Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-4347
Main Title: Electro optical frequency modulation on silicon integrated circuits with 1300nm and 1064nm laser sources
Translated Title: Electro-Optical-Frequency-Modulation (EOFM) an siliziumbasierten integrierten Schaltungen mit 1300nm und 1064nm Laser
Author(s): Pagano, Carlo
Referee(s): Boit, Christian
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät IV - Elektrotechnik und Informatik
Type: Doctoral Thesis
Language: English
Language Code: en
Abstract: Ein zentrales Ziel der modernen Fehleranalyse ist das Probing elektrischer Signale von einzelnen Punkten im Inneren integrierter Schaltkreise. Hierbei ist das mechanische Messverfahren die am weitesten verbreitete Methode. Diese birgt jedoch einige Schwierigkeiten in sich: So ist es z. B. unmöglich, auf spezifische interne Punkte einer Schaltung zuzugreifen, weswegen sich in der Fehleranalyse mit der Zeit kontaktlose Messtechniken immer stärker durchgesetzt haben. Auch im Hinblick auf die ständig steigende Anzahl von in der Halbleitertechnologie verwendeten Metallschichten weisen kontaktlose Messungen Vorteile auf, da diese üblicherweise von der Rückseite des Chips her durchgeführt werden und somit ertragreicher sind. In der vorliegenden Dissertation wird eine neue, verhältnismäßig einfach umzusetzende laserbasierte Probing-Technik vorgestellt, die sogenannte „Electro Optical Frequency Modulation“ (EOFM). Mit ihr lassen sich elektrische Signale auf der Rückseite integrierter Schaltkreise aufspüren. Im Gegensatz zu den herkömmlichen Verfahren wird hierzu ein Laser-Raster-Mikroskop gemeinsam mit weiteren, in jedem Labor verfügbaren Messgeräten verwendet, beispielsweise mit einem Spektrumanalysator oder, wie in dieser Arbeit, mit einem Lock-In-Verstärker. Für die experimentelle Analyse im Rahmen dieser Forschungsarbeit wurden Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs) der Firma Infineon Technologies AG in einer Schichtdicke von 120 nm benutzt, die mit Laser-Quellen zweier verschiedener Wellenlängen, 1064 nm und 1300 nm, sowie einer Superlumineszenzdiode mit einer Emissionswellenlänge von 1300 nm belichtet wurden. Zur Überprüfung der o. g. Analyse wurden darüber hinaus auf Halbleitergrundstrukturen, wie einem p-n-Übergang in Sperrrichtung und einem Metalloxidhalbleiter-Varaktor (MOS-Varaktor) in Inversion, 1D-Simulationen der Laserbeleuchtung angefertigt. Bei diesen wurden verschiedene Wellenlängen simuliert. Die Absicht bestand darin, die Signale aus den unterschiedlichen Transistorengebieten (Gate und Drain) besser interpretieren zu können. Zudem wurde versucht, den hier präsentierten Messaufbau zusätzlich zur Analyse komplexer Schaltkreise zu verwenden. Dies gelang erfolgreich und eröffnet somit die Möglichkeit, die EOFM-Technik auch in Zukunft anzuwenden.
Probing integrated circuits to obtain signal waveforms at various nodes is one of the aims of the modern failure analysis. Mechanical probing is the most widely employed way for these measurements, but it presents several limits such as difficult access to specific locations inside the device. As a result, contactless measurement techniques have become more and more common. Moreover, because of the increasing number of metallization layers, such measurements are often performed from the backside of the chip. In this work, a new and simple laser-based technique for the detection of the signals from the backside of integrated circuits will be presented: the Electro Optical Frequency Modulation (EOFM). Differently to the conventional systems, a Laser Scanning Microscope (LSM) has been employed in combination with measurement instruments available in every electronics laboratory, such as a lock-in amplifier (used in this work) or a spectrum analyzer. With the aim of understanding the different signal signatures coming from different regions of a single transistor (gate and drain), 1D-Simulations of the laser illumination on elementary structures such as, a reverse pn-junction and a MOS-varactor in inversion, have been performed considering different wavelengths. The experimental analyses were performed on MOS, transistors manufactured in 120-nm-technology by Infineon Technologies AG, considering laser sources with two different wavelengths, 1064 nm and 1300 nm, and a super luminescence emission diode (SLED) source at 1300 nm. Finally, the setup has been successfully tested also on more complex circuits which suggest the suitable future utilization of this technique.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus4-62771
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/4644
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-4347
Exam Date: 16-Jul-2014
Issue Date: 31-Mar-2015
Date Available: 31-Mar-2015
DDC Class: 600 Technik, Technologie
Subject(s): Fehleranalyse
Rückseitentechnik
Laser-Voltage-Probing (LVP)
berührungslose Messung
Raumladungszone
p-n-Übergang
Absorptionskoeffizient
Reflexionsgrad
Failure analysis
backside techniques
laser voltage probing
contactless measurement
space charge region
p-n junction
absorption coefficient
reflectance
Creative Commons License: https://creativecommons.org/licenses/by/3.0/de/
Appears in Collections:Technische Universität Berlin » Fakultäten & Zentralinstitute » Fakultät 4 Elektrotechnik und Informatik » Institut für Hochfrequenz- und Halbleiter-Systemtechnologien » Publications

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
pagano_carlo.pdf11.39 MBAdobe PDFThumbnail
View/Open


Items in DepositOnce are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.