L'utilisation du silicium contraint est un des piliers de la nano-électronique moderne, permettant d'augmenter la mobilité des porteurs de charges jusqu'à +150 %. Des chercheurs de l’Université Grenoble Alpes, CEA/Inac/SP2M (en collaboration avec le Leti et l'ESRF) ont mesuré la déformation de lignes individuelles de silicium à une échelle nanométrique. Avec la miniaturisation des dispositifs à base de semi-conducteurs (pour accroître leur efficacité ou ajuster leurs propriétés), les performances sont devenues plus dépendantes des variations de propriétés structurales individuelles (composition chimique, forme, déformations). Il est donc devenu nécessaire de caractériser des objets non plus à partir de moyennes sur des assemblées mais avec l'étude d'objets uniques.
Dans cette expérience, des lignes individuelles de section 225x70nm2 de silicium contraint déposées sur SiO2 ont été étudiées grâce au faisceau de rayons X focalisés (largeur à mi-hauteur de 300x500nm2) sur la ligne id01 du synchrotron ESRF. En mesurant ainsi la diffraction d'une ligne unique, il est possible de retrouver le champ de déplacement dans la ligne de silicium, et donc sa déformation.
Il a été ainsi possible de suivre l'évolution de la déformation de lignes lorsque le faisceau intense (environ 105 photons/(s.nm2)) a altéré l'interface entre le silicium et l'oxyde de silicium, sans modifier la nature cristalline du silicium. Une relaxation très nette de la ligne est alors observée, avec une amplitude du déplacement divisée par trois. Un point important est que malgré cette relaxation (aplatissement), la ligne reste contrainte le long de sa direction principale, ce qui permet de conserver les intéressantes propriétés de conduction. Au-delà de la capacité à mesurer la déformation de ligne unique, cela montre la relative solidité de l'utilisation de la contrainte axiale pour augmenter les performances dans les transistors à base de silicium-sur-isolant (SOI) contraint. Cette étude ouvre la voie à l'étude de la déformation de nombreux nano-dispositifs de semi-conducteurs par diffraction des rayons X.
Figure de diffraction d'une ligne unique de silicium.
La courbure en forme de “ banane ” est la signature de la déformation de la ligne, qui peut alors être reconstruite.
Champ de déplacement reconstruit dans la ligne de silicium, avec une précision de l'ordre de quelques centièmes de nm.