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使用量子金刚石显微镜对 8 nm 工艺节点芯片和 3D 电流分布进行矢量磁流成像 Sean M. Oliver, 1,2,*
摘要 业界采用三维 (3D) 微电子封装的趋势日益增长，这要求开发新的创新型故障分析方法。为此，我们的团队正在开发一种称为量子金刚石显微镜 (QDM) 的工具，该工具利用金刚石中的一组氮空位 (NV) 中心，在环境条件下同时对微电子进行宽视野、高空间分辨率的矢量磁场成像 [1,2]。在这里，我们展示了 8 nm 工艺节点倒装芯片集成电路 (IC) 中的二维 (2D) 电流分布和定制多层印刷电路板 (PCB) 中的 3D 电流分布的 QDM 测量结果。倒装芯片中 C4 凸块发出的磁场在 QDM 测量中占主导地位，但这些磁场已被证明可用于图像配准，并且可以减去它们以分辨芯片中微米级相邻的电流轨迹。通孔是 3D IC 中的一个重要组件，由于其垂直方向，因此仅显示 B x 和 B y 磁场，而使用传统上仅测量磁场 B z 分量（正交于 IC 表面）的磁强计很难检测到这些磁场。使用多层 PCB，我们证明了 QDM 能够同时测量 3D 结构中的 B x 、B y 和 B z 磁场分量，这对于在电流通过层之间时解析通孔产生的磁场非常有利。两个导电层之间的高度差由磁场图像确定，并与 PCB 设计规范相符。在我们为以下提供进一步 z 深度信息的初始步骤中
使用量子金刚石显微镜对 8 nm 工艺节点芯片进行矢量磁流成像和 3D 电流分布
业界越来越倾向于采用三维 (3D) 微电子封装，这要求开发新的创新型故障分析方法。为此，我们的团队正在开发一种称为量子金刚石显微镜 (QDM) 的工具，该工具利用金刚石中的一组氮空位 (NV) 中心，在环境条件下同时对微电子进行宽视野、高空间分辨率的矢量磁场成像 [1,2]。在这里，我们展示了 8 nm 工艺节点倒装芯片集成电路 (IC) 中的二维 (2D) 电流分布和定制多层印刷电路板 (PCB) 中的 3D 电流分布的 QDM 测量结果。倒装芯片中 C4 凸块发出的磁场在 QDM 测量中占主导地位，但这些磁场已被证明可用于图像配准，并且可以减去它们以分辨芯片中微米级相邻的电流轨迹。通孔是 3D IC 中的一个重要组件，由于其垂直方向，因此仅显示 B x 和 B y 磁场，而使用传统上仅测量磁场 B z 分量（与 IC 表面正交）的磁强计很难检测到这些磁场。使用多层 PCB，我们证明了 QDM 能够同时测量 3D 结构中的 B x 、B y 和 B z 磁场分量，这对于在电流通过层间时解析通孔磁场非常有利。两个导电层之间的高度差由磁场图像确定，并且与 PCB 设计规范一致。在我们最初使用 QDM 为复杂 3D 电路中的电流源提供更多 z 深度信息的步骤中，我们证明了由于麦克斯韦方程的线性特性，可以从整个结构的磁场图像中减去各个层的磁场图像。这允许从设备中的各个层中分离信号，该信号可用于通过求解 2D 磁逆来映射嵌入式电流路径。这种方法提出了一种迭代分析协议，利用神经网络对包含各种类别的电流源、隔离距离和噪声的图像进行训练，并结合 IC 的先验信息，