世界紀錄！人類首次觀察到晶片內部“鼠咬”缺陷

近日，美國康奈爾大學（Cornell University）研究團隊聯合台積電及先進半導體材料公司（ASM），在半導體成像領域取得重大突破，首次利用高解析度3D成像技術，成功觀察到晶片內部的原子級缺陷——“鼠咬”（mouse bite）缺陷。

該成果於今年2月23日發表在《自然通訊》期刊，標誌著半導體行業的一次重大突破，也為高端晶片的偵錯與故障排查提供了全新工具。

這項研究由大衛·A·穆勒（David Muller）教授牽頭，研究團隊借助電子疊影成像技術（ptychography），捕捉到電晶體內部的細微缺陷，這類“鼠咬”缺陷類似電晶體介面上的微小缺口，形成於晶片製造過程中，會干擾電子流動，進而影響晶片性能。這項成像技術是康奈爾大學與台積電、半導體材料公司 ASM 合作的結果，可能影響幾乎所有形式的現代電子裝置，從手機和汽車到人工智慧資料中心和量子計算。

如今，高性能晶片的電晶體通道寬度僅15至18個原子，任何微小的結構偏差，都可能造成明顯的性能損耗。穆勒形象地比喻：“電晶體就像電子的‘微型管道’，內壁越粗糙，電子流動就越慢，精準測量其狀態至關重要。”以往人們只能通過投影圖像推測晶片內部結構，如今借助這項技術，工程師可直接觀測關鍵工序後的晶片狀態，精準調整工藝參數。

穆勒教授指出，這是目前唯一能直接觀測這類原子級缺陷的方法，將成為晶片開發階段的重要特徵化工具，幫助工程師更精準地識別故障、完成偵錯，尤其是在開發階段。

微小的缺陷一直是半導體行業的一大挑戰，隨著技術的日益複雜，元件的尺寸已縮小至原子尺度。本次研究的焦點也是電腦晶片的核心 —— 電晶體：一個小小的開關，電流通過一個由電門控制開啟和關閉的通道流動。

研究團隊計畫進一步拓展電子疊影成像技術的應用，研究並減少缺陷，進一步提升晶片可靠性，以應對日益增長的人工智慧和高性能計算需求。 (半導體技術天地)