這項X射線技術讓芯片無秘密可言：納米級還原內(nèi)部構(gòu)造 現(xiàn)已破解16nm芯片

現(xiàn)在掃描芯片內(nèi)部的硬件構(gòu)造可以像給人體做CT掃描一樣了。

來自瑞士Paul Scherrer研究所、美國南加州大學的科學家們發(fā)明了一種新的X射線顯微鏡，在不破壞芯片的情況下，就能知道其內(nèi)部的構(gòu)造，發(fā)現(xiàn)芯片中可能存在的硬件后門。

這臺顯微鏡的精度很高，目前已經(jīng)在16nm FinFET芯片上實驗成功，并且能夠輕松擴展到現(xiàn)在主流的7nm工藝芯片。

研究人員把這項技術叫做疊層X射線斷層照相術（ptychographic X-ray laminography），該成果已經(jīng)發(fā)表在Nature子刊Electronics上。

該技術不僅能夠破解芯片的內(nèi)部構(gòu)造，還能確定芯片的代工廠、設計公司，就像識別指紋一樣。

不過研究人員表示，這項技術的主要用途之一還是是尋找芯片制造與設計之間的偏差，這些偏差可能表示導致芯片產(chǎn)生錯誤或更壞的情況。因為尋找偏離設計的問題比對整個設計進行反向工程更容易。

范圍大、精度高、速度快

通常情況下，對芯片進行逆向工程是個非常耗時的過程。其中涉及到費力地去除芯片中納米級的連接層，并使用不同層次的成像技術對它們進行映射。

因為一般來說，顯微鏡的分辨率越高，其掃描的范圍就越小，這就需要用于較大尺度特征的光學顯微鏡到用于最小尺度特征的電子顯微鏡一系列設備。

而來自Paul Scherrer研究所制造的這臺顯微鏡，可以只使用一臺設備掃描完整個芯片，掃描范圍達到了12×12mm，輕松容納下iPhone的A12芯片。

研究人員16nm工藝技術制造的芯片上測試了該技術，用30小時就掃描了300×300微米的區(qū)域，然后放大了直徑40微米的區(qū)域，生成了分辨率為18.9納米的3D圖像。如上圖所示。

用高能X射線掃描

這項新技術是該團隊于2017年推出技術的改進，這項技術得以快速發(fā)展的主要原因是照射光源的進步。

他們使用了第三代同步輻射裝置的相干X射線束來照射芯片，從芯片散射和衍射的數(shù)據(jù)還原出其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

在這項新技術中，研究人員將裸芯片拋光至20微米的厚度，然后以61度傾斜的角度放置在掃描平臺上。然后，當X射線束聚焦到芯片上時旋轉(zhuǎn)芯片，由光子計數(shù)相機來接收不同角度的衍射圖樣。

隨著更高強度X射線光源的出現(xiàn)，獲取衍射圖樣的時間也會大大縮短，從而實現(xiàn)更高的分辨率和更快的處理速度。

研究人員說，未來的薄層掃描技術可能會達到2nm的分辨率，或者將對300×300微米的低分辨率檢查時間縮短到不超過一個小時。

參考鏈接：

https://spectrum.ieee.org/nanoclast/semiconductors/design/xray-tech-lays-chip-secrets-bare

論文地址：

http://dx.doi.org/10.1038/s41928-019-0309-z