Секреты интегральных схем раскрыты с помощью новой техники обработки изображений

29 августа 2020 г., 16:05

Новое исследование продемонстрировало, что секреты мельчайших активных структур в интегральных схемах могут быть раскрыты с помощью неразрушающего метода визуализации. Этот прорыв потребовал усилий международной группы ученых из JKU и Keysight Technologies (Австрия), ETH/EPFL/PSI и IBM Research Europe (Швейцария) и из UCL (Великобритания).

Функциональные особенности интегральных схем и квантовых устройств в кремнии определяют небольшие структуры, состоящие из участков посторонних атомов, называемых легирующими добавками. Легирующие структуры обеспечивают носители заряда, которые проходят через компоненты схемы, давая этим компонентам возможность функционировать. В наши дни легирующие структуры состоят всего из нескольких атомов в поперечнике, поэтому их необходимо размещать в точных местах в цепи и иметь очень четко определенные электрические свойства. В настоящее время производителям трудно определить неразрушающим способом, соответствуют ли они этим строгим требованиям. Новая парадигма визуализации обещает все это изменить.

Режим визуализации, называемый широкополосной электрической силовой микроскопией, разработанный доктором Георгом Грамзе (Georg Gramse) из Keysight Technologies & JKU, использует очень острый зонд, который посылает электромагнитные волны в кремниевый чип для изображения и локализации легирующих структур под поверхностью. Доктор Грамзе говорит, что, поскольку микроскоп может использовать волны многих частот, он может предоставить множество ранее недоступных деталей об электрической среде вокруг легирующих структур. Дополнительная информация имеет решающее значение для прогнозирования конечной производительности устройств.

Подход к визуализации был протестирован на двух крошечных легирующих структурах, созданных с помощью шаблонного процесса, который является уникальным в достижении атомарно четких границ раздела между различными легированными областями. Доктор Томас Скерен (Tomas Skeren) из IBM создал первый в мире электронный диод, изготовленный с помощью этого процесса, а доктор Алекс Кёлькер (Alex Kölker) из UCL создал многоуровневое трехмерное устройство с точностью до атомного масштаба.

Результаты, опубликованные в журнале Nature Electronics, демонстрируют, что этот метод может делать снимки и разрешать всего 200 атомов примеси, даже если они скрыты под тем же числом атомов Si. Он может отличить определенные разновидности атомов примеси, а также может предоставить информацию о том, как носители заряда перемещаются через структуры, и о «ловушках» атомных размеров, которые могут остановить их движение.

Профессор Нил Керсон (Neil Curson), возглавляющий группу в UCL, сказал: «Это исследование не могло быть лучшим временем для масштабных всемирных усилий по созданию электроники меньшего размера или квантовых компьютеров на кремнии. Хотя успех в создании меньших и более сложных компонент был впечатляющим, технология, необходимая для реального наблюдения за тем, что делается, за ним не успевала. Это стало серьезной проблемой для контроля качества при производстве кремниевых микросхем и информационной безопасности, когда вы не можете видеть, что внутри микросхем, которые производят или покупают. Наше новое исследование поможет решить многие из этих проблем». Д-р Андреас Фурер (Andreas Fuhrer) из IBM Research добавил: «После обучения созданию первых крошечных структур легирующих элементов, состоящих из двух различных видов легирующих примесей, бора и фосфора, было чрезвычайно полезно работать с этой международной командой, чтобы обнаружить тонкие детали наших структур, которые могли бы просто невозможно по-другому».

Секреты ИС раскрыты с помощью новой техники обработки изображений