CN105046007A - 一种集成电路芯片反向工程的定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种集成电路芯片反向工程的定位方法，找到目标器件，通过FIB的离子束从样品正面切割开口，从开口区域进入样品去除其内部层次，直到器件特征尺寸的可量测层，然后进行量测确认，其特征在于根据红外光学显微镜对样品背面拍摄的照片确定目标器件的位置。本发明还提出一种利用上述定位方法实施的集成电路芯片反向工程的定点。采用本发明的定位和制样方法，不仅使反向工程的特定目标器件量测和分析摆脱了原形样品数量的限制，而且样品的受创面也大大减小。本发明方法提升了反向工程样品分析的速度，可以在一个样品上同时完成不同目标器件的定位、分析，进一步在原型样品数量有限的情况下，提升了反向工程分析的成功率。

Description

一种集成电路芯片反向工程的定位方法

技术领域

本发明涉及一种集成电路芯片设计领域，特别涉及集成电路芯片反向工程的定位方法。

背景技术

在集成电路IC制程持续发展的今天，除了正向设计以外，也出现了反向工程，也称为“逆向工程”-reverseengineering。反向工程包括：拍照、提图、画图制版、仿真、工艺设计、流片、测试、封装、老花等一整套完整的工序和流程，其中拍照、提图主要是对原型芯片的设计和工艺进行解读。

反向工程解读芯片绝非copy(复制)，而是学习，在对芯片的深入剖解中学会基本技巧的原理，在多条可能的实现路径中选取最佳办法，并融汇贯通自己的知识和技术，最终形成自己的东西。因此反向工程的目的是迅速设计出比原型更好的产品。反向工程还是一种知识传播的途径，能够将在公开文献难以找到的技术方案，尤其是集成电路的设计技巧，通过反向研究促进予以传播。

基于上述原因，目前集成电路芯片的反向工程已经成为现有技术中的一种常用的，通过研究竞争对手芯片的各种信息，如材料、结构、版图等来帮助自身开发并优化同类集成电路产品的重要手段。

反向工程的前期工序中，在获得需要分析的芯片后，现有技术会利用研磨、SEM(扫描电镜)、FIB(聚焦离子束)、TEM(透射电镜)等方式来获得目标区域(结构)的各类信息，包括整体电路提取、器件特征尺寸测量等。同时现有技术还利用上述手段完成在芯片上寻找特定器件，分析反向设计中关键器件或电路的某一特征尺寸的任务。

反向工程的常规分析次序往往是自上而下，从表及里：从顶层钝化保护层、金属层开始，层层向芯片内部渗透，直到栅极的线宽、长度和阱结深等。然而，在实际操作中，按常规次序进行反向芯片分析却是一个费时费力，而且成功率很低的过程。

随着集成电路IC设计的持续发展，设计的功能化排版，使得某一分析特需的特定器件分散排布在芯片的多个块区；又由于多层布线的广泛运用，使得自上而下，从表及里的常规的分析次序更加进度缓慢。以SRAM(静态随机存储器)芯片为例，要在芯片上找到某一特征尺寸的SRAM(静态随机存储器)区域进行分析，由于芯片上有很多不同的SRAM块区，且后段制程又使用多层金属布线，因此从芯片的表面无法分辨SRAM的位置。如图1所示，现有技术的正面光学显微镜照片只能显示大片的金属，金属连线以及填塞后的连接孔，无法显示与器件特征相关栅、源漏，甚至无法显示与器件位置相关的有源区AA的分布。基于上述有限的信息，现有技术的反向工程需分两步进行：第一，需要先研磨整个芯片，将样品处理到暴露出所有的SRAM的器件层，然后通过量测各SRAM器件尺寸的方法最终确认目标区在芯片的位置；第二，重新拿一个新的样品，按照前一个样品确认的目标位置通过FIB、TEM等工具进行特定器件各类信息的提取。

正如本发明前段论述指出的，反向设计的目的是迅速设计出比原型更好的产品。往往实施反向分析时，原型样品上市不久，能够用以分析的样品数量非常有限，再加上现有技术的反向工程会破坏样品，因此当样品只有一个的时候，现有技术的这种方法就无法使用，也就造成分析的成功率的下降。

因此，为快速而准确地实现指定器件的定位，节省分析样品的使用数量，提高分析的成功率，需要开发一种集成电路芯片反向工程计定位方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是在反向工程中实现指定器件快速而准确地定位，节省分析样品的使用数量，提高分析的成功率。

为解决上述技术问题，本发明提出了一种集成电路芯片反向工程的定位方法。

本发明提出一种集成电路芯片反向工程的定位方法，通过FIB的离子束从样品正面切割开口，从开口区域进入样品去除其内部层次，直到器件特征尺寸的可量测层，然后进行量测确认是否目标器件，其特征在于根据红外光学显微镜对样品背面拍摄的照片确定目标器件的位置。

可选的，所述样品正面由FIB切割的开口尺寸为5*5～10*10平方微米；

可选的，所述被去除的样品开口区域的内部层次包含保护层、多层金属、介于不同金属层之间的以及介于金属与栅极之间非导电介质和金属连接孔；

优选的，通过离子束轰击的方式从开口区域进入样品去除其内部层次；

可选的，所述器件特征尺寸的可量测层是指接触孔cont层或多晶poly层；

可选的，所述器件特征尺寸是指决定器件技术节点的关键尺寸，包括接触孔cont的孔径和多晶poly的线宽和长度；

可选的，所述根据红外光学显微镜拍摄的样品的背面照片能够显示样品前段各层次的图像，根据上述图像，特别是有源区AA的图像，可以确定目标器件的位置。

本发明提出一种集成电路芯片反向工程的定点制样方法，其步骤包括；

步骤S1：使用红外光学显微镜从样品背面拍摄拍照，并拼接整个芯片的背面图案；

步骤S2：根据照片图像标注目标器件可能出现的所有位置；

步骤S3：按照片位置逐一检测，寻找目标器件；

步骤S3a：通过FIB的离子束，从样品正面的指定位置切割开口；

步骤S3b：去除开口区域样品内部层次，直到特征尺寸的可量测层；

步骤S3c：测量特征尺寸，与目标器件比较，确定结果；

移动到下一个标注的位置，重复上述步骤3，直到找到目标器件；

步骤S4：按常规后续工序完成制样；

可选的，步骤S1所述的使用红外光学显微镜从样品背面拍摄拍照，可以穿透硅衬底获得样品前段结构的图案；

优选的，样品前段结构的图案包含从器件开始到接触孔cont制造完成的所有层次。

现有技术中反向工程的常规做法是从顶层钝化保护层、金属层开始，自上而下，从表及里，向芯片内部层层测量并层层去除，直至得到栅极的线宽、长度和阱结深的测量结果。这种方法对样品的分析剥离是全面的，就是整个芯片从顶层保护层，顶层金属…直到栅极将统一步调地被层层剥离。因此一旦开始反向工程样品芯片将被全面破坏，芯片内所有结构将不再完整。通常的，一个特征器件会出现在样品的多个功能区域，以此为目标器件进行定位，加上多层金属布线的遮蔽，现有技术无法从芯片的正面分辨目标器件的位置，需要先用研磨等方法将一个样品处理到所有的类似器件暴露出来，再通过量测各个器件的尺寸确认目标器件，最后需要拿一个全新的样品，以前一个样品确认的目标位置使用FIB、TEM等工具重新制样后进行各类信息提取。这对于本来原型样品个数就稀少，却要求快速得到分析结果的反向工程是个难点，一次制样失败往往就意味着没有备份样品可以再次尝试，这将直接影响整个设计项目的进度。

本发明提出的集成电路芯片反向工程的定位方法，利用红外线对硅衬底的穿透作用，使用红外光学显微镜从样品背面拍照，再进行拼接，从而获得整个芯片的前段图案。所谓芯片前段是指从硅衬底到接触孔段的各个层次。通过红外照片可以清楚地看到多晶poly和接触孔的位置，由此确定器件类型，然后标注所有可能是目标的器件的位置。

本发明还提出了一种基于上述定位方法的集成电路芯片定点反向工程的制样方法。首先，使用红外光学显微镜从样品背面拍照，再进行拼接，从而获得整个芯片的前段图像；当有了较为明确的目标位置，剩下的工序便同常规FIB截面观测类似。由FIB使用离子束从样品正面开一个约25～100平方微米尺寸的开口，然后按现有技术的分析次序一层层自上而下去除芯片内部的层次到用以量测器件特征尺寸的接触孔cont或多晶Poly层，量测上述尺寸确认是否是目标器件。如果不是，则按照红外照片所示位置，在下一个坐标重复上述工作直到找到目标器件为止。

由上述描述可知，采用本发明的定位和制样方法，不仅使反向工程的特定目标器件量测和分析摆脱了原形样品数量的限制，而且样品的受创面也大大减小，仅仅只有特定目标的可能排列位置被切割、腐蚀去层，其余部分保持完好。本发明方法极大地缩短了分析过程中对目标器件的查找时间，提升了反向工程样品分析的速度，还可以在一个样品上同时完成不同目标器件的定位、分析，以及各自的参数提取工作，进一步在原型样品数量有限的情况下，提升了反向工程分析的成功率。

综上所述，本发明提出的集成电路芯片反向工程的定位和制样方法，能够快速而准确地实现指定器件的定位，节省分析样品的使用数量，提高分析的成功率。

附图说明

图1是现有技术样品正面光学显微镜照片。

图2是本发明实施例中样品背面的红外显微镜的照片。

图3是本发明实施例中所有标注SRAM位置的示意图。

图4是本发明实施例目标SRAM区域开口去层次到接触孔cont的照片。

图5是本发明实施例目标SRAM的截面照片。

图6是本发明方法步骤示意图。

具体实施方式

为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。

其次，本发明利用示意图进行详细的表述，在详述本发明实例时，为了便于说明，示意图不依照一般比例局部放大，不应以此作为对本发明的限定。

下面结合说明书附图对本发明的实施例进一步说明。

本实施例是通过反向工程提取一个SRAM的特征尺寸。

主要的定位和制样步骤如图6所示，具体如下：

首先，使用红外光学显微镜对待分析芯片的背面进行拍照，由于红外线对硅衬底的穿透作用，拍摄区域的前段图案。由于需要清晰的图像，故而采用高倍镜拍摄，所以视野大小受到限制，为得到整个样品的背面照片，必须是多次拍摄并进行图像拼接，具体如图2所示。因为是从样品背面拍摄，因此没有多层布线的干扰，图中可以清晰的看到前段层次，尤其是有源区AA的图案。这直观地指示出器件的分布位置。

接着，按照图像标注所有可能是SRAMcell的位置。如图3所示。本实施例的照片显示，在这个样品中可能是目标SRAM的一共有6处。需要逐一进行通过测量其特征尺寸，予以确认。

下一步，根据背面图像的位置信息，先由FIB定位到1号区域。能的SRAM。使用离子束开一个约10*10平方微米的正方形开口，然后利用离子束轰击逐层从样品顶层起，去层次到可以量测器件尺寸的层次。由于使用离子束轰击这种以垂直方向的物理反应为主的方式去层次，所以只有在约10*10平方微米的正方形开口区域内的结构被去除或破坏。本实施例分别在接触孔cont和多晶Poly两层进行了接触孔的孔径和多晶线宽和宽长比的量测，确认是否是目标SRAM。一号区域去层次到接触孔后，进行孔径测量时的FIB照片，如图4所示。

因为不是目前器件，于是需要定位到2号区域，并重新上述过程，直到找到目标SRAM。

找到目标SRAM后的制样步骤与现有技术相同，一种制备方法：可以继续在FIB中做截面切割；另一种制备方法，可以在制备切割面后提取薄膜样品到TEM，继续结构尺寸参数提取工作。本实施例目标SRAM的截面图如图5所示。

按照上述步骤，在完成SRAM特称尺寸的提取后，整个样品上只有几个大小为10*10平方微米的正方形的缺口，因为被标注为可能SRAM的区域，其内部结构被损坏，而样品的其他部分并没受到影响。因此使用本方法，可以在同一个样品上完成多个不同目标的区域定位，以及多个不同目标结构尺寸参数的提取工作，采用本发明方法能够在样品有限的情况下，大大提升反向工程分析的成功率。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (10)

1.一种集成电路芯片反向工程的定位方法，通过FIB的离子束从样品正面切割开口，从开口区域进入样品去除其内部层次，直到器件特征尺寸的可量测层，然后进行量测确认是否目标器件，其特征在于根据红外光学显微镜对样品背面拍摄的照片确定目标器件的位置。

2.如权利要求1所述的一种集成电路芯片反向工程的定位方法，其特征在于，所述FIB在样品正面的切割开口区域的尺寸为5*5～10*10平方微米。

3.如权利要求1所述的一种集成电路芯片反向工程的定位方法，其特征在于，所述被去除的样品开口区域的内部层次包含保护层、多层金属、介于不同金属层之间的以及介于金属与栅极之间非导电介质和金属连接孔。

4.如权利要求3所述的一种集成电路芯片反向工程的定位方法，其特征在于，通过离子束轰击的方式从开口区域进入样品去除其内部层次。

5.如权利要求1所述的一种集成电路芯片反向工程的定位方法，其特征在于，所述器件特征尺寸的可量测层是指接触孔cont层或多晶poly层。

6.如权利要求1所述的一种集成电路芯片反向工程的定位方法，其特征在于，所述器件特征尺寸是指决定器件技术节点的关键尺寸，包括接触孔cont的孔径和多晶poly的线宽和长度。

7.如权利要求1所述的一种集成电路芯片反向工程的定位方法，其特征在于，所述根据红外光学显微镜拍摄的样品的背面照片能够显示样品前段各层次的图像，根据上述图像，特别是有源区AA的图像，可以确定目标器件的位置。

8.一种集成电路芯片反向工程的定点制样方法，其步骤为：

步骤S1使用红外光学显微镜从样品背面拍摄拍照，并拼接整个芯片的背面图案；

步骤S2根据照片图像标注目标器件可能出现的所有位置；

步骤S3按照片位置逐一检测，寻找目标器件；

步骤S3a通过FIB的离子束，从样品正面的指定位置切割开口；

步骤S3b去除开口区域样品内部层次，直到特征尺寸的可量测层；

步骤3c测量特征尺寸，与目标器件比较，确定结果；

移动到下一个标注的位置，重复上述步骤3，直到找到目标器件；

步骤4按常规后续工序完成制样。

9.如权利要求8所述的一种集成电路芯片反向工程的定点制样方法，其特征在于，步骤S1所述的使用红外光学显微镜从样品背面拍摄拍照，可以穿透硅衬底获得样品前段结构的图案。

10.如权利要求9所述的一种集成电路芯片反向工程的定点制样方法，其特征在于，样品前段结构的图案包含从器件开始到接触孔cont制造完成的所有层次。