Métrologie 3D de déformation cristalline dans des nanostructures pour l’électronique – HD STRAIN

Le silicium sous contrainte est désormais une caractéristique intégrale de la dernière génération de transistors et de dispositifs électroniques du fait du gain apporté en terme de mobilité des porteurs. Différentes méthodes ont été employées pour initier des contraintes dans des dispositifs, conduisant à une distribution complexe de ces contraintes en deux ou trois dimensions. Le développement de méthodes capables de mesurer ces contraintes a donc été un but essentiel ces dernières années, mais s'est soldé en pratique par un échec. Aucune des techniques envisagées ne combine la résolution spatiale, la précision, et le champ de vision nécessaires, ni n'est capable de cartographier la distribution des contraintes en 3D. Ainsi, la spectroscopie Raman et la diffraction des RX peuvent cartographier de large champs de contraintes mais à l'échelle micrométrique, alors que la microscopie électronique par transmission peut atteindre l'échelle nanométrique mais pour des domaines trop restreints. Dans ce projet, nous proposons de développer une technique récemment inventée au CEMES (M. J. Hÿtch et al., dépôt de brevet FR 07/0611 « Procédé et système de mesure de déformations à l’échelle nanométrique ») susceptible de combler ce vide technologique, puisqu'elle est capable de visualiser et mesurer les champs de contraintes avec une précision nanométrique pour une résolution spatiale micrométrique. La méthode combine la sensibilité de la technique des moirés avec la flexibilité de l'holographie électronique "off-axis", et est applicable à des échantillons relativement épais. Nous proposons en particulier d'étendre les possibilités de la méthode à la mesure 3D et de développer une nouvelle instrumentation dédiée, incluant notamment la conception d'un nouveau canon à électron à haute brillance, ainsi que la conception de NEMS pour l'application contrôlée de déformations in-situ. Dans le contexte de l'industrie de la micro-électronique, la méthode a besoin d'être sévèrement testée, optimisée, puis validée du point de vue de la précision, du rendement, et de la fiabilité. Le partenariat entre le CEMES-CNRS, le CEA-LETI, et STMicroelectronics aura pour but de cartographier les distributions de contrainte dans des dispositifs à base de silicium contraint de dernière génération. En investissant ainsi au plus vite dans une technique tout juste inventée et brevetée, nous espérons doter incontestablement et durablement les acteurs français du domaine des composants électroniques et de la métrologie des contraintes à l'échelle nanométrique d'une position de leader, tant du point de vue industriel que du point de vue de la recherche académique.