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Un gruppo di scienziati della Cornell University, in collaborazione con ASM e TSMC, ha compiuto una svolta significativa nel campo della microelettronica. Hanno sviluppato una tecnica rivoluzionaria per visualizzare difetti atomici nascosti all'interno delle strutture avanzate dei semiconduttori. Questa innovazione permette di valutare i danni a una scala di pochi atomi, un aspetto cruciale per ottimizzare i processi di produzione dei chip e minimizzare i difetti.
La tecnica è stata applicata a wafer con transistor Gate-All-Around (GAA), i transistor più all'avanguardia con un gate circolare. I campioni sono stati forniti dal centro belga Imec. Ogni canale di transistor GAA è simile a un tubo con un diametro di soli 18 atomi. La qualità delle pareti di questo "tubo", incluse irregolarità e difetti, determina le prestazioni del transistor. Sebbene la struttura del wafer non possa essere modificata una volta fabbricata, è possibile monitorare la qualità della fabbricazione in ogni fase del processo per ridurre il numero di difetti.
Ma come è possibile visualizzare difetti di dimensioni paragonabili a quelle dei virus? I ricercatori hanno adattato un metodo chiamato multi-slice electron ptychography, ottenendo una risoluzione sub-ångström nanometrica in profondità nel materiale. Questo strumento rileva la dispersione degli elettroni nella struttura, raccogliendo dati per visualizzare le strutture a livello atomico. Si tratta di una tecnica di imaging computazionale che si basa sull'analisi di grandi quantità di dati.
Più precisamente, il metodo si basa sulla raccolta di dati di diffrazione quadridimensionale utilizzando un rivelatore EMPAD all'interno di un microscopio elettronico a scansione e trasmissione. Questo è seguito dalla ricostruzione della fase e dalla modellazione della propagazione degli elettroni in "fette" multiple. A differenza dei metodi di proiezione, la pittografia permette di ricostruire l'intera struttura da un singolo set di dati, tracciando le posizioni dei singoli atomi, misurando le distorsioni locali del reticolo e quantificando i parametri dell'interfaccia.
Il metodo fornisce valutazioni quantitative dirette per una gamma di difetti che prima erano accessibili solo tramite set di dati indiretti. Apre la strada all'identificazione e alla risoluzione rapida dei problemi tecnologici nelle prime fasi di sviluppo dei processi. La partecipazione di specialisti di TSMC, produttore di chip taiwanese, sottolinea l'importanza di questa tecnologia per l'ottimizzazione della produzione moderna di chip.
Questa scoperta promette di rivoluzionare il modo in cui i chip vengono progettati e fabbricati, portando a dispositivi più efficienti, affidabili e potenti. Con la capacità di individuare e correggere i difetti a livello atomico, si aprono nuove frontiere per l'innovazione nell'elettronica e nella tecnologia informatica.
