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L'holographie mesure le stress des puces

M. F.

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- Des chercheurs à Toulouse ont mis au point un procédé, basé sur l'holographie, pour mesurer les infimes déformations des puces en silicium contraint.

Le silicium sous contrainte a envahi les microprocesseurs. La raison de son succès : les déformations du réseau cristallin, dues à des contraintes, augmentent les performances des processeurs. En améliorant de 200 % la mobilité des électrons, elles augmentent leur rapidité et diminuent leur consommation énergétique, limitant les pertes par effet Joule. Depuis 2001, les géants de la microélectronique investissent donc massivement dans ce qu'elles ont appelé le "stress engineering". Mais jusque-là, la mesure de ces déformations était pratiquement impossible. « Les techniques existantes comme la spectrométrie Raman ou les rayons X par exemple donnent des images à l'échelle du micron. C'est beaucoup trop gros. Les déformations dont il est question ici sont de l'ordre de 10-4 nanomètres ! » relate Florent Houdellier du Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (Cemes) du CNRS.

L'enjeu de cette mesure est considérable : sans analyse précise de ces déformations, les industriels maîtrisent mal la conception des puces. Ils doivent de se contenter de simulations et de mesures des performances a posteriori, sans connaître véritablement l'état de contrainte.

Une définition de l'ordre de l'atome

Pour voir les déformations du réseau, une image de plusieurs microns, montrant des dizaines de transistors est nécessaire. Mais sa définition doit être de l'ordre de l'atome. Sacré défi ! Il vient cependant d'être relevé par une équipe du Cemes.

Les chercheurs se sont tournés vers l'holographie, couramment utilisée dans l'industrie. Le principe : en superposant l'image d'un objet au repos et celle du même objet sous contrainte, les déformations apparaissent amplifiées sur l'image, comme sous l'effet d'un zoom. « Michelin, par exemple, caractérise les déformations des pneus grâce à cette technique », note le chercheur. L'équipe a ainsi obtenu des images inédites de la déformation des composants électroniques : des mesures de compression, de tension et de cisaillement d'une précision supérieure à 0,5 picomètre et d'une résolution spatiale de l'ordre du nanomètre. Et ce sur une région de plusieurs micromètres.

Ces résultats donnent l'espoir d'une machine spécifiquement dédiée à la mesure de contrainte en microélectronique. De quoi intéresser IBM, Intel, ST Micro-electronics et autres AMD. « Les industriels veulent une machine-outil simple d'utilisation », résume Florent Houdellier. Et les applications potentielles ne se limitent pas à la micro- électronique. On peut également citer l'aéronautique, la fabri- cation de verres intelligents, d'écrans à cristaux liquides...

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