Techniques lasers pompe

Il existe un grand nombre de techniques laser développées dans le cadre de l’analyse de défaillance des circuits intégrés. Celles destinées à l’usage industriel sont principalement des techniques pompes car elles sont non invasives et simples à mettre en œuvre. L’effet de la

perturbation induite par le faisceau laser peut être directement mesuré électriquement aux bornes du circuit. Même si leurs résolutions ne permettent pas toujours de résoudre les défauts, l'apport d'énergie localisée permet de pré-localiser les structures à l'origine de la mise en défaut du circuit.

I.4.2.1. Statiques

La stimulation laser par faisceau continu permet d’induire deux types d’effets qui

régissent de mécanismes d’absorption différents. Si l’énergie des photons utilisés est

inférieure au gap du semiconducteur, la stimulation sera thermique STL ("Stimulation Thermique Laser"). Dans le cas contraire, il y a création de porteurs donc une stimulation photo-électrique SPL ("Stimulation Photoélectrique Laser").

La technique d’injection de charges par laser OBIC ("Optical Beam Induced Current") consiste à mesurer le courant de l’alimentation du composant en fonction de la position du

faisceau laser. La Figure I-10 illustre le courant en fonction de la position du laser dans une jonction pn.

La jonction est alimentée par une source de tension, ce qui permet d’observer l’évolution du courant induit par le passage du faisceau laser et de cartographier les zones actives du circuit. De nombreux défauts peuvent être à l’origine de la variation de la sensibilité des zones de collection mais la résolution est aujourd’hui limitée par la diffusion de

porteurs générés.

P hoto-C ourant I(A )

F ais c eau L as er

Etat de l’art des techniques optiques de localisation de défauts

35

La technique LIVA est similaire, elle utilise non pas une source de tension mais une source de courant constante. Les variations induites par le laser sont directement visibles aux

bornes de l’alimentation. Cette technique est plus sensible car la tension du circuit permet la

mesure du courant permettant de localiser les défauts dans le substrat ou les jonctions.

Ces deux techniques ne sont pas capables de mesurer de très faibles variations de courant dans un circuit sous tension car la signature laser est noyée dans le bruit de la consommation nominale du circuit. Ces techniques sont performantes dans des structures élémentaires de grandes dimensions comme les composants de puissance.

Des techniques dites semi-dynamiques ont été développées ; elles utilisent une stimulation électrique ou optique non statique durant le balayage du faisceau laser [Sanchez 2007].

I.4.2.2. Semi-dynamiques

Les techniques semi-dynamiques utilisent les mêmes sources lasers que les techniques

dites statiques. Ces techniques ont pour but d’analyser des circuits plus complexes.

Les techniques dites DLS ("Dynamic Laser Stimulation") on été développées pour détecter les défauts non adressables en stimulation statique. La mesure est basée sur la

sensibilité du circuit sous l’influence du faisceau laser et de son état de polarisation. Les

conditions de test sont déterminées à partir du plot fonctionnel du circuit. Le shmoo-plot est un graphique à deux dimensions qui consiste à déterminer la limite de fonctionnement du circuit en fonction de deux paramètres critiques comme la tension d’alimentation en

fonction de la fréquence de fonctionnement Figure I-11a. Dans certain cas, il peut nous renseigner sur la nature du défaut par comparaison avec les bases de données de shmoo-plot

établies à partir des résultats d’analyses précédentes.

Tableau I.2 : Techniques de stimulation par faisceau laser continu statiques

OBIRCh TIVA CC-OBIRCh TBIP et XIVA SEI Stimulation électrique Source Tension DC Source Courant CC Source Tension + Self Source Courant CC Sonde ^{Amplificateur de} courant Amplificateur de tension Amplificateur tension Amplificateur tension Paramètre mesuré V R R I ^   2 IRI _I _^R_R^V _{V QT}

Etat de l’art des techniques optiques de localisation de défauts

36

Pour basculer d’un état fonctionnel à un état non-fonctionnel sous l'influence d'un

faisceau laser, le circuit est polarisé dans des conditions limites de fonctionnement ou disfonctionnement "à la frontière du shmoo-plot" représenté Figure I-11a.

Il existe plusieurs types de techniques semi-dynamiques basées sur le test fonctionnel (Pass/Fail) suivant le schéma Figure I-11b. Les trois techniques les plus répandues sont : la technique LADA ("Light Assisted Device Alteration"), SDL ("Soft Defect Localisation") et RIL ("Resistive Interconnection Localisation").

Pour les circuits les plus complexes à stimuler électriquement, un testeur est nécessaire

pour envoyer les différents patterns de test durant l’irradiation laser d’un pixel. La synchronisation du système optique avec la stimulation électrique n’étant pas évidente avec

les outils industriels, l'utilisation d'un déplacement continu du faisceau laser est préconisée. Pendant le balayage, la vitesse de déplacement est définie de façon à pourvoir exécuter tous les vecteurs de tests pour chaque pixel.

Pour diminuer le nombre de vecteurs de tests par pixel, les laboratoires ont développé des diagnostiques ATPG ("Automatic Test Pattern Generation") [Machouat 2008]. Ce sont des routines de test qui choisissent automatiquement les vecteurs de test en fonction des résultats obtenus durant les tests électriques et permettent d'augmenter la vitesse de balayage laser. Cette technique permet en partie de repousser la limitation due à la taille d'irradiation du spot laser Figure I-12.

Fréquence Tens ion d ’al im e nt at ion Position Laser Source Laser Microscope Scanner optique DUT Testeur électrique Ordinateur de control Interface utilisateur Pass/Faill Déclanchement laser Réglage de paramètres de la source laser a) b)

Figure I-11 : a) Schmoo-plot fonctionnel fonction de la tension d'alimentation versus fréquences de fonctionnement. b) Configuration classique DLS [Beaudoin 2005].

Etat de l’art des techniques optiques de localisation de défauts

37

Les résultats obtenus sont sous forme de cartographies constituées des positions du

laser qui ont contribué au changement d’état du circuit.

Les techniques semi-dynamiques les plus avancées utilisent des sources lasers modulées ou des vecteurs de test de longueur variables pour réaliser des mesures paramétriques [Deyine 2009].

I.4.2.3. Dynamiques

La technique DVM ("Delay Variation Mapping") a été développée pour réaliser des mesures paramétriques sur des circuits fonctionnels. Le testeur électrique génère un signal de référence temporelle permettant de mesurer des variations de délai de propagation induits par le passage du faisceau laser dans les structures Figure I-13 a.

Nous obtenons une cartographie des zones sensibles du circuit à partir des délais mesurés en fonction de la position du laser. Il est possible d'effectuer des mesures de phase entre le signal de référence et le signal en sortie du composant [Sanchez 2005] comme illustré Figure I-13. Mesure du retard Signaux de Sortie Vecteurs de Test Trigger a) b)

Figure I-13 Principe de mesure DVM b) Cartographie du délai induit par laser dans une chaîne d'inverseurs [Sanchez 2007]

Figure I-12 : Diagnostique ATPG avec utilisation des vecteurs testés concernant les nœuds sous irradiation laser [Machouat 2008].

Etat de l’art des techniques optiques de localisation de défauts

38

I.4.3. Techniques de stimulation laser disponibles dans les équipements