Failure Analysis & Laser Voltage Probing

Les techniques de 'laser voltage probing' (LVP) et de 'laser voltage imaging' (LVI) sont des techniques utilisées dans l'analyse des défaillances électroniques pour étudier des dispositifs individuels et des puces complètes pendant qu'ils fonctionnent dans un mode contrôlé.

Le dispositif à tester est excité par un signal spécifique, tel qu'une horloge ou un motif de données pour les puces numériques et une forme d'onde contrôlée pour les puces analogiques. L'objet testé - généralement préparé en amincissant son substrat pour minimiser l'absorption de la lumière - est ensuite éclairé par un laser à onde continue. Une photodiode enregistre la lumière réfléchie, qui est modulée par la densité de porteurs et, par conséquent, par le signal électrique dans le point d'interaction. Le signal détecté par la photodiode peut ainsi être comparé au comportement attendu de la puce. Les lasers infrarouges ont été le choix privilégié pour les techniques LVP et LVI, mais la diminution de la taille des transistors et l'augmentation de leur densité exigent un passage à des longueurs d'onde plus courtes pour assurer une résolution plus élevée.

La technique LVP exige que le laser soit focalisé sur un point spécifique de la puce, tandis que dans la technique LVI le faisceau laser se déplace par rapport à la puce en suivant un modèle de trame pour créer une image bidimensionnelle de la puce. L'objectif de la première technique est d'obtenir des mesures de haute précision à des emplacements spécifiques de la puce : l'observation de la phase du signal, par exemple, est utile pour dériver le délai de propagation du signal. D'autre part, la technique LVI vise à créer des images bidimensionnelles de la puce pour les comparer aux dessins CAO et évaluer le comportement de la puce dans des conditions de fonctionnement données.

La modulation du signal réfléchi est plutôt faible, et le signal lui-même est absorbé par l'épaisseur résiduelle du substrat. Ces conditions difficiles nécessitent des instruments sensibles et à faible bruit pour la mesure et l'analyse du signal, en particulier lorsqu'on utilise la lumière visible pour laquelle l'absorption du substrat est plus forte.

Le signal provenant de la photodiode est acquis à l'aide d'un analyseur de spectre centré sur la fréquence de répétition du motif de données ou sur la fréquence d'horloge et avec une largeur de bande de mesure choisie en fonction de la vitesse de mesure requise et des considérations de bruit. En outre, les systèmes LVP/LVI comprennent un oscilloscope pour visualiser la forme d'onde réfléchie et mesurer la phase du signal pour les mesures du délai de propagation.

Une détection synchrone présente plusieurs avantages par rapport à un système LVP/LVI traditionnel :

• Un rapport signal-sur-bruit (SNR) plus élevé, grâce à un bruit d'entrée plus faible et à un réglage plus fin des propriétés du filtre.
• Informations sur la phase, utiles pour séparer les zones inverseuses et non inverseuses sur la puce et distinguer les zones dopées p et n.

• Mesures de haute précision du délai de propagation des signaux grâce aux informations de phase.
• Interfaçage analogique et numérique.

Un SNR plus élevé permet d'obtenir des images plus claires et des temps d'enregistrement plus courts ; l'accès aux informations de phase permet d'augmenter la résolution effective qui peut être obtenue.

Un boxcar averager offre également des capacités avantageuses pour les mesures LVP/LVI :

• Un SNR encore plus élevé (pour une durée de mesure comparable).
• La mesure de signaux dont le rapport cyclique est bien inférieur à 50%.
• Une sélectivité élevée dans le domaine temporel, utile pour les mesures nécessitant une discrimination temporelle précise (avec de longues configurations binaires ou des délais de propagation de signaux spécifiques, par exemple).
• La distinction entre zones dopées p et n.

• La détection synchrone UHFLI offre les capacités nécessaires pour toutes les approches LVP/LVI dans un seul boîtier et une seule interface utilisateur en intégrant deux unités de détection synchrone, un oscilloscope numérique, un analyseur de spectre, deux unités boxcar averager (avec l'option UHF-BOX), et un analyseur de formes d'ondes périodiques (PWA) pour visualiser et enregistrer la forme d'onde réfléchie ou le modèle de données (avec l'option UHF-BOX).
• L'option UHF-AWG permet de générer les signaux d'excitation du dispositif à tester sans matériel supplémentaire. Qu'il s'agisse de modèles d'impulsions avec un contrôle total de tous les paramètres d'impulsion ou de formes d'onde véritablement arbitraires pour piloter des puces analogiques, le langage séquentiel (semblable au langage de programmation C) de l'UHF-AWG garantit une extrême précision de synchronisation.
• Toutes les fonctionnalités de l'UHFLI peuvent être utilisées en parallèle, de sorte que vous pouvez exécuter toutes les approches (analyseur de spectre, détection synchrone et boxcar averaging) simultanément et choisir le meilleur résultat pour chaque cas.

• Il est possible d'effectuer des mesures résolues dans le temps, par exemple en isolant des bits spécifiques dans un motif ou en mettant en évidence uniquement les zones de la puce présentant un retard de propagation du signal spécifique : les deux unités de boxcar averaging facilitent la mise en œuvre de mesures complexes résolues dans le temps.
• L'UHFLI peut mesurer jusqu'à 8 harmoniques simultanément et produire une image pour chacune. De plus, l'option UHF-MF permet de mesurer en parallèle des signaux à des fréquences complètement différentes : ceci est important pour caractériser un circuit analogique à plusieurs points de fréquence en parallèle, par exemple.
• Grâce à un module d'imagerie dédié, vous pouvez acquérir des images LVI directement dans le logiciel LabOne.