Un nuovo strumento velocizzerà la ricerca di difetti nei transistor nanometrici, rendendo il debug dei processi tecnologici più semplice e piacevole

Nuovo metodo per visualizzare i difetti atomici nei semiconduttori moderni

Gli scienziati dell'Università di Cornell, in collaborazione con le aziende ASM e TSMC, hanno sviluppato una tecnica che consente di visualizzare le imperfezioni atomiche nascoste nei chip all'avanguardia. Questo approccio è particolarmente importante per il debug dei processi tecnologici di produzione di circuiti integrati: più precisamente si possono valutare i difetti, meno scarti e più rapidamente si raggiunge una produzione matura.

Cosa hanno studiato
Nel lavoro sono state utilizzate lastre trattate con transistor Gate‑All‑Around (GAA) – l'ultima generazione di gate che avvolge completamente il canale. Il centro belga Imec ha fornito i campioni. Ogni canale GAA è una “tubicella” composta da 18 atomi in sezione trasversale; le sue pareti possono presentare disomogeneità, crepe e altri difetti che influenzano direttamente le caratteristiche del transistor. Sebbene la struttura non possa essere modificata dopo il trattamento, i ricercatori sono riusciti a tracciare la qualità della fabbricazione in ogni fase dei migliaia di passaggi produttivi, cercando di ridurre gli errori.

Come lo fanno
Per osservare difetti di pochi atomi, gli scienziati hanno utilizzato la ptychografia elettronica multislice. Si tratta di una tecnica con risoluzione sub-angstrom e nanometrica in profondità del materiale. Raccoglie la diffusione degli elettroni e costruisce immagini a scala atomica.

La fase chiave è la raccolta di dati diffrattivi 4‑dimensionali tramite il rilevatore EMPAD in un microscopia elettronica a scansione (STEM). Successivamente i dati vengono sottoposti a ricostruzione di fase e modellazione della propagazione degli elettroni attraverso molte “fette” del materiale. A differenza dei metodi proiettivi tradizionali, la ptychografia recupera l'intera struttura volumetrica da un unico set di misurazioni, consentendo di determinare con precisione le posizioni degli atomi individuali, le deformazioni locali della rete e i parametri delle frontiere di fase.

Cosa offre
- Valutazioni quantitative e qualitative dello spettro dei difetti – precedentemente disponibili solo tramite metodi indiretti.
- Capacità di individuare rapidamente e correggere problemi tecnologici nelle prime fasi di sviluppo.
- L'interesse confermato da grandi attori come TSMC dimostra il valore pratico dell'approccio per il debug delle moderne produzioni di chip.

In questo modo, la nuova tecnica apre la strada a un controllo della qualità più affidabile ed efficiente nel settore della produzione high‑tech di circuiti integrati.