Дефектные компьютерные чипы — бич полупроводниковой промышленности. Даже, казалось бы, незначительная неисправность в микросхеме с миллиардами электрических соединений может привести к сбою критически важной операции в компьютере или другом чувствительном электронном устройстве.
Модифицируя существующую методику выявления дефектов, исследователи из Национального института стандартов и технологий (NIST) разработали метод, позволяющий одновременно обнаруживать отдельные электрические дефекты в нескольких микросхемах на одном кристалле . Поскольку этот метод основан на относительно недорогом и распространенном инструменте визуализации, атомно-силовом микроскопе (АСМ), он может предоставить новый способ тестирования взаимосвязанных проводных соединений компьютерных микросхем на заводе.
АСМ имеет сверхострый наконечник, прикрепленный к крошечному кантилеверу, который вибрирует, как трамплин для прыжков в воду. В стандартном режиме работы ученые подают напряжение переменного тока (переменного тока) на наконечник, когда он сканирует отдельные провода, проложенные параллельно на несколько микрометров (миллионных долей метра) под поверхностью кремниевого чипа. Разность потенциалов между наконечником и каждым проводом создает электрическую силу, проявляющуюся в изменении частоты или амплитуды (высоты) вибрирующего наконечника. Обрыв или дефект проволоки проявляется резким изменением вибрации наконечника.
Однако такой метод поиска дефектов с помощью АСМ, известный как электростатическая силовая микроскопия (ЭСМ), имеет недостаток. На вибрацию наконечника влияет не только статическое электрическое поле от исследуемого провода, но и напряжения от всех соседних проводов. Эти посторонние сигналы мешают четкому отображению дефектов в сканируемом проводе.
Ученые NIST Джозеф Копански, Евгений Стрелков и Лин Ю решили проблему, подав определенные напряжения переменного тока, подаваемые внешним генератором, на отдельные соседние провода, а не на наконечник. Напряжение переменного тока чередуется между положительными и отрицательными значениями; прослеживаемое во времени напряжение напоминает волну с пиками и впадинами. За один цикл напряжение достигает своего максимального положительного напряжения (пик), а затем падает до самого низкого отрицательного напряжения (впадина).
Воспользовавшись этой циклической природой, исследователи приложили к соседним проводам то же переменное напряжение, что и к сканируемому проводу, с одним важным отличием: напряжения к соседям были точно не в фазе. Всякий раз, когда напряжение на интересующем проводе достигало максимального значения, напряжения на соседних проводах были самыми низкими.
Противофазные напряжения воздействовали на наконечник АСМ электростатическими силами, противодействующими силе, действующей на сканируемую проволоку. Эти противоположно направленные силы преобразуются в высококонтрастные области на изображении АСМ, что позволяет легче отличить сигнал от интересующего провода.
Используя тестовый чип с четырьмя парами проводов, заглубленными на 4 микрометра под поверхность, ученые продемонстрировали, что их метод дает четкие и точные изображения дефектов. И, подстраивая переменное напряжение, подаваемое на каждый провод, чтобы они имели разные частоты, исследователи показали, что они могут отображать дефекты в нескольких соседних проводах одновременно.
Поскольку этот метод зависит от переменного напряжения, приложенного удаленно к проводам, а не к АСМ, исследователи назвали этот метод электростатической силовой микроскопией с дистанционным смещением.
«Подача напряжения на провода вместо наконечника АСМ может показаться небольшим нововведением, но это имеет большое значение», — сказал Копански. «Метод не требует нового прибора и может быть легко реализован в полупроводниковой промышленности», — добавил он.
Другие методы, используемые для выявления дефектов, в том числе рентгеновские лучи или магнитные поля, также обладают высокой точностью, но требуют более дорогостоящего оборудования, отметил Стрелков.
Исследователи представили свою работу 3 ноября на 48-м Международном симпозиуме по тестированию и анализу отказов в Пасадене, Калифорния.
Теги: микроэлектроника, чип
