微型晶體管高分辨率X射線成像

本文主要介紹微型晶體管高分辨率X射線成像

一種經過升級的X射線可對芯片內部進行3D成像，展現(xiàn)其設計和缺陷。這種方法的分辨率為4納米，提供的圖像非常清晰，可以繪制芯片的布線路徑，在不破壞芯片的前提下展現(xiàn)微小晶體管的特征。 研究人員使用混合光學成像技術和其他方法來縮小潛在的問題區(qū)域；然后, 研究人員用掃描電子顯微鏡對芯片的部分表面進行成像；最后對芯片切片，用透射電子顯微鏡（TEM）進一步成像。發(fā)現(xiàn)缺陷后，回頭來修改其設計。

新的成像技術使用了一種名為“同步加速器”的粒子加速器產生的“硬”X射線，即高能X射線。無需切片，這些光束即可穿透芯片。這種方法名為“疊層成像術”，其工作原理是用高能射線的相干光束從不同角度反復照射樣品。芯片上的微小特征會使光發(fā)生衍射。然后，根據衍射X射線的強度和相位，用算法重建最可能的圖像樣本。

這種成像技術的最初版本疊層X射線分層成像術可實現(xiàn)的分辨率大約為19納米，雖然可識別芯片的互連，但圖像過于粗糙，無法精確定位單個晶體管的特征。 一種解決方案稱為高速連拍疊層成像術，即快速拍攝大量圖像，然后用計算方法進行分類。

雖然這種疊層X射線計算機斷層掃描（CT）技術的分辨率不到透射電子顯微鏡的1/4，但這種取舍是值得的，因為這項技術不需要切割，也不會破壞芯片，而且可以提供更深處的3D圖像，工程師可以看到整個芯片5微米深度，而透射電子顯微鏡可見的深度為10到30納米。研究人員表示，這種新方法可以讓工程師更容易、更快速地發(fā)現(xiàn)芯片缺陷。制造結果的性能無法始終達到設計師的目標，而成像可以幫助工程師將設計和現(xiàn)實更緊密地聯(lián)系在一起。 隨著晶體管和芯片具備更多的3D特征，獲得更高分辨率的3D視圖越來越重要了。晶體管變得越來越小，不再是平面結構，無論是鰭式場效應晶體管還是即將實現(xiàn)的柵極全包圍晶體管，它們都是從表面凸出來的，或者是分層的。諸多半導體制造商計劃在未來的幾代產品中，將芯片的電源互連從芯片的正面移到背面，這額外增加了其復雜性。