эффекта Зеебека (SEI) использует лазер для создания температурных градиентов в проводниках . Индуцированные температурные градиенты генерируют соответствующие градиенты электрического потенциала . Эта корреляция температурных и электрических градиентов известна как эффект Зеебека. Метод SEI используется для обнаружения электрически плавающих проводников.
Когда лазер изменяет тепловой градиент плавающего проводника, его электрический потенциал изменяется. Это изменение потенциала изменит смещение любых транзисторов, подключенных к плавающему проводнику, что влияет на рассеивание тепла устройством. Эти изменения отображаются на визуальном изображении устройства для того, чтобы физически определить местоположение плавающих проводников. [8]
В Университете Флориды был проведен экспериментальный эксперимент , который продемонстрировал возможность использования термической лазерной стимуляции для проникновения в микросхемы SRAM и извлечения конфиденциальной информации. [9]