سيسرّع أداة جديدة عملية اكتشاف العيوب في الترانزستورات ذات الطول النانوي، مما يجعل تصحيح العمليات التقنية أسهل وأكثر متعة

طريقة جديدة لرؤية العيوب الذرية في أشباه الموصلات الحديثة

قامت العلماء من جامعة كورنيل بالتعاون مع شركات ASM وTSMC بتطوير طريقة تسمح بتصوير الأخطاء الذرية المخفية في الشرائح المتقدمة. يُعد هذا النهج مهمًا بشكل خاص لتصحيح عمليات تصنيع الدوائر المتكاملة: كلما كان التقييم أكثر دقة، قل العيب وسرعت الإنتاج الناضجة.

ماذا تم دراسته بالضبط
في الدراسة استخدمت شرائح معالجة تحتوي على ترانزستورات Gate‑All‑Around (GAA) – أحدث نوع من البوابات التي تغطي القناة بالكامل. قدم مركز Imec البلجيكي العينات. كل قناة GAA عبارة عن “أنبوب” مكوّن من 18 ذرة في المقطع العرضي؛ قد تحتوي جدرانها على عدم انتظام، خدوش وأخطاء أخرى تؤثر مباشرة على خصائص الترانزستور. على الرغم من أنه لا يمكن تغيير البنية بعد المعالجة، تمكن الباحثون من تتبع جودة التصنيع في كل مرحلة من مراحل الإنتاج التي تتضمن آلاف الخطوات، مع السعي لتقليل عدد الأخطاء.

كيف يفعلون ذلك
لمراقبة العيوب التي تبلغ حجمها بضعة ذرات استخدم العلماء تقنية التصوير الإلكتروني المتعدد الطبقات (multislice electron ptychography). هذه الطريقة توفر دقة تحت الأنغستروم ومقياس نانومتري في عمق المادة. تجمع طريقة جمع انحرافات الإلكترونات وتبني منها صورًا على مستوى الذرة.

الخطوة الأساسية – تجميع بيانات تشويشية رباعية الأبعاد عبر كاشف EMPAD في المجهر الإلكتروني الماسح المتنقل (STEM). ثم تُخضع البيانات لإعادة بناء الطور ونمذجة انتشار الإلكترونات عبر مجموعة من “شرائح” المادة. على عكس الطرق الإسقاطية التقليدية، تعيد التصوير الإلكتروني استرجاع البنية الثلاثية الأبعاد الكاملة من مجموعة واحدة من القياسات، مما يتيح تحديد مواضع الذرات الفردية والتمددات المحلية للشبكة ومعلمات حدود الطور بدقة.

ما الذي توفره هذه التقنية
- تقييم كمي ونوعي لمدى انتشار العيوب – كان متاحًا سابقًا فقط بطرق غير مباشرة.
- إمكانية اكتشاف المشكلات التكنولوجية بسرعة وإصلاحها في المراحل المبكرة من التطوير.
- إثبات اهتمام اللاعبين الرئيسيين مثل TSMC يُظهر القيمة العملية للنهج في تصحيح إنتاج الشرائح الحديثة.

وبالتالي، تفتح هذه الطريقة الجديدة الطريق إلى مراقبة جودة أكثر موثوقية وفعالية في مجال تصنيع الدوائر المتكاملة عالي التقنية.