這項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
曉查 發(fā)自 凹非寺
量子位 報道 | 公眾號 QbitAI
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(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)計公司，就像識別指紋一樣。
不過研究人員表示，這項技術(shù)的主要用途之一還是是尋找芯片制造與設(shè)計之間的偏差，這些偏差可能表示導(dǎo)致芯片產(chǎn)生錯誤或更壞的情況。因為尋找偏離設(shè)計的問題比對整個設(shè)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(shù)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(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(shù)制造的芯片上測試了該技術(shù)，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(shù)是該團隊于2017年推出技術(shù)的改進，這項技術(shù)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(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(shù)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
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