Трехмерная рентгеновская съемка позволяет получать мельчайшие детали компьютерного чипа

Исследователи Института Пола Шеррера PSI сделали подробные трехмерные изображения коммерчески доступного компьютерного чипа.

Это первый случай, когда неразрушающий метод визуализировал пути внутренней проводки чипа (всего 45 нанометров – 45 миллионных миллиметров в ширину) и его транзисторы с 34-нанометровым высоким разрешением без искажений и деформаций. Для производителей очень важно определить, соответствует ли в конечном итоге структура их чипов спецификациям. Таким образом, эти результаты представляют собой одно из важных применений метода рентгеновской томографии, который исследователи PSI разрабатывают в течение нескольких лет. В своем эксперименте исследователи исследовали небольшой кусок, который предварительно вырезали из чипа. Этот образец оставался неповрежденным во время измерения. Целью теперь является расширение метода таким образом, чтобы его можно было использовать для изучения полных чипов. Исследователи провели эксперименты на Швейцарском источнике света SLS Института Пола Шеррера.

Они сообщают о своих результатах в последнем выпуске журнала Nature .

Электрическая проводка во многих электронных микросхемах наших компьютеров и мобильных телефонов составляет всего 45 нанометров, транзисторы – 34 нанометра. Несмотря на то, что сегодня стандартная практика заключается в том, чтобы создавать такие деликатные структуры, по-прежнему сложно точно определять структуру готового чипа, чтобы, например, проверить, что он построен в соответствии со спецификациями. В настоящее время для таких исследований производители в основном используют метод, при котором слой за слоем чипа удаляется, а затем после каждого шага поверхность исследуется с помощью электронного микроскопа; Это известно как FIB / SEM-сфокусированный ионный пучок / сканирующий электронный микроскоп.

Теперь исследователи Института Пола Шеррера PSI использовали рентгеновские лучи для достижения неразрушающего трехмерного изображения чипа, так что пути проводящих линий и положения отдельных транзисторов и других элементов схемы стали хорошо видимыми. Разрешение изображения, которое мы смогли получить, сравнимо с обычным методом исследования FIB / SEM, объясняет Мирко Холлер, руководитель проекта. Но нам удалось избежать двух существенных недостатков: во-первых, образец остался неповрежденным, и у нас есть полная информация о трехмерной структуре . Во-вторых, мы избежали искажений изображений, которые возникают в FIB / SEM, если поверхность отдельного среза не является точно плоской.

 

Расположена с нанометровой точностью

Для их исследования исследователи использовали специальный томографический метод (ptychotomography), который они разработали и улучшили в течение последних лет и который сегодня предлагает лучшее в мире разрешение 15 нанометров (15 миллионных миллиметров) для сравнительного изучения больших объемов. В эксперименте исследуемый объект подвергался рентгеновскому облучению в точно определенных местах светом от Швейцарского источника света SLS Института Пола Шеррера – для каждого освещенного пятна детектор затем измерял рентгеновский свет после его прохождения через образец. Затем образец поворачивают небольшими шагами, а затем снова рентгеновски лучи снова проходят после каждого поворота. Из всего набора полученных данных можно определить трехмерную структуру выборки. При этих измерениях положение образца должно быть известно с точностью до нескольких нанометров, что было одной из особых проблем при создании нашей экспериментальной станции, говорит Холлер.

В своем эксперименте исследователи исследовали небольшие кусочки двух чипов – детекторный чип, разработанный в PSI и коммерчески доступный компьютерный чип. Каждая деталь имела размер около 10 микрометров (то есть 10 тысячных миллиметра). Хотя рассмотрение всего чипа с существующей измерительной установкой невозможно, преимущества метода проявляются даже в этой форме, так что первые потенциальные пользователи уже выразили заинтересованность в проведении измерений в PSI.

Цель: изучить все микрочипы

В настоящее время мы начинаем расширять этот метод таким образом, чтобы его можно было использовать для исследования целых микрочипов в течение приемлемого времени измерения. Тогда он также будет возможно изучать ту же площадь чипа несколько раз, например, чтобы наблюдать, как она изменяется под влиянием внешних факторов, объясняет Габриэль Aeppli, руководитель излучения и нанотехнологий Отдела синхротронного в PSI.