Onderzoekers van het Paul Scherrer Instituut PSI hebben gedetailleerde 3D-beelden gemaakt van een in de handel verkrijgbare computerchip. Dit is de eerste keer dat een niet-destructieve methode de paden van de interne bedrading van een chip (slechts 45 nanometer - 45 miljoenste van een millimeter - breed) en de 34 nanometer hoge transistors duidelijk heeft gevisualiseerd zonder vervormingen of vervormingen. Het is een grote uitdaging voor fabrikanten om te bepalen of, uiteindelijk, de structuur van hun chips voldoet aan de specificaties. Deze resultaten vertegenwoordigen dus een belangrijke toepassing van een röntgentomografiemethode die de PSI-onderzoekers al enkele jaren ontwikkelen. In hun experiment hebben de onderzoekers onderzochten een klein stukje dat ze vooraf uit de chip hadden gesneden. Dit monster bleef tijdens de meting onbeschadigd. Het doel is nu om de methode zo uit te breiden dat het gebruikt kan worden om complete chips te onderzoeken. De onderzoekers voerden de experimenten uit bij de Swiss Light Source SLS van het Paul Scherrer Institute.

Ze rapporteren hun resultaten in de nieuwste editie van het tijdschrift Natuur .

De elektrische bedrading in veel van de elektronische chips in onze computers en mobiele telefoons is slechts 45 nanometer breed, de transistors 34 nanometer hoog. Hoewel het tegenwoordig de standaardpraktijk is om structuren van deze delicate, het blijft een uitdaging om de exacte structuur van een afgewerkte chip in detail te meten om te controleren, bijvoorbeeld, als het is gebouwd volgens de specificaties. Vandaag de dag, voor dergelijke examens, fabrikanten gebruiken voornamelijk een methode waarbij laag na laag van de chip wordt verwijderd en dan, na elke stap, het oppervlak wordt onderzocht met een elektronenmicroscoop; dit staat bekend als FIB/SEM-gefocusseerde ionenbundel/scanning-elektronenmicroscoopbeeldvorming.

Nu hebben onderzoekers van het Paul Scherrer Institute PSI röntgenstralen gebruikt om niet-destructieve 3D-beeldvorming van een chip te maken, zodat de paden van de geleidende lijnen en de posities van de individuele transistors en andere circuitelementen duidelijk zichtbaar werden. De beeldresolutie die we konden produceren is vergelijkbaar met de conventionele FIB/SEM-onderzoeksmethode, legt Mirko Holler uit, leider van het project. Maar we hebben twee belangrijke nadelen kunnen vermijden:het monster bleef onbeschadigd, en we hebben volledige informatie over de driedimensionale structuur. Ten tweede, we vermeden vervormingen van de afbeeldingen die optreden in FIB / SEM als het oppervlak van de individuele plak niet precies vlak is.

Gepositioneerd met nanometerprecisie

Voor hun studie de onderzoekers gebruikten een speciale tomografische methode (ptychotomografie) die ze de afgelopen jaren hebben ontwikkeld en verbeterd, en die vandaag de dag wereldwijd de beste resolutie van 15 nanometer (15 miljoenste van een millimeter) biedt voor onderzoek van een vergelijkbaar groot volume. In het experiment wordt het te onderzoeken object op nauwkeurig bepaalde plaatsen bestraald met licht van de Zwitserse lichtbron SLS van het Paul Scherrer Instituut - voor elke verlichte plek meet een detector vervolgens het röntgenlichtpatroon nadat het door het monster is gegaan . Het monster wordt vervolgens in kleine stappen geroteerd en vervolgens na elke draai stapsgewijs opnieuw geröntgend. Uit de hele set van verkregen gegevens, de driedimensionale structuur van het monster kan worden bepaald. Met deze metingen de positie van het monster moet tot op enkele nanometer nauwkeurig bekend zijn - dat was een van de bijzondere uitdagingen bij het opzetten van ons proefstation, zegt Holler.

In hun experiment onderzochten de onderzoekers kleine stukjes van twee chips - een detectorchip ontwikkeld bij PSI en een in de handel verkrijgbare computerchip. Elk stuk was ongeveer 10 micrometer (dat wil zeggen, 10 duizendste van een millimeter) groot. Hoewel het onderzoek van een hele chip met de huidige meetopstelling niet mogelijk is, de voordelen van de methode komen zelfs in deze vorm tot uiting, zodat de eerste potentiële gebruikers al interesse hebben getoond om metingen te doen bij PSI.

Het doel:hele microchips onderzoeken

Momenteel beginnen we de methode zo uit te breiden dat binnen een acceptabele meettijd hele microchips kunnen worden onderzocht. Dan is het ook mogelijk om hetzelfde gebied van een chip meerdere keren te bestuderen, bijvoorbeeld om te observeren hoe het verandert onder invloeden van buitenaf, legt Gabriel Aeppli uit, hoofd van de Synchrotron Radiation and Nanotechnology Division bij het PSI.