吕辰看着那张示意图,沉默了几秒。
设计规则问题。
这就是说,不是工艺不行,是版图画得不够好。
有救。
吕辰站起来,“用显微镜看。”
吕辰把一块短路的芯片放在载物台上,调好焦距,眼睛凑到目镜上。
视野里,是密密麻麻的金属走线,横平竖直,整整齐齐。
他沿着电源总线,一点一点地看。
从芯片的左边,看到右边。从上边,看到下边。从电源引脚,看到地引脚。
没有。
没有发现明显的“毛刺”或“凸起”。
那些不该连的线,并没有连上。
“怪了。”他直起腰,揉了揉眼睛,“看不出问题。”
诸葛彪凑上去看,也看了半天,同样摇摇头:“确实没有明显的短路点。”
钱兰想了想:“会不会是过刻蚀?”
“过刻蚀?”吕辰看着她。
“对。”钱兰说,“光刻的时候,曝光时间太长,或者显影时间太长,该留下的线条被刻掉了,不该留下的线条反而留下了。但那个‘不该留下的线条’,可能细得肉眼看不见。”
吕辰点点头:“那就不是显微镜能看出来的了。”
他沉默了几秒,然后说:“但有一个规律,所有短路的芯片,形态都一样,都集中在寄存器堆。这说明不是随机缺陷,是设计规则问题。”
诸葛彪懂了:“你是说,那两条线的间距,在理论上是够的,但实际工艺有偏差。只要稍微有点过刻蚀,就会连上?”
“对。”吕辰说,“这是版图的问题,不是工艺的问题。”
钱兰在笔记本上记下来:“建议检查寄存器堆区域的版图,看看有没有间距刚好卡在设计规则下限的地方。”
吕辰点点头。
短路的问题,暂时查到这里。
接下来,是击穿。
击穿比短路更可怕。
因为它意味着材料本身被破坏了。
电流太大,电压太高,把芯片内部的晶体管烧坏了。
就像雷劈过一样,留下一个焦黑的坑。
“这个难查。”诸葛彪说,“击穿点在芯片内部,用显微镜看不见。”
吕辰想了想:“那就剥开来看看。”
“剥开?”
“破坏性物理分析。”吕辰说,“用发烟硝酸煮开封装,把芯片露出来。然后用层剥法,一层一层腐蚀掉钝化层、金属层。每剥一层,就用显微镜看一次。”
钱兰吸了一口冷气:“那不是把芯片毁了?”
“反正已经击穿了,留着也没用。”吕辰说,“与其扔掉,不如看看里面到底发生了什么。”
诸葛彪点点头:“有道理。找到那个击穿点,就能知道是工艺问题还是设计问题。”
他顿了顿,又说:“但咱们这儿没有发烟硝酸,也没有层剥的设备。要做这个,得去真空所。”
“对。”吕辰点头,“正好利用他们的扫描电镜验证机,虽然分辨率还不够高,但看击穿点应该够了。而且他们有化学腐蚀的设备,专门做材料分析的。”
说做就做,三人把芯片装回箱子。
一路顶风冒雪,两个小时后,来到了真空所。
报过门卫登记,顾赟把三人带到电镜实验室,文昭南教授听说三人的来意,立即让刘建军和李敏华开始准备。
不一会儿,刘建军端着一个棕色的玻璃瓶过来,发烟硝酸就装在瓶里,瓶口冒着淡淡的黄烟。
李敏华戴上橡胶手套,按照吕辰的要求,把一块击穿的芯片放进一个特制的烧杯里,倒上发烟硝酸。
烧杯下面点着酒精灯,加热。
硝酸沸腾起来,冒着黄色的烟雾,刺鼻的气味弥漫在整个房间里。
十几分钟后,黑色的环氧树脂封装开始软化,脱落,露出里面银灰色的晶圆。
她用镊子把晶圆夹出来,放在电镜的物镜台下。
文昭南教授亲自操作,电子枪启动,一番调试后。
“成了!”
吕辰三人凑过去观看。
“有坑。”
显微镜下,晶圆表面确实有一个微小的熔坑,像被雷劈过的小坑,周围还有一圈烧焦的痕迹。
“坐标。”钱兰掏出一张版图。
诸葛彪用刻度尺,读出熔坑的坐标。
钱兰在版图上找到那个位置。
“是晶体管的栅氧化层。”她说。
三个人对视一眼。
又是集中在同一个区域。
李敏华又煮了几块击穿的芯片。
结果都一样,熔坑都在栅氧化层上,位置略有差异,但都在晶体管区域。
“不是测试问题。”他说,“如果是静电打坏的,熔坑应该随机分布,不会都集中在栅氧化层。”
钱兰点点头:“也不是工艺问题?如果是工艺问题,那应该是随机缺陷,不会每一块都打在栅氧化层上。”
吕辰想了想:“那就是设计问题。那个区域的晶体管,尺寸太小了。”
他指着版图上的某个位置:“你看,这里的晶体管,栅长和栅宽都是设计规则允许的最小值。如果工艺有波动,实际做出来的晶体管比设计的还小,电场强度就会增大,超过材料的击穿阈值。”
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诸葛彪点点头:“有道理。栅氧化层就那么薄,电压一高,就打穿了。”
“得改版图。”钱兰在笔记本上记下来,“加大晶体管的尺寸,留出足够的余量。”