La mesure QHM : un enjeu de taille pour le nanométrique

Alors que les fabricants de semiconducteurs mettent au point les process avancés de demain, la question de la mesure physique des transistors devient de plus en plus problématique et essentielle.

C’est la raison pour laquelle, les travaux du NIST (National Institute of Standard and Technology) dans ce domaine s’avèrent tout simplement cruciaux.

Une méthode de mesure trois fois plus précise

Les chercheurs de cette agence du Département du Commerce des États-Unis (agence connue notamment pour l’étude de l’effondrement des tours du World Trade Center le 11 septembre 2001) viennent ainsi d’être récompensés de l’Oscar de l’innovation dans le domaine de la R&D pour leur méthode de mesure baptisée « métrologie hybride quantitative » (« quantitative hybrid metrology » (QHM) en anglais).

Intégrant des techniques statistiques et l’utilisation systématique de deux ou plusieurs instruments afin de déterminer les dimensions nanométriques du transistor gravé sur les puces, la technique mise au point est trois fois plus précise que n’importe quelle autre méthode actuelle.

L’équipe récompensée comprend les physiciens Bryan Barnes et Richard Silver ainsi que le statisticien Nien Fan Zhang. Hui Zhou, un associé de recherche du NIST, a également été membre de l’équipe de développement.

La statistique avec l’inférence bayésienne (déduire une probabilité pour un événement sur la base des probabilités d’autres événements déjà mesurés), la bibliothèque d’un modèle jouant le rôle de référence et des combinaisons pertinentes d’appareils de mesure (microscope électronique à balayage, diffusomètre…) sont la clé de voûte de la technique mise au point.

Un défi de taille pour les process nanométriques avancés

Selon le NIST, elle devrait permettre de faire gagner jusqu’à 7 dollars par puce produite.

Mais au-delà des sommes épargnées, la technique QHM pourrait s’avérer incontournable alors que les fabricants de semiconducteurs s’apprêtent à passer sous les 20 nm et visent les 10 nm à l’horizon 2019.

Selon l’International Technology Roadmap for Semiconductors, jusqu’à présent, il n’y avait pas de solution connue pour mesurer les dimensions essentielles de transistors ayant des longueurs de grille de 10 nm.

Plusieurs entreprises et organisations, dont IBM, GlobalFoundries, l’Université de Berkeley en Californie et Sematech adoptent la métrologie hybride quantitative afin de la mettre en œuvre. C’est désormais l’autre défi technologique puisque la technique doit maintenant devenir une solution effective dans le cadre d’une production à très hauts volume et débit.