微型晶体管高分辨率X射线成像

本文主要介绍微型晶体管高分辨率X射线成像

一种经过升级的X射线可对芯片内部进行3D成像，展现其设计和缺陷。这种方法的分辨率为4纳米，提供的图像非常清晰，可以绘制芯片的布线路径，在不破坏芯片的前提下展现微小晶体管的特征。 研究人员使用混合光学成像技术和其他方法来缩小潜在的问题区域；然后, 研究人员用扫描电子显微镜对芯片的部分表面进行成像；最后对芯片切片，用透射电子显微镜（TEM）进一步成像。发现缺陷后，回头来修改其设计。

新的成像技术使用了一种名为“同步加速器”的粒子加速器产生的“硬”X射线，即高能X射线。无需切片，这些光束即可穿透芯片。这种方法名为“叠层成像术”，其工作原理是用高能射线的相干光束从不同角度反复照射样品。芯片上的微小特征会使光发生衍射。然后，根据衍射X射线的强度和相位，用算法重建最可能的图像样本。

这种成像技术的最初版本叠层X射线分层成像术可实现的分辨率大约为19纳米，虽然可识别芯片的互连，但图像过于粗糙，无法精确定位单个晶体管的特征。 一种解决方案称为高速连拍叠层成像术，即快速拍摄大量图像，然后用计算方法进行分类。

虽然这种叠层X射线计算机断层扫描（CT）技术的分辨率不到透射电子显微镜的1/4，但这种取舍是值得的，因为这项技术不需要切割，也不会破坏芯片，而且可以提供更深处的3D图像，工程师可以看到整个芯片5微米深度，而透射电子显微镜可见的深度为10到30纳米。研究人员表示，这种新方法可以让工程师更容易、更快速地发现芯片缺陷。制造结果的性能无法始终达到设计师的目标，而成像可以帮助工程师将设计和现实更紧密地联系在一起。 随着晶体管和芯片具备更多的3D特征，获得更高分辨率的3D视图越来越重要了。晶体管变得越来越小，不再是平面结构，无论是鳍式场效应晶体管还是即将实现的栅极全包围晶体管，它们都是从表面凸出来的，或者是分层的。诸多半导体制造商计划在未来的几代产品中，将芯片的电源互连从芯片的正面移到背面，这额外增加了其复杂性。