Investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) e Intel reportaron * éxito usando una técnica de dispersión de rayos X para medir con precisión las características en un chip de silicio que en fracciones de un nanómetro, o aproximadamente el grosor de un solo átomo de silicio.

Un ejemplo CDSAXS dispersión patrón (izquierda) muestra los patrones de interferencia creados por la forma de la nanoestructura, que en última instancia producen un modelo de forma «mejor ajuste» (arriba, derecha). La imagen correspondiente de la sección transversal (abajo), obtenida con un microscopio electrónico de transmisión, muestra la nanoestructura medida por NIST e Intel investigadores. Crédito: RJ Kline /

El logro podría hacer que la tecnología experimental conocido como CDSAXS (crítico dimensión pequeño ángulo de dispersión de rayos X) uno de los principales en la carrera para desarrollar nuevas herramientas de control de procesos en línea para medir infinitamente pequeñas características en los chips informáticos de última generación.

«La industria de los semiconductores se está quedando sin métodos de medición que funcionan de forma no destructiva en sus nanoestructuras de nueva generación cada vez más pequeños», dice materiales NIST científico R. Joseph Kline. «Estos son, con mucho, las nanoestructuras de forma más pequeños y más complejos que se caracterizan por CDSAXS. Los resultados muestran que CDSAXS tiene la resolución para cumplir los requisitos de metrología de próxima generación «.

Con el tamaño de las líneas, zanjas, agujeros y otras características en rebanadas de silicio contracción de nanómetros de un solo dígito, herramientas de medición a largo utilizan para controlar la producción de chips se están acercando a sus límites.Factor en la creciente complejidad del chip de diseño, tales como la construcción de transistores de pila como en lugar de los planos, un cambio comenzó con la introducción de Intel de transistores FinFET en 2011, y es fácil entender por qué los fabricantes de semiconductores están deseosos de mejorar las capacidades de medición.

Los investigadores del NIST e Intel utilizan CDSAXS para medir dimensiones en obleas de silicio fabricados en las instalaciones de investigación de Intel con una serie periódica de líneas asimétricas. La matriz fue hecha por despiece terreno de juego, un método que cuadruplica el número de líneas de interconexión en un espacio que normalmente acomodar sólo una. Los arreglos intrincados de líneas se hicieron utilizando múltiples fabricantes pasos de modelado de chips ahora debe emplear para crear características más allá de las capacidades de los equipos existentes de impresión basada en la luz. En todo momento, conseguir mediciones precisas es crítica; desajustes durante el proceso de patrones secuenciales pueden dar lugar a errores sistemáticos, o defectos, en un chip.

Un defecto de especial preocupación y un enfoque de la NIST-Intel estudio es error de inclinación, las variaciones en la distancia de un borde de la línea a la siguiente.

«La industria de los semiconductores no sólo ha reducido las dimensiones del producto, pero también hemos desarrollado cada vez más complejas estructuras 3D. Estas estructuras son cada vez más difíciles de caracterizar de forma no destructiva con SEM [microscopio electrónico de barrido] convencional en línea «, dijo Scott Lista, ingeniero principal en Componentes Research Group de Intel. «Los primeros resultados de las mediciones CDSAXS del NIST del estado de la técnica de estas estructuras de tamaño nanométrico han proporcionado resolución muy útil a escala atómica de sus perfiles en 3D.»

En la muestra medida examinada en el estudio, las líneas se asemejan a las aletas de tiburón fueron 12 nanómetros de ancho. El espacio entre las líneas de variar muy ligeramente por menos de 0,5 nanómetros, desde un paso de 32 nanómetros.

Mediciones CDSAXS de periódicos de tono errores de desviaciones de 32 nanómetros, eran una precisión de 0,1 nanómetros; y las mediciones de formas de línea eran exactos a aproximadamente 0,2 nanómetros.

Desde el año 2000, el NIST ha sido pionero en la aplicación de pequeño ángulo de dispersión de rayos X para satisfacer las necesidades de medición cada vez más exigentes de la industria de semiconductores, que, durante décadas, ha sido duplicar la densidad de transistores en un chip o menos cada dos años de conformidad con la Ley de Moore. Circuitos integrados de hoy de vanguardia exprimir varios miles de millones de transistores en una rebanada de silicio más pequeño que un sello típico.

Herramientas de metrología dimensional Actualmente se utilizan dependen de la luz visible y ultravioleta con longitudes de onda mucho más grandes que las características que se miden. Los rayos X utilizados en CDSAXS tienen una longitud de onda de menos de 0,1 nanómetros, mucho más pequeña que las dimensiones de características en futuras generaciones de chips de ordenador. CDSAXS explota la corta longitud de onda de los rayos X y su sensibilidad a las diferentes densidades de los electrones en los materiales de que ataquen.

La técnica de no contacto, no destructivo no requiere ninguna preparación de la muestra, y funciona con las estructuras de las pruebas ya utilizadas por los fabricantes de semiconductores. CDSAXS, sin embargo, no dió el equivalente de una imagen de rayos X de, por ejemplo, una muñeca rota. Más bien, los patrones de rayos X dispersados ​​por los electrones en la nanoestructura son capturados por un detector, el suministro de datos para ser crujía por los ordenadores para resolver la forma original.

Los análisis compara el patrón de rayos X dispersados ​​a desarrollarse cuidadosamente modelos de la forma de matrices de características nanoestructurados sobre una superficie. Este procedimiento de ajuste de datos puede ir a través de varios millones de rondas antes de lograr un encuentro satisfactorio entre patrones simulados y medidos de densidad de electrones.

A raíz de otros estudios que demuestran las capacidades de CDSAXS para una serie de medidas a escala nanométrica, el estudio del NIST-Intel en muestras complejas representante de fabricación de semiconductores de última generación muestra que CDSAXS puede entregar la resolución tridimensional deseada.

Los resultados deberían dar un nuevo impulso a los esfuerzos en curso para desarrollar fuentes compactas de rayos X con la intensidad requerida en línea CDSAXS en las instalaciones de fabricación de semiconductores. El NIST-Intel, estudio de prueba de concepto se realizó en el Advanced Photon Source (APS) en el Laboratorio Nacional Argonne, que mide 1.104 metros de circunferencia, más de 12 campos de fútbol de todo-y tiene capacidad para más de 60 experimentos a la vez. Se realizaron estudios de CDSAXS anteriores en APS o instalaciones experimentales similares, conocidos como fuentes de luz sincrotrón.

* DF Domingo, S. Lista, JS Chawla y RJ Kline, «La determinación de la forma y periodicidad de nanoestructuras utilizando un pequeño ángulo de dispersión de rayos X.,» J. Appl. Cryst. (2015).