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通過采用無損檢測(cè)成像技術(shù)，來自德國(guó)卡爾斯魯厄理工學(xué)院（Karlsruhe Institute of Technology，KIT）的一個(gè)研究小組成功獲得了晶體材料內(nèi)部的三維圖像。他們檢測(cè)出了線狀缺陷，并證明了該缺陷在很大程度上影響了晶體的位錯(cuò)行為。這些所謂的位錯(cuò)現(xiàn)象嚴(yán)重阻礙了計(jì)算機(jī)芯片的正常生產(chǎn)。據(jù)《Physical Review Letters（物理評(píng)論快報(bào)）》報(bào)道，該研究小組是將兩種X射線成像方法與一種特殊類型的光學(xué)顯微鏡相結(jié)合進(jìn)行的研究。
即使硅晶片中只含有少數(shù)的位錯(cuò)也會(huì)導(dǎo)致有缺陷的計(jì)算機(jī)芯片產(chǎn)生，從而導(dǎo)致最終生產(chǎn)的芯片變?yōu)椴缓细癞a(chǎn)品。卡爾斯魯厄理工學(xué)院光子科學(xué)與同步輻射研究所的物理學(xué)家Daniel H?nschke博士說道：“因此，理解一個(gè)微小的機(jī)械表面缺陷在受到加工影響（例如熱影響）時(shí)，是如何傳播到晶體的內(nèi)部深處，這是非常重要的問題”。
對(duì)半導(dǎo)體芯片進(jìn)行加工處理時(shí)，一個(gè)小小的表面缺陷也可能會(huì)導(dǎo)致在晶片內(nèi)部更大的區(qū)域上產(chǎn)生更大的缺陷；圖片來源：德國(guó)卡爾斯魯厄理工學(xué)院
他帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)成功精確測(cè)量了位錯(cuò)，并研究了它們之間在受到/不受到外界影響時(shí)的相互作用。研究人員分析了單個(gè)表面缺陷是如何擴(kuò)散到六邊形缺陷當(dāng)中，而完全未損壞的區(qū)域可能仍然處于這種三維網(wǎng)絡(luò)的中心。H?nschke博士指出：“由此產(chǎn)生的集體運(yùn)動(dòng)可能會(huì)減小晶片的表面積區(qū)域，并可能形成臺(tái)階，這也許會(huì)對(duì)微結(jié)構(gòu)的形成和功能產(chǎn)生不利影響”。
結(jié)合數(shù)學(xué)模型計(jì)算，研究結(jié)果可以更好地幫助人們理解基本的物理原理。“到目前為止，研究人員使用的模型主要是基于電子顯微鏡在非常小的晶體樣品中測(cè)量得到的數(shù)據(jù)，”另一位團(tuán)隊(duì)成員Elias Hamann博士解釋道：“我們的方法也可以應(yīng)用于研究大型的扁平晶體，如商用圓形晶片等。這是目前可用于確定微小的原始缺陷損傷和由此產(chǎn)生的晶體位錯(cuò)之間細(xì)節(jié)關(guān)系的唯一方法，這可能會(huì)有助于人們?cè)谏a(chǎn)制造過程中盡量避免出現(xiàn)重大缺陷的問題”。
這種新型的測(cè)量方法結(jié)合了卡爾斯魯厄理工學(xué)院的KARA同步加速器的X射線技術(shù)、格勒諾布爾的ESRF歐洲同步加速器以及CDIC光學(xué)顯微鏡技術(shù)。所獲得的測(cè)試結(jié)果將有助于改善現(xiàn)有的缺陷形成和缺陷擴(kuò)展預(yù)測(cè)模型，并提供關(guān)于如何優(yōu)化計(jì)算機(jī)芯片制造工藝的一些重要指示。
目前，在晶片表面上每平方厘米區(qū)域內(nèi)安置的晶體管數(shù)量已經(jīng)達(dá)到了幾十億，并且還呈現(xiàn)出不斷增加的趨勢(shì)。所以，哪怕是晶體上和晶體中存在最小的缺陷，也可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)以千計(jì)的這些小電路的失效，進(jìn)而導(dǎo)致相應(yīng)的芯片失效，無法繼續(xù)使用。因此，未來進(jìn)一步降低芯片中的缺陷率是業(yè)界始終關(guān)注的熱點(diǎn)。
來源：德國(guó)卡爾斯魯厄理工學(xué)院 譯者：Vince 譯自：ecnmag 轉(zhuǎn)載自：“無損檢測(cè)NDT”微信公眾號(hào)
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