Даже несколько дислокаций в кремниевых пластинах могут привести к дефектным компьютерным микросхемам и, следовательно, к нежелательным производственным бракам. «Поэтому важно понимать, как незначительный механический поверхностный дефект распространяется в глубину кристалла при типичных технологических воздействиях, таких как тепло», — говорит д-р Даниэль Ханшке, физик из Института фотоники и синхротронного излучения KIT. Его команде удалось точно измерить дислокации и изучить их взаимодействие друг с другом и с внешними воздействиями. Ученые проанализировали, как единичный поверхностный дефект распространяется в армаду гексагональных дефектных линий, в то время как полностью неповрежденные участки могут оставаться в центре такой трехмерной сети. «Возникающее в результате коллективное движение может поднимать или опускать большие площади поверхности на противоположной стороне пластины и вызывать образование ступенек, что может отрицательно повлиять на изготовление и функционирование микроструктур», — отмечает Ханшке.В сочетании с расчетами математической модели результаты позволяют лучше понять основные физические принципы. «Используемые до сих пор модели в основном основаны на данных, измеренных с помощью электронной микроскопии в очень маленьких кристаллических образцах», — объясняет доктор Элиас Хаманн, другой член команды. «Наш метод также может быть применен для изучения больших плоских кристаллов, таких как коммерчески доступные пластины», — добавляет он. «Это единственный способ определить детальную взаимосвязь между начальным незначительным исходным повреждением и возникающими в результате обширными деформациями кристаллов, которые могут вызвать серьезные проблемы вдали от начала дефекта».
Новый метод измерения сочетает в себе рентгеновские методы на синхротроне KARA компании KIT и европейском синхротроне ESRF в Гренобле с так называемой световой микроскопией CDIC. Полученные результаты помогут улучшить существующие модели для прогноза образования и распространения дефектов и, следовательно, предоставить указания о том, как можно оптимизировать процесс производства компьютерных микросхем.
Количество транзисторов, размещенных на квадратном сантиметре поверхности пластины, уже достигает нескольких миллиардов, с тенденцией к увеличению. Даже самые мелкие дефекты на кристалле и в кристалле могут привести к выходу из строя тысяч этих небольших схем и невозможности использования соответствующих микросхем.
Промышленность очень заинтересована в дальнейшем уменьшении количества брака в будущем.