Des chercheurs de l'Institut Paul Scherrer PSI ont réalisé des images 3D détaillées d'une puce informatique disponible dans le commerce. C'est la première fois qu'une méthode non destructive permet de visualiser clairement les chemins du câblage interne d'une puce (seulement 45 nanomètres—45 millionièmes de millimètre—de large) et ses transistors de 34 nanomètres de haut, sans distorsions ni déformations. C'est un défi majeur pour les fabricants de déterminer si, à la fin, la structure de leurs puces est conforme au cahier des charges. Ces résultats représentent donc une application importante d'une méthode de tomographie par rayons X que les chercheurs du PSI développent depuis plusieurs années. Dans leur expérience, les chercheurs ont examiné un petit morceau qu'ils avaient préalablement découpé dans la puce. Cet échantillon est resté intact tout au long de la mesure. L'objectif est maintenant d'étendre la méthode de manière à ce qu'elle puisse être utilisée pour examiner des puces complètes. Les chercheurs ont mené les expériences à la source lumineuse suisse SLS de l'Institut Paul Scherrer.

Ils rapportent leurs résultats dans la dernière édition de la revue La nature .

Le câblage électrique de la plupart des puces électroniques de nos ordinateurs et téléphones portables ne fait que 45 nanomètres de large, les transistors de 34 nanomètres de haut. Bien qu'il soit de pratique courante aujourd'hui de produire des structures aussi délicates, il reste un défi de mesurer la structure exacte d'une puce finie en détail afin de vérifier, par exemple, s'il est construit selon les spécifications. De nos jours, pour ces examens, les fabricants utilisent principalement une méthode dans laquelle couche après couche de la puce est retirée, puis, après chaque étape, la surface est examinée au microscope électronique; c'est ce qu'on appelle l'imagerie au microscope électronique à balayage/faisceau d'ions focalisés FIB/SEM.

Aujourd'hui, des chercheurs de l'Institut Paul Scherrer PSI ont utilisé les rayons X pour réaliser une imagerie 3D non destructive d'une puce, de sorte que les chemins des lignes conductrices et les positions des transistors individuels et autres éléments de circuit sont devenus clairement visibles. La résolution d'image que nous avons pu produire est comparable à la méthode d'examen classique FIB/SEM, explique Mirko Holler, chef de projet. Mais nous avons pu éviter deux inconvénients importants :Premièrement, l'échantillon est resté intact, et nous avons des informations complètes sur la structure tridimensionnelle. Deuxièmement, nous avons évité les distorsions des images qui surviennent en FIB/SEM si la surface de la tranche individuelle n'est pas exactement plane.

Positionné avec une précision nanométrique

Pour leur étude, les chercheurs ont utilisé une méthode tomographique spéciale (ptychotomographie) qu'ils ont développée et améliorée au cours des dernières années, et qui offre aujourd'hui la meilleure résolution mondiale de 15 nanomètres (15 millionièmes de millimètre) pour l'examen d'un volume comparable. Dans l'expérience, l'objet à étudier est radiographié à des endroits déterminés avec précision avec la lumière de la source lumineuse suisse SLS de l'Institut Paul Scherrer. . L'échantillon est ensuite tourné par petites étapes, puis radiographié à nouveau par étapes après chaque tour. A partir de l'ensemble des données obtenues, la structure tridimensionnelle de l'échantillon peut être déterminée. Avec ces mesures, la position de l'échantillon doit être connue avec une précision de quelques nanomètres, c'était l'un des enjeux particuliers de la mise en place de notre station expérimentale, dit Holler.

Dans leur expérience, les chercheurs ont examiné de petits morceaux de deux puces :une puce de détection développée au PSI et une puce informatique disponible dans le commerce. Chaque pièce mesurait environ 10 micromètres (c'est-à-dire 10 millièmes de millimètre) en taille. Bien que l'examen d'une puce entière avec la configuration de mesure actuelle ne soit pas possible, les avantages de la méthode sont mis à profit même sous cette forme, de sorte que les premiers utilisateurs potentiels ont déjà manifesté leur intérêt pour la réalisation de mesures au PSI.

L'objectif :examiner des puces entières

Nous commençons actuellement à étendre la méthode de telle sorte qu'elle puisse être utilisée pour examiner des micropuces entières dans un temps de mesure acceptable. Ensuite, il sera également possible d'étudier plusieurs fois la même zone d'une puce, par exemple pour observer comment il évolue sous des influences extérieures, explique Gabriel Aeppli, chef de la division Rayonnement synchrotron et nanotechnologie au PSI.