Un nouvel outil accélérera la recherche de défauts dans les transistors nanométriques, rendant le débogage des processus technologiques plus simple et agréable

Nouvelle méthode pour visualiser les défauts atomiques dans les semi-conducteurs modernes

Des scientifiques de l’Université Cornell, en collaboration avec les entreprises ASM et TSMC, ont développé une technique permettant de visualiser les imperfections atomiques cachées dans des puces avancées. Cette approche est particulièrement importante pour le débogage des processus technologiques de fabrication de circuits intégrés : plus on peut évaluer précisément les défauts, moins il y a de rebut et plus rapidement la production mature est atteinte.

Ce qui a été étudié
L’étude utilisait des plaquettes traitées contenant des transistors Gate‑All‑Around (GAA) – le type de grille le plus récent, entourant complètement le canal. Le centre belge Imec a fourni les échantillons. Chaque canal GAA est une « tube » de 18 atomes en section transverse ; ses parois peuvent présenter des hétérogénéités, des éclats et d’autres défauts qui influent directement sur les caractéristiques du transistor. Bien qu’il ne soit pas possible de modifier la structure après traitement, les chercheurs ont pu suivre la qualité de fabrication à chaque étape des milliers d’étapes de production, visant à réduire le nombre d’erreurs.

Comment ils font
Pour observer les défauts de l’ordre de quelques atomes, les scientifiques ont utilisé la ptychographie électronique multislice. Il s’agit d’une méthode offrant une résolution sub‑angstrom et nanométrique en profondeur du matériau. Elle collecte la diffusion des électrons et construit à partir de celles-ci des images à l’échelle atomique.

L’étape clé consiste à recueillir des données diffraction 4D via un détecteur EMPAD dans un microscope électronique à transmission balayé (STEM). Les données sont ensuite soumises à une reconstruction de phase et à la modélisation de la propagation des électrons à travers de nombreux « coupes » du matériau. Contrairement aux méthodes projectionnelles traditionnelles, la ptychographie reconstitue la structure volumique complète à partir d’un seul ensemble de mesures, permettant de déterminer précisément les positions des atomes individuels, les déformations locales du réseau et les paramètres des frontières de phase.

Ce que cela donne
- Des évaluations qualitatives et quantitatives du spectre des défauts – auparavant disponibles uniquement par des méthodes indirectes.

- La possibilité d’identifier rapidement et de corriger les problèmes technologiques à un stade précoce de développement.

- L’intérêt confirmé des grands acteurs, tels que TSMC, démontre la valeur pratique de l’approche pour le débogage des productions de puces modernes.

Ainsi, cette nouvelle méthode ouvre la voie à un contrôle qualité plus fiable et efficace dans le domaine de la production hautement technologique de circuits intégrés.