DS03 - Stimuler le renouveau industriel

Microscopie électronique in operando pour l’analyse de composants – IODA

Résumé de soumission

Le projet collaboratif avec entreprise (PRCE) IODA a pour but de développer une méthodologie pour réaliser des expériences de microscopie électronique en transmission (MET) sur des nano-composants en fonctionnement. Le consortium est composé du laboratoire CEMES-CNRS à Toulouse et de STMicroelectronics à Crolles.
Nous proposons d’associer l’expertise de STMicroelectronics pour sélectionner, caractériser et préparer des composants issus de leur lignes de production avec l’expertise du CEMES dans le développement d’expériences originales in situ par MET. L’originalité de notre approche est d’observer et d’analyser à l’échelle locale par MET des grandeurs et des processus physiques sur les éléments de base de l’industrie de la microélectronique (transistor, mémoire flash, mémoire à changement de phase) lorsque ces derniers sont soumis à une tension ou à un courant. Le projet sera principalement focalisé sur la cartographie quantitative à l’échelle nanométrique du champ électrique et de la distribution des charges dans les composants par holographie électronique (HE). Les résultats apporteront des informations sur la permittivité électrique et la capacitance locales pour les transistors et les mémoires flash, sur la résistivité locale et la transition en température des mémoires à changement de phase, mais aussi sur les mécanismes de défaillance de tous ces composants. Les mesures par HE seront corrélées à celles obtenus par d’autres méthodes MET (conventionnelle, haute-résolution, spectroscopie) ainsi qu’aux mesures électriques préalables pour une compréhension globale des propriétés structurales, chimiques et électriques à l’échelle du nanomètre.
Le projet est divisé en 3 tâches principales :
• La tâche 1 permet la sélection de composants d’intérêt sur les lignes de production au niveau du wafer grâce à une caractérisation électrique complète et localisée sur un seul composant. Les mesures électriques seront réalisées par nanoprobing et méthodes basées sur la microscopie à champ proche.
• La tâche 2 concerne l’extraction et la préparation des composants sélectionnés pour les expériences MET in operando. Le consortium développera une plateforme avancée contenant tous les équipements modernes pour l’extraction et l’amincissement des composants. Les composants préparés pour la MET seront ensuite connectés électriquement à un porte-objet dédiés aux expériences in situ. Un protocole de contrôle des propriétés électriques sera établi pour vérifier la conformité des composants après cette étape.
• La tâche 3 est consacrée aux expériences MET in operando et à l’analyse des données. Après l’analyse des propriétés locales des composants par HE (lignes de champs électriques, distribution du potentiel et des charges élémentaires), les caractéristiques structurales et chimiques seront étudiées sur la même zone du composant. Les expériences in operando seront développées au CEMES grâce au microscope électronique HITACHI HF3300 dédié à l’interférométrie et aux études in situ et acquis avec le projet EQUIPEX “MIMETIS”. Les procédures et méthodologies seront ensuite transférées à STMicroelectronics. De plus, la projection en deux dimensions du potentiel et les effets de la préparation pour le MET seront pris en compte avec des simulations par éléments finis.
Nous souhaitons ainsi réaliser des expériences MET in operando pour comprendre et maîtriser les phénomènes et interactions physiques mais aussi les mécanismes de défaillance dans les nanocomposants. Les résultats apporteront des informations importantes pour le développement et l’optimisation de (nouveaux) composants en termes de fiabilité, de vitesse et de consommation. La méthodologie développée pourra également être transférée à d’autres composants. Ce projet est par conséquent un lien très fort entre l’industrie et la physique fondamentale.

Coordination du projet

Christophe GATEL (Centre d'Elaboration de Matériaux et d'Etudes Structurales - Centre National de la Recherche Scientifique)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

ST STMICROELECTRONICS (CROLLES 2) SAS
CEMES-CNRS Centre d'Elaboration de Matériaux et d'Etudes Structurales - Centre National de la Recherche Scientifique

Aide de l'ANR 459 715 euros
Début et durée du projet scientifique : - 48 Mois

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