16.03.2017

Le PSI visualise l’intérieur des puces informatiques

Pour la première fois, des chercheurs de l’Institut Paul-Scherrer (PSI) ont pu visualiser la structure de puces informatiques usuelles dans une dimension nanométrique à l’aide d’un procédé spécifique de tomographie à rayons X.

Pour les fabricants de puces, déterminer si leurs puces sont conformes aux attentes et présentent bien une largeur de fils électriques de 45 nanomètres pour une hauteur de transistor de 34 nanomètres est un important défi. Tandis que la fabrication de structures aussi fines est aujourd’hui une pratique courante, mesurer en détail la structure précise de ces mêmes puces une fois leur fabrication terminée, en revanche, reste un défi. Actuellement, pour mener ces analyses, les fabricants de puces utilisent un procédé qui consiste à retirer une couche de la puce après l’autre et à étudier à chaque étape la surface au moyen d’un microscope électronique; ce procédé est connu sous le nom de FIB/SEM – Focused Ion Beam/Scanning Electron Microscope.

Des chercheurs de l’Institut Paul Scherrer PSI ont à présent reproduit en 3D les structures d’une partie de puce au moyen de rayons X, et ce sans l’endommager. Le résultat: une visualisation bien nette du parcours du câblage, mais aussi de la position de chaque transistor et d’autres éléments de commutation. «La résolution de l’image que nous avons produite est comparable à celle du procédé d’examen conventionnel FIB/SEM», explique Mirko Heller, chef du projet. Les chercheurs ont réussi à éviter deux inconvénients importants: premièrement, ils ont gardé l’échantillon intact et obtenu une information complète sur la structure tridimensionnelle. Deuxièmement, ils évitent des images déformées que l’on obtient avec le procédé FIB/SEM lorsque la surface de chaque coupe n’est pas parfaitement plane.

Positionnement au nanomètre près

Pour leurs examens, les chercheurs ont utilisé un procédé tomographique particulier appelé ptychotomographie. Ce dernier a été développé et continuellement amélioré au cours des dernières années, si bien qu’aujourd’hui, il offre la meilleure résolution au monde, de 15 nanomètres pour des volumes étudiés relativement importants. Lors de l’expérience, l’objet étudié est radiographié à des endroits précisément déterminés avec de la lumière de type rayons X de la Source de Lumière Suisse SLS de l’Institut Paul Scherrer. Un détecteur mesure les propriétés de la lumière après son passage dans l’échantillon. L’échantillon subit ensuite chaque fois une petite rotation et est radiographié à chaque angle. L’ensemble des données recueillies permet de déterminer la structure tridimensionnelle de l’échantillon. «Lors de ces mesures, il faut connaître la position exacte de l’échantillon à quelques nanomètres près, explique Mirko Holler. C’est l’un des défis particuliers que nous avons dû relever lors de la mise sur pied de notre expérience». Dans le cadre de cette expérience, les chercheurs ont étudié de petites portions de deux puces. La première était un détecteur développé au PSI et la deuxième une puce informatique usuelle. Ces portions de puces mesuraient chacune environ 10 micromètres.

Représentation en 3D du PSI de la structure interne d’une micropuce Intel avec une vue directe du niveau où se trouvent les transistors.
Source: Mirko Holler / PSI

Objectif: analyser une micropuce entière

D’après le PSI, à l’heure actuelle, il n’est pas possible d’étudier des puces entières. «Nous commençons tout juste à améliorer la méthode de manière à pouvoir analyser une micropuce entière dans un temps de mesure acceptable, relève Gabriel Aeppli, directeur du domaine de recherche rayonnement synchrotron et nanotechnologie au PSI. On pourra alors aussi étudier le même domaine d’une puce successivement et observer, par exemple, les modifications infligées par les influences extérieures.

Mirko Holler (à droite) et Manuel Guizar-Sicairos, chercheurs au PSI, à la ligne de faisceaux cSAXS à la Source de Lumière Suisse SLS de l’Institut Paul Scherrer. C’est ici qu’ils ont visualisé la structure tridimensionnelle d’une micropuce.
Source: Markus Fischer / PSI
Source: 
M.B./C.B. d’après un communiqué de presse du PSI du 16 mars 2017