Ein neues Werkzeug wird die Suche nach Defekten in nanometergen Transistoren beschleunigen und die Fehlersuche in Fertigungsprozessen einfacher und angenehmer machen

Ein neuer Weg, atomare Defekte in modernen Halbleitern sichtbar zu machen

Wissenschaftler der Cornell University in Zusammenarbeit mit den Unternehmen ASM und TSMC haben eine Methode entwickelt, die es ermöglicht, versteckte atomare Fehler in Spitzentechnologie-Chips zu visualisieren. Dieser Ansatz ist besonders wichtig für die Fehlersuche in Fertigungsprozessen von Mikrochips: Je genauer man Defekte beurteilen kann, desto geringer der Ausschuss und desto schneller erreicht man eine reife Produktion.

Was genau wurde untersucht
In der Arbeit wurden bearbeitete Platten mit Gate‑All‑Around (GAA)-Transistoren verwendet – die neueste Art von Schalter, der den Kanal vollständig umschließt. Das belgische Zentrum Imec stellte Proben zur Verfügung. Jeder GAA-Kanal besteht aus einer „Röhre“ von 18 Atomen im Querschnitt; seine Wände können Heterogenitäten, Kratzer und andere Fehler aufweisen, die direkt die Eigenschaften des Transistors beeinflussen. Obwohl man die Struktur nach der Bearbeitung nicht mehr ändern kann, gelang es den Forschern, die Fertigungsqualität an jeder Stufe von Tausenden Schritten zu verfolgen, um die Fehlerzahl zu reduzieren.

Wie sie das machen
Um Defekte in wenigen Atomen zu beobachten, setzten die Wissenschaftler multislice electron ptychography ein. Diese Methode bietet subangstromes, nanometer‑genaues Tiefenauflösung des Materials. Sie sammelt Elektronenstreuung und erstellt daraus atomar skalierte Bilder.

Der Schlüsselschritt besteht darin, vierdimensionale Beugungsdaten über einen EMPAD‑Detektor in einem scanning transmission electron microscope (STEM) zu sammeln. Anschließend werden die Daten phasenrekonstruiert und das Elektronenstreuen durch viele „Schnitte“ des Materials modelliert. Im Gegensatz zu traditionellen projektionellen Methoden rekonstruiert Ptychography die vollständige Volumenstruktur aus einer einzigen Messreihe, wodurch man die Position einzelner Atome, lokale Gitterdeformationen und Phasen­Grenzparameter genau bestimmen kann.

Was das bringt
- Qualitative und quantitative Einschätzungen des Defektspektrums – zuvor nur indirekt möglich.

- Möglichkeit, technologische Probleme frühzeitig zu erkennen und zu beheben.

- Bestätigtes Interesse großer Akteure wie TSMC zeigt die praktische Relevanz des Ansatzes für die Fehlersuche in modernen Chip‑Herstellungsprozessen.

Damit eröffnet die neue Methode einen Weg zu einer zuverlässigeren und effizienteren Qualitätskontrolle im hochtechnologischen Mikrochip‑Bau.