Foi desenvolvida uma ferramenta para detectar defeitos em transistores nanométricos, tornando a depuração em engenharia de processos mais agradável.

Uma equipe de cientistas da Universidade Cornell, em colaboração com a ASM e a TSMC, apresentou um método revolucionário para visualizar defeitos atômicos ocultos em estruturas semicondutoras avançadas. Essa tecnologia permite a avaliação de danos em escala atômica, o que é crucial para a depuração de processos de fabricação de chips e para o estabelecimento de uma produção estável com taxas mínimas de defeitos.

Visualização de camadas de silício, dióxido de silício e óxido de háfnio dentro de um canal de transistor. Fonte da imagem: Cornell

Para visualizar defeitos, foram escolhidas pastilhas processadas contendo transistores Gate-All-Around (GAA) — os transistores mais avançados com uma porta circular ou que envolve toda a superfície. As amostras foram fornecidas pelo centro belga Imec. Cada canal de transistor em um transistor desse tipo é como um tubo com 18 átomos de diâmetro. A qualidade das paredes desse “tubo” — inhomogeneidades, lascas e outros defeitos — determina as características do transistor. Esses defeitos não podem ser alterados em uma pastilha processada, mas é possível monitorar a qualidade da fabricação durante cada uma das milhares de etapas do processo para garantir que a contagem média de defeitos seja a menor possível.

Mas como esses defeitos, cujos tamanhos são comparáveis ​​aos de vírus, podem ser visualizados? Para isso, os pesquisadores adaptaram a pticografia eletrônica multislice (MEP) com resolução nanométrica sub-angstrom para analisar a profundidade do material. O dispositivo captura a dispersão de elétrons em uma estrutura e permite a coleta de dados para a visualização de estruturas em escala atômica. Essencialmente, trata-se da chamada visualização computacional, que se baseia na análise meticulosa de um conjunto de dados massivo.

Mais detalhadamente, o método baseia-se na coleta de dados de difração quadridimensional usando um detector EMPAD em um microscópio eletrônico de transmissão por varredura, seguida pela reconstrução de fase e modelagem da propagação de elétrons em múltiplas “fatias”. Ao contrário dos métodos de projeção, a pticografia permite a reconstrução do volume completo das estruturas a partir de imagens de difração.Um único conjunto de dados rastreia as posições de átomos individuais, mede distorções locais da rede cristalina e quantifica parâmetros de interface.

O método fornece estimativas quantitativas diretas para o espectro de defeitos, anteriormente disponíveis apenas como conjuntos de dados indiretos, e abre caminho para a rápida identificação e resolução de problemas de processo nos estágios iniciais de desenvolvimento. A participação de especialistas da fabricante taiwanesa de chips TSMC no projeto demonstra a importância dessa abordagem para a depuração na fabricação moderna de chips.