這項(xiàng)X射線技術(shù)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(xué)的科學(xué)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(shí)驗(yàn)成功，并且能夠輕松擴(kuò)展到現(xiàn)在主流的7nm工藝芯片。

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

該技術(shù)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(shè)計(jì)公司，就像識別指紋一樣。

不過研究人員表示，這項(xiàng)技術(shù)的主要用途之一還是是尋找芯片制造與設(shè)計(jì)之間的偏差，這些偏差可能表示導(dǎo)致芯片產(chǎn)生錯(cuò)誤或更壞的情況。因?yàn)閷ふ移x設(shè)計(jì)的問題比對整個(gè)設(shè)計(jì)進(jìn)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(jìn)行逆向工程是個(gè)非常耗時(shí)的過程。其中涉及到費(fèi)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(shù)對它們進(jìn)行映射。

因?yàn)橐话銇碚f，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(xué)顯微鏡到用于最小尺度特征的電子顯微鏡一系列設(shè)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(shè)備掃描完整個(gè)芯片，掃描范圍達(dá)到了12×12mm，輕松容納下iPhone的A12芯片。

研究人員16nm工藝技術(shù)制造的芯片上測試了該技術(shù)，用30小時(shí)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(xiàng)新技術(shù)是該團(tuán)隊(duì)于2017年推出技術(shù)的改進(jìn)，這項(xiàng)技術(shù)得以快速發(fā)展的主要原因是照射光源的進(jìn)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(xiàng)新技術(shù)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(dāng)X射線束聚焦到芯片上時(shí)旋轉(zhuǎn)芯片，由光子計(jì)數(shù)相機(jī)來接收不同角度的衍射圖樣。

隨著更高強(qiáng)度X射線光源的出現(xiàn)，獲取衍射圖樣的時(shí)間也會(huì)大大縮短，從而實(shí)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(shù)可能會(huì)達(dá)到2nm的分辨率，或者將對300×300微米的低分辨率檢查時(shí)間縮短到不超過一個(gè)小時(shí)。

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