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半導體與材料的原子級電腦斷層分析國科會建置原子針尖斷層影像儀突破半導體元件解析侷限

【記者魏雲日.黃敬文/新竹報導】2023-04-19
次世代半導體元件持續性地演進,為提升元件積體密度必需將縮化、材料異質化及結構立體化等,但也帶來材料分析技術的全新挑戰。

雲視界記者魏雲日攝影
國科會推動「突破半導體物理極限與鏈結AI世代計畫」,規劃佈局一種擁有高解析度、高偵測極限及三維度資訊的材料與元件分析技術究院台灣半導體研究中心(國研院半導體中心),國立台灣大學,清華大學及國立陽明交通大學共同建置原子針尖斷層影像儀(Atom Probe Tomography以下簡稱 APT),此設備規格與目前國內業界齊平,也希冀藉此建立領域專家系統與研究服務平台平台,加速高階技術人才培育與半導體物理突破。

在當代半導體產業中,高解析穿透式電子顯微鏡與二次離子質譜儀是最重要的材料與元件分析技術,而次世代半導體元件的微縮、異質且立體特徵,使這些熟知的材料分析技術產生許多不確定性,例如元件結構的疊影、微縮空間的摻雜偵測、異質界面的組成特徵、原子的微觀遷移行為.....等問題,都持續在次世代半導體元件與先進製程中被討論。

此次建置的原子針尖斷層影像儀(APT)是一種極致前瞻的(state-of-art)材料析技術能夠解析材料或元件微觀區域的三维原子分佈,其空間解析度可達原子級,而其成分濃度侦測極限可達近20ppm,APT已經被應用在材料、元件、地質、生物等物質的微觀分析。

由於APT獨特地整合了優異的空間解析度與成份偵測極限,使它成為次世代半導體元件研發之關鍵技術。此次APT建置代台灣在半導體中材料分析技術上的一個躍進,也象徵在半導體的演進的同時,台灣能有相對應的技術來進行材料分析。

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在本記者會所揭露之原子針尖斷層影像儀系統,是臺灣第一個公開的產學研合作研究平台,在國家的發展上,不僅對於半導體產業有更可擴展至多種前瞻應用材料,包含金屬鋼鐵材料、光電材料、能源材料等方向。此外,我國所建置的APT與國研院半導體中心之研究資源整合,是世界上少數專攻半導體材料的APT研究平台,台灣大學將其整合穿透式
子顯微鏡TEM分析,以APTEM(APT+TEM)分析技術提供元件與材料完整的微觀分析,待此平台後續正式運作後,歡迎各前瞻領域洽詢案。

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國科會提出國家三期前瞻計畫中,半導體材料及元件的前瞻技術被規劃在其中,因此在國科會的經費支持下,由肩負國家半導體學術研究平台開發及高階半導體人才培育的國研院半導體中心建置APT系統,並與台灣大學、清華大學及陽明交通大學合作研發。

APT系不僅半導體所需的關鍵材料分析技術,更將拓展前瞻材料發展的創新思維,同時也能成為材料科學人才培育的重點,次世代專業人才得以永續經營。