Investigadores del Instituto Paul Scherrer PSI han realizado imágenes tridimensionales detalladas de un chip de computadora disponible comercialmente. Esta es la primera vez que un método no destructivo ha visualizado las rutas del cableado interno de un chip (solo 45 nanómetros —45 millonésimas de milímetro— de ancho) y sus transistores de 34 nanómetros de alto claramente sin distorsiones ni deformaciones. Es un gran desafío para los fabricantes determinar si, en el final, la estructura de sus chips se ajusta a las especificaciones. Por lo tanto, estos resultados representan una aplicación importante de un método de tomografía de rayos X que los investigadores de PSI han estado desarrollando durante varios años. En su experimento, los investigadores examinaron una pequeña pieza que habían cortado del chip de antemano. Esta muestra permaneció intacta durante la medición. El objetivo ahora es extender el método de tal manera que pueda usarse para examinar chips completos. Los investigadores llevaron a cabo los experimentos en el Swiss Light Source SLS del Paul Scherrer Institute.

Informan sus resultados en la última edición de la revista Naturaleza .

El cableado eléctrico de muchos de los chips electrónicos de nuestras computadoras y teléfonos móviles tiene solo 45 nanómetros de ancho. los transistores tienen una altura de 34 nanómetros. Si bien es una práctica estándar hoy en día producir estructuras tan delicadas, sigue siendo un desafío medir la estructura exacta de un chip terminado en detalle para verificar, por ejemplo, si está construido de acuerdo con las especificaciones. Hoy en día, para tales exámenes, Los fabricantes utilizan principalmente un método en el que se quita capa tras capa del chip y luego, después de cada paso, la superficie se examina con un microscopio electrónico; esto se conoce como FIB / SEM:imagen de microscopio electrónico de barrido / haz de iones enfocado.

Ahora, los investigadores del Instituto Paul Scherrer PSI han utilizado rayos X para lograr imágenes en 3D no destructivas de un chip, de modo que las trayectorias de las líneas conductoras y las posiciones de los transistores individuales y otros elementos del circuito se hicieron claramente visibles. La resolución de imagen que pudimos producir es comparable al método de examen FIB / SEM convencional, explica Mirko Holler, líder del proyecto. Pero pudimos evitar dos desventajas importantes:en primer lugar, la muestra permaneció intacta, y tenemos información completa sobre la estructura tridimensional. En segundo lugar, evitamos las distorsiones de las imágenes que surgen en FIB / SEM si la superficie del corte individual no es exactamente plana.

Colocado con precisión nanométrica

Para su estudio, los investigadores utilizaron un método tomográfico especial (pticotomografía) que han desarrollado y mejorado a lo largo de los últimos años, y que hoy ofrece la mejor resolución mundial de 15 nanómetros (15 millonésimas de milímetro) para el examen de un volumen comparativamente grande. En el experimento, el objeto que se va a estudiar se toma con rayos X en lugares determinados con precisión con luz de la fuente de luz suiza SLS del Instituto Paul Scherrer; para cada punto iluminado, un detector mide el patrón de luz de rayos X después de su paso a través de la muestra. . Luego, la muestra se gira en pequeños pasos y luego se vuelve a tomar una radiografía paso a paso después de cada turno. De todo el conjunto de datos obtenidos, se puede determinar la estructura tridimensional de la muestra. Con estas medidas, la posición de la muestra debe conocerse con una precisión de unos pocos nanómetros; ese fue uno de los desafíos particulares en la instalación de nuestra estación experimental, Dice Holler.

En su experimento, los investigadores examinaron pequeñas piezas de dos chips:un chip detector desarrollado en PSI y un chip de computadora disponible comercialmente. Cada pieza tenía unos 10 micrómetros (es decir, 10 milésimas de milímetro) de tamaño. Si bien no es posible examinar un chip completo con la configuración de medición actual, las ventajas del método se aplican incluso en esta forma, por lo que los primeros usuarios potenciales ya han expresado su interés en realizar mediciones en PSI.

El objetivo:examinar microchips completos

Actualmente estamos comenzando a extender el método de tal manera que pueda usarse para examinar microchips completos dentro de un tiempo de medición aceptable. Entonces también será posible estudiar la misma área de un chip varias veces, por ejemplo para observar cómo cambia bajo influencias externas, explica Gabriel Aeppli, jefe de la División de Radiación Sincrotrón y Nanotecnología del PSI.