有缺陷的计算机芯片是半导体行业的祸根。即使是包含数十亿个电气连接的芯片中看似微小的缺陷也可能导致计算机或其他敏感电子设备的关键操作失败。
通过修改现有的缺陷识别技术，美国国家标准与技术研究院 (NIST) 的研究人员开发了一种方法，可以同时定位同一芯片上多个微电路中的单个电气缺陷。由于该技术依赖于一种相对便宜且常用的成像工具——原子力显微镜（AFM），它可能提供一种在工厂测试计算机芯片互连布线的新方法。
AFM 的特点是一个超锋利的尖端连接到一个像跳水板一样振动的微小悬臂上。在标准操作模式下，科学家在尖端扫描平行埋在硅芯片表面以下几微米（百万分之一米）的单根导线时，将交流（交流）电压施加到尖端。尖端和每根电线之间的电压差产生电力，显示为振动尖端的频率或幅度（高度）的变化。电线的断裂或缺陷将表现为尖端振动的突然变化。
然而，用 AFM 寻找缺陷的方法，称为静电力显微镜 (EFM)，有一个缺点。尖端的振动不仅受到所研究导线的静电场的影响，还受到所有相邻导线的电压的影响。这些无关信号会干扰对正在扫描的电线中的缺陷进行清晰成像的能力。
NIST 的科学家 Joseph Kopanski、Evgheni Strelcov 和 Lin You 通过将特定的交流电压（由外部发电机提供）施加到各个相邻的电线而不是尖端来解决了这个问题。交流电压在正负值之间交替；随着时间的推移，电压类似于波峰和波谷。在一个周期内，电压达到其最大正电压（峰值），然后下降到其最低负电压（谷值）。
异相交流电压（由正负表示）被施加到相邻的电线上。当尖端沿线移动时，缺陷表现为尖端振动的明显变化。图片来源：S. Kelley/NIST
利用这种循环特性，研究人员将相同的交流电压施加到相邻的电线上，就像他们对正在进行扫描的电线所做的那样，有一个重要的区别：相邻的电压完全不同相。每当感兴趣的导线的电压达到其最高值时，相邻导线的电压就处于最低值。
异相电压在 AFM 尖端上施加静电力，与扫描线施加的力相反。这些相反方向的力转化为 AFM 图像上的高对比度区域，从而更容易区分信号与感兴趣的导线。
科学家们使用一个测试芯片，其中有四对线埋在地表以下 4 微米处，证明他们的技术可以产生清晰准确的缺陷图像。在调整施加到每根电线的交流电压以使其具有不同的频率时，研究人员表明他们可以同时对多条相邻电线的缺陷进行成像。
由于该技术依赖于远程施加到电线而不是 AFM 的交流电压，因此研究人员将这种技术称为远程偏压诱导静电力显微镜。
“在电线上施加电压而不是 AFM 尖端似乎是一个小创新，但它会产生很大的不同，”Kopanski 说。“该方法不需要新仪器，半导体行业可以轻松实施，”他补充说。
Strelcov 指出，用于发现缺陷的其他技术（包括 X 射线或磁场）也非常准确，但需要更昂贵的设备。
研究人员于 11 月 3 日在加利福尼亚州帕萨迪纳举行的第 48 届国际测试和故障分析研讨会上介绍了他们的工作。
参考链接：Entering a New Phase: NIST Technique Simultaneously Locates Multiple Defects on Microchip Circuits
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