Ένα νέο εργαλείο θα επιταχύνει την αναζήτηση ελαττωμάτων σε νάνομετρους τρανζίστορ, κάνοντας τη διόρθωση των τεχνικών διαδικασιών πιο εύκολη και ευχάριστη

Νέος τρόπος για να εντοπιστούν ατομικά ελαττώματα σε σύγχρονες ημιαγωγές

Οι επιστήμονες του Πανεπιστημίου Κορνέλ, σε συνεργασία με τις εταιρείες ASM και TSMC, ανέπτυξαν μια μέθοδο που επιτρέπει την οπτικοποίηση κρυφών ατομικών ελαττωμάτων σε προηγμένα chips. Αυτή η προσέγγιση είναι ιδιαίτερα σημαντική για τη διόρθωση των τεχνολογικών διαδικασιών παραγωγής μικροεξαρτημάτων: όσο πιο ακριβώς μπορούν να εκτιμηθούν τα ελαττώματα, τόσο λιγότερα σφάλματα και τόσο γρηγορότερος ο ρυθμός επίτευξης ώριμης παραγωγής.

Τι εξετάστηκε
Η εργασία χρησιμοποίησε επεξεργασμένες πλακίδια με τρανζίστορ Gate‑All‑Around (GAA) – τον πιο πρόσφατο τύπο πύλης που καλύπτει πλήρως το κανάλι. Το βελγικό κέντρο Imec παρείχε δείγματα. Κάθε κανάλι GAA αποτελείται από «κανόνα» 18 ατόμων στο διαμέρισμα του; οι τοίχοι της μπορεί να έχουν ανισότητες, σπάσεις και άλλα ελαττώματα που επηρεάζουν άμεσα τις ιδιότητες του τρανζίστορ. Αν και μετά την επεξεργασία δεν μπορεί να αλλάξει η δομή, οι ερευνητές κατάφεραν να παρακολουθήσουν την ποιότητα κατασκευής σε κάθε στάδιο των χιλιάδων βημάτων παραγωγής, με στόχο τη μείωση του αριθμού λαθών.

Πώς το κάνουν
Για την παρατήρηση ελαττωμάτων με μέγεθος λίγων ατόμων οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν πολυεπίπεδη ηλεκτρονική πτυχαγία (multislice electron ptychography). Αυτή η μέθοδος έχει υπο-άγκστρο, νανομετρικό ανάλυση βάθους του υλικού. Συλλέγει την διάσπαση των ηλεκτρόνων και δημιουργεί από αυτά εικόνες σε ατομική κλίμακα.

Η βασική φάση είναι η συλλογή τετραδιάστατων διαφρακτικών δεδομένων μέσω του ανιχνευτή EMPAD σε ένα σκαναρισμένο επιβλητικό ηλεκτρονικό μικροσκόπιο (STEM). Στη συνέχεια τα δεδομένα υποβάλλονται σε φασική ανασύνθεση και μοντελοποίηση της διάδοσης των ηλεκτρόνων μέσω πολλών «κομμάτων» του υλικού. Σε αντίθεση με τις παραδοσιακές προσεγγίσεις προβολής, η πτυχαγία αποκαθιστά τη πλήρη τρισδιάστατη δομή από ένα σύνολο μετρήσεων, επιτρέποντας την ακριβή προσδιορισμό των θέσεων των ατόμων, τις τοπικές παραμορφώσεις του δικτύου και τα χαρακτηριστικά των φάσης.

Τι προσφέρει
- Ποιοτικές και ποσοτικές εκτιμήσεις της χρωματικής ελαττωμάτων – προηγουμένως διαθέσιμες μόνο μέσω έμμεσων μεθόδων.

- Δυνατότητα γρήγορης ανίχνευσης και διόρθωσης τεχνικών προβλημάτων στις πρώιμες φάσεις ανάπτυξης.

- Η επιβεβαιωμένη ενδιαφέρον των μεγάλων παικτών, όπως η TSMC, δείχνει την πρακτική αξία της προσέγγισης για τη διόρθωση σύγχρονων παραγωγών chips.

Έτσι, ο νέος τρόπος ανοίγει το δρόμο προς πιο αξιόπιστο και αποτελεσματικό έλεγχο ποιότητας στον χώρο της υψηλής τεχνολογίας παραγωγής μικροεξαρτημάτων.