Mesures de la taille du faisceau illuminant le silicium par injection en face avant

Nous avons souhaité estimer expérimentalement l’effet de la réduction de la taille du faisceau laser. Pour ce faire, nous avons réalisé une campagne d’injection par la face arrière du circuit en réduisant progressivement la taille du faisceau jusqu’à obtenir un taux de fautes mono-octet équivalent à celui obtenu par la campagne d’injection par face avant précédente (faisceau 125µm de

diamètre). Ici on fait l’hypothèse que le résultat obtenu en injectant par la face arrière est équivalent à une injection par la face avant, sans ligne de métallisation. La figure II-9 représente le taux de faute mono-octet en fonction de la taille du faisceau. Comme attendu, plus la taille du faisceau est grande et plus le taux de fautes mono-octet est faible. Le taux de 78% de fautes mono-octet, obtenu en face avant, est atteint avec une taille de 5µm de diamètre en face arrière. Paradoxalement, pour ce circuit, cette mesure montre que l’injection avec un faisceau laser large par la face avant est aussi efficace que l’injection par la face arrière avec un faisceau de 5µm de diamètre.

Figure II-9: Taux de faute mono-octet en fonction de la taille du faisceau pour l'injection en face arrière

Ce résultat expérimental correspond aux règles appliquées lors de la conception de ce circuit. En effet, six niveaux de lignes de métallisation sont utilisés. Les deux premiers niveaux de métal forment une grille régulière dont les « carreaux » ont une largeur de 12µm et sont espacés de 8µm.

Ces « trous » de 8µm*8µm correspondent à la taille de 5µm*5µm mesuré en injectant en face arrière.

Les 4 niveaux inférieurs sont quant à eux composés de lignes de métaux large seulement de 0,8µm et espacées de 0,8µm au moins. Ils n’agissent donc que très peu en tant qu’écran. De plus la taille des bascules utilisées pour mémoriser les bits de données est de 4,8µm*5,6µm. Ainsi, la disparité observée dans les taux de tir mono-octet et mono-bit observés précédemment s’explique par le fait que lors d’une injection par la face avant, certains éléments de mémorisation sont occultés par les lignes de métaux.

On peut conclure des expériences précédentes, qu’avec un équipement de bas coût, i.e. des optiques ne permettant pas une focalisation fine, les attaques par la face arrière du circuit semblent difficiles à mener. En effet, il est difficile pour cette méthode d’injection d’obtenir des fautes de type mono-bit ou mono-octet, qui sont les plus courantes pour des attaques en fautes. De plus, paradoxalement, l’injection par la face avant avec un faisceau large permet d’obtenir ce type de faute et donc de pouvoir réaliser des attaques en fautes.

Cependant, cet avantage tend à disparaître au profit de l’injection par la face arrière. En effet, sur les technologies plus récentes que celle utilisée pour l’expérimentation (130nm) le nombre de niveaux de ligne de métallisation a augmenté de manière considérable. La figure II-10 présente l’évolution du nombre de niveau de métallisation en fonction du nœud technologique. Ainsi pour les technologies 65nm, 10 niveaux de métallisations sont utilisés pour assurer le fonctionnement d’un circuit. Avec un tel nombre de niveaux, les zones d’ombres sont beaucoup plus étendues, il faut alors s’interroger sur la possible obtention de fautes exploitables en utilisant l’injection par la face avant.

Figure II-10: Nombre de niveaux de métallisation en fonction du nœud technologique [45]

De plus, afin d’assurer la planéité du wafer lors de la fabrication en fonderie, l’espace entre les lignes des métallisations sont remplis par un matériau diélectrique. Cette planéité est nécessaire afin de réaliser les opérations de polissage chimique et mécanique de la fabrication du circuit. Pour des technologies inférieures à 65nm, des contraintes supplémentaires sont nécessaires lors de la réalisation du circuit. En plus de l’ajout du matériau diélectrique, des « tuiles » (lignes de métallisation ne transportant aucun signal) sont ajoutées afin de combler les espaces dans chaque niveau de métallisation.

Cette comparaison a fait l’objet de la publication [32].

L’injection laser peut être effectuée par la face avant ou arrière d’un circuit. L’injection par la face avant ne nécessite qu’une ouverture du boitier. Par contre, le circuit pour l’injection en face arrière doit être aminci afin de réduire l’épaisseur de silicium traversée par le faisceau et ainsi réduire les pertes d’énergies. Suivant le banc laser à disposition et la cible de l’injection, l’une de ces deux méthodes présente plus d’avantages en termes de fautes exploitables pour une attaque. L’injection face avant peut permettre d’obtenir plus facilement des fautes exploitables même avec un banc laser de qualité moyenne en termes de focalisation spatiale du faisceau, et ce pour des technologies « anciennes » que par une injection par la face arrière avec la même focalisation spatiale. Les lignes de métal présentes à la surface du circuit agissent comme un miroir pour le faisceau, réduisant ainsi la zone de silicium illuminée. Cependant les zones pouvant être illuminées sont dépendantes du layout du circuit et des lignes de métallisations. Ces résultats ne sont plus vérifiés pour des technologies plus récentes où des lignes métalliques supplémentaires sont ajoutées afin de répondre aux contraintes de conception du circuit. Pour ces technologies, l’injection par la face arrière est préférable. Cependant afin d’obtenir des fautes exploitables la focalisation du faisceau doit être plus importante, ce qui entraîne un coût plus élevé sur l’achat du banc laser. Dans le chapitre suivant, une mise à jour du modèle électrique des transistors 28nm Bulk est réalisée. Ensuite un nouveau modèle électrique est établi pour la technologie 28nm FDSOI.