x射线可以让你看到隐藏在你的CPU中的最小特征

2018-06-17 23

半导体工业在工艺的复杂性和精确性方面是无可比拟的。现代集成电路不是单一的电路层,而是许多层,所有层都叠在一起。这一切都是通过光刻完成的,其中图案被成像在硅晶片上。每一层都需要一个单独的图像,所有的图像都必须对齐。如果你把14纳米的数字看得很重(纳米是1 / 100万毫米),那么严重双手紧握的晶片和掩模必须以比特征尺寸更好的精度对准。但是,你怎么知道你做得对?

显而易见的答案是芯片是否工作。但是,最好是对电路进行成像,以便与设计进行比较。除了在制造过程中检测问题之外,能够对最终产品进行成像还可以改进设计,因为它可以让您识别出芯片中始终存在问题的区域。但是,你如何对埋在你也想成像的其他结构下的可能小到14纳米的结构进行成像?

答案似乎是X射线断层扫描的一种形式。来自掩埋结构的3D图像我们都非常熟悉获得X射线的想法,这是阴影成像的一种形式。骨头比周围的肉吸收更多的X射线辐射,产生阴影。X线图像显示了骨骼和肌肉的对比,医生可以精确定位骨折,呃,掩埋的物体。

你可能对X射线晶体学不太熟悉。在晶体学中,X射线被晶体中的原子散射。由于原子排列成规则的图案,散射X射线的2D图案揭示了晶体的3D结构。这仅仅是因为3D图案本身重复多次,使得单个原子的散射得以放大。

集成电路介于这两者之间。该电路由不同密度的材料组成:一些强散射X射线,另一些弱散射X射线。有些是水晶的,有些不是。然而,X射线穿透得足够深,以至于散射的辐射包含了关于整个结构的所有信息。原则上,散射图案的单个快照应该允许重建3D图像。

但是没有,原因是我们记录的是X射线强度,而不是振幅。两者之间的差别是辐射的相位。散射图案中的亮点记录了不同X射线相位相加的位置,但相加干涉可以通过多种方式实现。如果没有晶体的规则结构,就无法判断哪一种方式产生了你看到的东西。换句话说,无限多的3D结构可以提供相同的强度分布。

解决这个问题的无限有限方法是通过坚持集成电路具有单一一致的结构来消除大量不正确的结构。从一段芯片上获取单个X射线散射图案。然后旋转芯片并采取另一种模式。生成模式的结构在两种情况下都是相同的,尽管模式不同。您可以针对集成电路的不同角度和不同但重叠的区域继续这样做。

你最终得到了许多不同的X射线散射模式,它们都对应于相同的底层结构。这限制了散射X射线的相位。您将数据馈送到一种数学猜测和纠正猜测例程,该例程迭代直到确定生成所有散射模式的唯一结构。

这是许多3D成像方案中常见的技术。但是,在X射线成像中,这是很少见的,因为辐射源非常微弱。本质上,获取每个模式需要很长的时间,并且需要很多模式。当你完成成像时,管理层已经为你带来了你的金表。

我知道我的自由电子激光器将会出现,而这次下沉是保罗·谢克尔研究所公布结果的关键。该研究所的研究人员可以获得一个很好的明亮X射线源,所以他们可以进行这种成像,尽管速度太慢,无法引起工业应用的兴趣。

这篇论文有两个要点。首先,它们表明它是有效的。他们从老一代ASIC和英特尔奔腾g326获得了非常好的图像,后者的一些特征小到22纳米。在这两种情况下,研究人员都获得了高质量的3D图像——甚至显示了互连线上的边缘粗糙度。这很酷,清楚地证明了这项技术运作良好。

second指的是注意到有大量新的自由电子激光器上线。他们的成像技术,再加上探测器的一些优化,被转换成这些新的、非常明亮的X射线源,这意味着即使是非常复杂的芯片的图像也可以很快获得。

当然,现在连Intel的晶圆厂都没有免费的电子雷射。但是,拥有这种硬件的所有设施都向公司出售访问权限。特别是在开发周期的早期,如果能够减少将新芯片推向市场的问题,那就很值得花时间。

Nature,2017,DOI : 10.1038 / Nature 2 1698