Nowy instrument przyspieszy wyszukiwanie defektów w tranzystorach nanometrycznych, czyniąc debugowanie procesów technologicznych łatwiejszym i przyjemniejszym

Nowy sposób na zobaczenie defektów atomowych w nowoczesnych półprzewodnikach

Naukowcy z Uniwersytetu Cornell we współpracy z firmami ASM i TSMC opracowali metodę umożliwiającą wizualizację ukrytych, atomowych błędów w zaawansowanych chipach. Takie podejście jest szczególnie ważne przy debugowaniu procesów technologicznych produkcji mikrokrzys: im dokładniej można ocenić defekty, tym mniejsza ilość odpadów i szybciej osiąga się dojrzałą produkcję.

Co konkretnie badano
W pracy wykorzystano przetworzone płytki z tranzystorami Gate‑All‑Around (GAA) – najnowszym typem bramki, która całkowicie otacza kanał. Belgijski ośrodek Imec dostarczył próbki. Każdy kanał GAA to „rureczek” z 18 atomów w przekroju; jego ściany mogą mieć niejednorodności, pęknięcia i inne defekty, które bezpośrednio wpływają na charakterystyki tranzystora. Chociaż po obróbce nie można zmienić struktury, badacze potrafili śledzić jakość produkcji na każdym etapie tysiąca kroków procesu, dążąc do zredukowania liczby błędów.

Jak to robią
Aby obserwować defekty o wielkości kilku atomów, naukowcy zastosowali wielopłaszczyznową elektronową ptychografię (multislice electron ptychography). Jest to metoda z podangstromowym, nanometrycznym rozdzielczością głębokości materiału. Zbiera rozpraszanie elektronów i tworzy na ich podstawie obrazy atomowego skali.

Kluczowy etap – zbieranie czterowymiarowych danych dyfrakcyjnych przez detektor EMPAD w skanującym mikroskopie transmisyjnym (STEM). Następnie dane przechodzą rekonstrukcję fazową i modelowanie rozpraszania elektronów przez wiele „przekrojów” materiału. W przeciwieństwie do tradycyjnych metod projekcyjnych, ptychografia przywraca pełną strukturę objętościową z jednego zestawu pomiarów, pozwalając precyzyjnie określić pozycje poszczególnych atomów, lokalne deformacje sieci i parametry granic faz.

Co to daje
- Jakościowe i ilościowe oceny spektrum defektów – wcześniej dostępne tylko metodami pośrednimi.

- Możliwość szybkiego wykrywania i eliminowania problemów technologicznych na wczesnych etapach rozwoju.

- Potwierdzony zainteresowanie dużymi graczami, takimi jak TSMC, pokazuje praktyczną wartość podejścia dla debugowania nowoczesnej produkcji chipów.

W ten sposób nowa metoda otwiera drogę do bardziej niezawodnego i efektywnego kontroli jakości w dziedzinie wysokotechnologicznej produkcji mikrokrzys.