鐵電液晶的失效分析

鐵電液晶的失效分析

B. PICART, A. ARRANZ, G。技術與失效分析實驗室，BP 27, 33610 Cestas，法國

目前VLSI芯片的復雜性要求強大的工具來檢測可能的缺陷。為了達到這個目的，內部非接觸測試方法，如電子束或激光測試，已經被開發來幫助精確定位電氣缺陷。

本文的目的是描述在IBM COMPEC實驗室用于失效分析的液晶測試方法。這些材料的電光特性允許在芯片表面顯示電信號。

介紹

隨著超大規模集成電路的復雜性和集成度的增加，有必要采用新的電氣測試方法來很好地了解這些電路的內部功能。從每個外部引腳獲得的信息數量不再充足，測試方法需要越來越好的工作工具。此外，集成電路的物理尺寸正在減小，減少了使用直接接觸(機械探針)進行內部測試的可能性。

因此，有必要發展內部非接觸測試方法，如電子束和激光測試?？紤]到上述因素，IBM COMPEC失效分析實驗室與波爾多的Paul Pas- cal研究中心開發了一種鐵電液晶(LC)測試方法。它們的光學特性取決于芯片表面的電場;因此，它已經成為可能的可視化路徑信息和確定區域的信號是存在的。本文的目的是描述該方法的基本概念，并展示其在集成電路故障分析中缺陷定位的可能應用。

液晶

描述

液晶是在晶體相和各向同性相之間顯示不同中間相的化學物質。這些混合物既沒有顯示出晶體固體的方向和位置的順序，也沒有顯示出液體方向和位置的混亂。在弱電場作用下，這些流體易變形，光學性質易發生變化。

074&8017/91/04024W6$05 . oo @ 1991 John Wiley & Sons, Ltd。

圖1所示。各種與溫度有關的相

液晶可以采用不同的內觀相:各向同性(I)、膽甾相(N*)、向列相(N)或近聚體(SA, SC, SC)(圖1)。

這些相變是由溫度變化引起的。離開結晶態時，溫度的升高導致中間相的有序度越來越低(K-SC*- SA- N-N-1)。

鐵電SC液晶

在這種應用中使用的液晶是鐵電近晶型的。SC階段呈現了一個具有平行層的結構。

分子與SC層法線的角度為0:可視化的對比將是8值的直接函數(最佳值是8 = 22'5')(圖2)。

鐵電性和電池尺寸的極限條件保證了液晶的宏觀極化P，這將允許它與電場耦合。P表示LC的電場靈敏度。

根據施加的電場方向，如果E值大于閾值(0.1 V/p,m)，分子就會旋轉。LC分子的初始取向與芯片平行

1991年4月收到

2。近晶C層的結構

表面上，我們有兩個穩定的位置，“向上”和“向下”狀態的電場E(圖3)。

根據光的偏振方向和分子的取向，我們可以觀察到雙折射液晶中的光退偏。

在選擇近晶C液晶時，需要在響應時間和可視化對比之間做出妥協。

樣品制備

樣品的制備要求LC被限制在芯片和名為“反電極”(CE)的導電玻璃板之間(圖4)。反電極有兩個用途:

(a)將LC的厚度限制在10pm以下

(b)選擇我們想要可視化的信號。

為了優化可視化質量，有必要在一個方向上創建分子的初始對準。將試樣放入烘箱中，根據要求的條件降低溫度，完成對中。我們用研磨機將聚合物薄膜(PVA)雕刻在電極的反電極表面，從而使其具有良好的對準方向。一旦分子以兩種穩定狀態中的一種排列，并且電場垂直于芯片，分子就會發生旋轉。

可視化原理

通過電場的作用，可以改變分子的方向。為了把這兩種狀態形象化，它充分

用偏振光照射芯片，觀察反射光穿過偏振器(圖5)。根據內部電場方向，LCs充當光開關。

設備

液晶測試裝置主要配置如下(圖6):

1.帶有交叉偏振器和照相機的光學顯微鏡。對于未來的應用，提高可視化的可觀察性是必須的。這將通過圖像處理技術來實現，使圖像簡化并提高其質量。通過這些改進，將實現DFI(動態斷層成像)方法。在未來，一個激光掃描顯微鏡將專門用于空間站和探測模式項目。

2.字發生器，它模擬芯片并允許電進入被觀察的芯片區域。

3.樣品制備所需的設備。例如，在熱處理過程中，為了使LC分子在一個方向上排列，用PVA雕刻CE的研磨機，也使用PC控制的烤箱來準備這個熱循環。

液晶測試

Zmaging模式

當一個部件被測試時，導電地被提交到各種動態電位，

 

圖3。電場的影響

圖6。工作崗位。IP:圖像處理接口;DUT:被測設備;LC:液晶;CE:對電極

即電路的每個節點都有電場。通過使用反向電極，可以選擇我們想要顯示的信號(圖7和圖8)。

如果測試頻率高于LC的截止頻率，LC只會受到平均電場的影響:這種應用就是“平均場觀測”。

當芯片頻率低于LC頻率時，分子可以隨著電場的變化而旋轉(圖8)，LC狀態隨著信號的傳播而變化。在這個階段，“實時成像”將通過頻閃分析來凍結信號。目前我們在IBM COMPEC實驗室工作的是“平均現場觀察”，測試頻率高于LC，直接通過光學顯微鏡進行觀察。其優點是:彩色圖像和分辨率好。

在平均電場中可以觀察到近晶相和向列相。為了有一個非常好的圖像對比度，有必要使一個完美的排列的分子。

 

數據總線可視化(圖9)。圖片顯示了使用SC*在64K SRAM上的測試序列中可視化電信號。

你可以在測試前觀察樣品，當沒有電壓應用:顏色(這里沒有顯示)提供了一個非常好的分辨率拓撲的信息(1)(圖像a)。

在測試序列期間，數據被寫入內存的數組中。有關的信息

內部電態用LCs突出顯示。因此可以看到數據的傳播、列解碼器和所選的位線(2)。

對A和B圖像進行降噪和相減處理后，得到數據路徑(3)。

最后一幅圖像顯示了圖像處理的結果和信號傳播的可視化(4)。

SRAM 64K通用視圖(圖10)。我們可以很容易地觀察到信號在整個芯片表面的傳播。所述數據寫入在所述存儲器陣列(1)的左側，可在圖(2)的下方看到所述數據總線，并刺激所述列解碼器(3)和行解碼器(4)。

在“平均場觀察”的對比方面，nematics的使用比近晶C給出了更好的結果。在動態電場中，由于nematics的響應時間(1毫秒)，使觀測變得非常困難。電子郵件有更好的響應時間(1ps)，因此提供“實時電子郵件”。

近晶A相位，具有非常好的響應時間(100 ns)，將提供進行更高性能的頻閃分析的可能性。

 

在圖像處理中，使用LCs的優勢是由于圖像是真實的顏色。我們可以對這兩幅圖像進行處理，以便區分它們之間的區別:例如好的部分和有缺陷的部分。這個操作可以讓我們看到wb-ich的“線路”發生了變化，即線路有或沒有電信號。

探測模式

其目的是首先區分集成電路(IC)某一點上的邏輯電平，其次確定此時電信號的時間演化。頻閃觀測法似乎是獲得這些結果的最佳方法。

在這種方法中，激光是平穩的，而IC信號和激光脈沖之間的相位是可變的。在某一相位采集一個或多個樣品后，該激光脈沖被延遲少量，因此允許在不同的相位測量該信號。(圖11)

相對于波形中的某個參考點，每個樣本都是在一個逐漸延遲的時間以等增量進行采集的。在這種模式的實現中有兩個要點:需要產生激光脈沖和對檢測到的信號進行處理(圖12)。有一個

圖10。

聲光調制器的控制信號與隨頻率增加的激光脈沖之間的去相。為了使兩個信號同步，必須處理這個延遲。所檢測到的信號是來自芯片的反射信號，并對這個信號進行處理以獲得實際波形的較慢版本。時間分辨率由時延來表示。我們用它來繪制和可視化檢測到的信號，并將其與應用的IC信號進行比較。

圖11 頻閃模式的原理

激光脈沖寬度等于時間分辨率，而延遲變化的速率或平均值的個數決定了電壓分辨率。利用這種方法，我們希望能將IC的信號可視化到最大值為300 kHz，并能區分IC的邏輯電平，最大值為3 mHz。頻率限制是由于聲光調制器(14mhz)的頻率限制和LCs的響應時間。

向列

向列相在失效分析中是很常見的，通常用于熱點的檢測和用黑白圖像顯示芯片表面的電場。我們在IBM COMPEC實驗室的研究結果允許我們在平面方向上使用介電各向異性大于0的列線圖來進行可視化。在彩色顯示和分辨率方面取得了良好的效果。這一點是非常重要的，因為這是第一次可以獲得彩色成像與N相位。但由于這些LC響應時間較慢(1 ms)，該應用程序只能在非常短的時間內被利用

在低頻或平均電場中觀察。在配準階段，由于使用的純物質相變快，會出現一些缺陷，但采用大溫度范圍的新型混合物可以解決這一問題。

結論

使用SC的液晶的最大優點，不僅僅是顏色，是這種相位的響應時間性能。SC的可以有一個開關- ing時間約ps為1毫秒n .

這種方法的優點是彩色照片的pro -沉,光學顯微鏡的使用,測試是在大氣con -條件,易于設置和操作,最后使用的低成本的設備。

在失效分析實驗室中，它可以作為電子束流測試中通常采用的電壓對比測試的另一種選擇。這種方法已經成功地在16K x 4,64k SRAMs和64K, 256K dram上進行了充分的測試。

此外，在電路的一個節點上進行測量以獲得內部信號的可能性似乎很大。為此，我們將實現第一個“光學振蕩示波器”。此外，在電路的一個節點上進行測量以獲得內部信號的可能性似乎很大。對于這樣的一個應用，我們將實現第一個“光學振蕩示波器”。

轉載請注明精川材料檢測地址：www.ahmedelazab.com