本文主要介紹微型晶體管高分辨率X射線成像

一種經(jīng)過(guò)升級(jí)的X射線可對(duì)芯片內(nèi)部進(jìn)行3D成像，展現(xiàn)其設(shè)計(jì)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(xué)成像技術(shù)和其他方法來(lái)縮小潛在的問(wèn)題區(qū)域；然后, 研究人員用掃描電子顯微鏡對(duì)芯片的部分表面進(jìn)行成像；最后對(duì)芯片切片，用透射電子顯微鏡（TEM）進(jìn)一步成像。發(fā)現(xiàn)缺陷后，回頭來(lái)修改其設(shè)計(jì)。

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

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

雖然這種疊層X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT）技術(shù)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?yàn)檫@項(xiàng)技術(shù)不需要切割，也不會(huì)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(gè)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(jié)果的性能無(wú)法始終達(dá)到設(shè)計(jì)師的目標(biāo)，而成像可以幫助工程師將設(shè)計(jì)和現(xiàn)實(shí)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(lái)越重要了。晶體管變得越來(lái)越小，不再是平面結(jié)構(gòu)，無(wú)論是鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管還是即將實(shí)現(xiàn)的柵極全包圍晶體管，它們都是從表面凸出來(lái)的，或者是分層的。諸多半導(dǎo)體制造商計(jì)劃在未來(lái)的幾代產(chǎn)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(fù)雜性。