Brevet FR3084659A1 — publié le 20200207

DESCRIPTION TITRE : PROCEDE DE CARACTERISATION D'UN EMPILEMENT DE COUCHES AU MOYEN DE MESURES ELECTRIQUES ET DE SPECTROMETRIE DE PHOTOELECTRONS INDUITS PAR RAYONS X SOUS TENSION, EMPILEMENT DE COUCHES POUR LA MISE EN OEUVRE DU PROCEDE, PROCEDE DE FABRICATION DE L'EMPILEMENT DE COUCHES SELON L'INVENTION DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention se situe dans le domaine de la caractérisation des empilements de couches pour la microélectronique, tels que les empilements de type métal/oxyde/semiconducteur ou MOS. Un objet de l'invention est un procédé de caractérisation d'un empilement de couches par mesures électriques et par spectrométrie de photoélectrons induits par rayons X sous tension. Un autre objet de 15 la présente invention est un empilement de type métal/oxyde/semiconducteur adapté à la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. L'invention concerne en outre un procédé de fabrication de l'empilement de couches selon l'invention. ETAT DE L'ART Les industries de la microélectronique engagées dans le développement de filières 20 CMOS (« Complementary Metal Oxide Semiconductor » en anglais) ont besoin d'outils efficaces pour comparer des technologies variées ayant des architectures spécifiques. La caractérisation de ces architectures repose sur la mesure de différents paramètres, tels que le travail de sortie de grille, l'épaisseur d'oxyde effective ou encore la tension de bandes plates. Même si certains de ces paramètres peuvent être déterminés à 25 l'aide de techniques de caractérisation électrique, d'autres techniques de mesure peuvent s'avérer très utiles, permettant d'obtenir des informations complémentaires ou difficilement accessibles avec des mesures électriques. Par exemple, il a été montré que la spectrométrie de photons induits par rayons X (ou XPS de l'anglais « X-Ray Photoelectrons Spectroscopy ») peut donner des 30 informations sur l'énergie des niveaux électroniques dans les différents matériaux composant l'empilement de couches. Plus généralement, les mesures XPS permettent de mesurer la structure des bandes électroniques des différents matériaux. 2 En particulier, il est connu de l'homme de l'art que l'application d'une tension électrique pendant la réalisation de mesures XPS induit un décalage en énergie des spectres de photoélectrons, ce décalage étant proportionnel à la tension appliquée. Ces effets sont par exemple décrits dans le document « XPS for chemical- and charge-sensitive s analyses » de H. Sezen et S. Suzer, publié en 2013 dans « Thin Solid Films », numéro 534, pages 1-11. Les mesures XPS sous tension peuvent être utilisées pour déterminer la structure des bandes énergétiques dans un empilement de couches, voir par exemple le document Quantitative characterization of Band-Edge Energy Positions in High-k Dielectrics by X-Ray photoelectron spectroscopy » de Y. Chikata et al., publié en 2013 dans Japanese Journal of Applied Physics », numéro 52. En particulier, il est montré dans ce document que grâce aux mesures XPS sous tension il est possible de déterminer les niveaux d'énergie des bandes de conduction et de valence d'un diélectrique par rapport à l'énergie de bande interdite du Si02. Par ailleurs, l'étude des décalages en énergie de spectres XPS sous tension a permis de déterminer la densité des états à l'interface entre les couches dans un empilement de type oxyde semiconducteur (cf. par exemple le document « Bias-voltage application in a hard x-ray photoelectron spectroscopic study of the interface states at oxide/Si interfaces » de Y. Yamashita et al., publié dans « Journal of Applied Physics », numéro 113, en 2013). Toutefois, l'interprétation des mesures XPS sous tension reste difficile et peut parfois donner des résultats contradictoires. Par exemple, certains résultats publiés en littérature ont été interprétés comme une chute de potentiel à l'interface entre un métal et un oxyde, cette chute de tension étant trouvée variable en fonction de la variation de tension appliquée. Or, une telle interprétation n'est pas possible car la tension appliquée doit se répartir à l'intérieur de l'oxyde et non pas à l'interface entre le diélectrique et le métal. Plus précisément, une variation de potentiel à l'interface entre le diélectrique et le métal impliquerait un changement de charges de certains sites de cette interface, ce qui n'est pas possible puisque le niveau de Fermi du métal fixe les taux de remplissage de ces sites. La figure 1 a illustre schématiquement la réalisation d'une mesure XPS sous tension VGmes. Par exemple, l'empilement E ou couche de grille comprend une couche 3 métallique et une couche diélectrique. L'empilement E est déposé en partie au-dessus d'un oxyde épais O et en partie au-dessus d'un semiconducteur S. Au niveau du contact avec la couche semiconductrice, l'empilement E forme un empilement de type MOS appelé dispositif (ou « Device » ou « Device under test » selon la terminologie s anglaise). Le dispositif selon la figure 1 a comprend l'empilement E et une partie de la couche semiconductrice S ayant une épaisseur de l'ordre de 1 pm. Une première difficulté vient de la nécessité d'éclairer, avec le faisceau X, uniquement la zone de l'échantillon occupée par le dispositif que l'on veut analyser (ou « Device under test », DUT, selon la terminologie anglaise). En effet, si le faisceau X débordait so sur l'oxyde épais O, les mesures de spectroscopie X seraient altérées par la réponse de l'oxyde O, qui pourrait déformer le spectre du dispositif à analyser. La figure 1 b illustre une deuxième difficulté dans l'interprétation des mesures XPS sous tension. En effet, il est difficile de contrôler précisément la tension appliquée à chacune des différentes couches composant l'empilement. En d'autres termes, quand 15 on applique une tension Vgmes à une structure de taille suffisamment grande pour permettre la caractérisation XPS, la répartition de la tension Vgmes dans les différentes couches n'est pas connue. La figure 1 b illustre l'application d'une tension de polarisation Vgmes à un empilement E à caractériser et déposé sur une structure similaire à la structure décrite en référence 20 à la figure 1 a. La figure 1 b illustre schématiquement comment, suite à l'application de la tension Vgmes de polarisation à la surface de l'empilement E, la tension appliquée se répartit différemment dans chaque couche, avec des chutes des tensions DV1 (RS1), DV2(RS2). Il s'ensuit que la tension Vf réellement appliquée au dispositif que l'on veut 25 caractériser ou « Device » est différente de la tension de polarisation Vgmes appliquée à la grille par l'intermédiaire du dispositif de connexion électrique que l'on utilise. Il est aujourd'hui impossible de prendre en compte correctement ces effets, ce qui rend difficile la caractérisation des empilements MOS au moyen de mesures XPS. En d'autres termes, il n'existe pas aujourd'hui une méthode de caractérisation des 30 empilements de couches au moyen de mesures XPS, la méthode étant fiable, reproductible et capable de fournir des résultats expérimentaux cohérents et faciles à interpréter. 4 RESUME DE L'INVENTION Pour résoudre au moins partiellement ces problèmes techniques, un premier objet de l'invention est un empilement de couches pour la caractérisation d'une bicouche au moyen de mesures électriques et de spectrométrie de photoélectrons induits par 5 rayons X sous tension Vomes, ladite bicouche comprenant au moins une couche métallique et une couche isolante, ledit empilement de couches comportant, en plus de la bicouche, un substrat et une couche isolante dans laquelle sont formées une première et une deuxième cavités. La bicouche recouvre le fond de la première cavité, les parois latérales de la première 113 cavité et déborde sur la face supérieure de la couche isolante délimitant la première cavité. La bicouche recouvre le fond de la deuxième cavité, les parois latérales de la deuxième cavité et déborde sur la face supérieure de la couche isolante délimitant la deuxième cavité. 15 Les bicouches recouvrant les fonds de la première et deuxième cavités sont isolées électriquement les unes des autres, la surface de la première cavité étant strictement inférieure à la surface de la deuxième cavité, la surface de la première cavité étant choisie pour permettre la mesure d'au moins une caractéristique électrique, la surface de la deuxième cavité étant choisie pour permettre la focalisation d'un faisceau de 20 rayons X et l'application de la tension Vomes à la bicouche. Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, la bicouche est une couche de grille formée par une couche en métal et une couche isolante. L'empilement formé par la couche de grille et le substrat semiconducteur au niveau de la première et deuxième cavités est un empilement de type métal/oxyde/semiconducteur ou MOS. 25 Le substrat pourrait également être métallique avec un empilement formé par la bicouche et le substrat métallique au niveau du fond de la première et deuxième cavités formant un empilement de typé métal/isolant/métal ou MIM. On entend par cavité, un évidement formé dans la couche isolante et permettant de déposer la couche de grille au contact du substrat semiconducteur. En d'autres 30 termes, chaque cavité comprend, au niveau du fond de la cavité, une zone « active » ou zone de « transistor » formée par l'empilement d'une couche de grille ou « gate 5 stack » en anglais et du substrat semiconducteur. La couche de grille ou « gate stack » peut par exemple comprendre une couche métallique et une ou plusieurs couches isolantes. On entend par mesures électriques une caractérisation électrique de l'empilement de 5 couches. Un exemple de mesure électrique est la caractéristique C(V), C étant la capacité mesurée entre la couche de grille et le substrat semiconducteur en présence d'une tension appliquée V. Un autre exemple de mesure électrique est la caractéristique I(V), I étant le courant mesuré entre la couche de grille et le substrat semiconducteur en présence d'une tension appliquée V. io On entend par spectrométrie de photoélectrons induits par rayons X sous tension VGmes ou XPS, la mesure des électrons émis par l'empilement de couches suite à l'éclairage par un faisceau X, en présence d'une tension appliquée Vènes. Ces mesures peuvent être présentées sous forme de spectres d'émission, chaque spectre représentant l'intensité des électrons émis en fonction de leur énergie d'émission. Le 15 décalage en énergie des spectres en fonction de la tension appliquée VGmes permet, entre autres, de situer les uns par rapport aux autres les niveaux d'énergies des bandes de conduction et de valence des électrons dans les différentes couches. Les bicouches recouvrant le fond de la première et deuxième cavités ont la même composition et la même épaisseur. 20 L'invention permet de caractériser un dispositif d'intérêt à l'aide de mesures XPS et électriques de façon fiable et reproductible. Cela est possible grâce au fait que la couche de grille à caractériser est déposée à la fois dans une première cavité de petite taille pour la caractérisation électrique et dans une cavité de grande taille pour la caractérisation XPS. 25 Avantageusement, l'utilisation d'une cavité de petite taille pour la caractérisation électrique permet de réduire les effets parasites qui masquent les caractéristiques recherchées de la réponse électrique, notamment dans le cas de mesures de type C(V). Avantageusement, l'utilisation d'une cavité de grande taille pour la caractérisation XPS 30 permet de focaliser le faisceau X à l'intérieur de la cavité, en évitant d'envoyer le 6 faisceau X sur les autres couches ce qui masquerait les caractéristiques recherchées de la réponse de la couche de grille d'intérêt. Avantageusement, le débordement de la couche de grille autour de la première et deuxième cavités permet l'application de la tension de polarisation Vones lors des 5 mesures XPS et de la tension V pour la caractérisation électrique de l'empilement. Avantageusement, la couche isolante permet d'isoler électriquement les cavités les unes des autres et de les caractériser soit électriquement soit par mesure XPS. Par ailleurs, la présence de la couche isolante et des cavités permet de poser les contacts pour l'application des tensions de mesures sans endommager le dispositif ou io empilement MOS situé au niveau du fond des cavités, tout en polarisant les structures de façon fiable et reproductibles. Grâce à l'empilement de couches selon l'invention, il est possible de caractériser la même couche de grille par mesures électriques et XPS, les cavités de petite taille étant plus adaptées à une caractérisation électrique et celles de grande taille étant plus 15 adaptées à une caractérisation XPS. Le dispositif selon l'invention peut également comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes selon toutes les combinaisons techniquement possibles : la première cavité possède une surface comprise entre 1 pm2 et 10000 pm2 et la deuxième cavité possède une surface comprise entre 10000 pm2 et 25 mm2; 20 la couche de grille est une multicouche comprenant une couche métallique et une couche isolante électrique. la couche isolante électrique délimitant les cavités est une couche d'oxyde ; la couche isolante de la couche de grille comprend plusieurs couches d'oxydes différentes. 25 Un deuxième objet de l'invention est un procédé de caractérisation d'un empilement de couches selon l'invention par mesures électriques et par spectrométrie de photoélectrons induits par rayons X sous tension, ledit procédé comprenant les étapes suivantes : - Mesure d'une caractéristique C(V) correspondant à une première cavité 30 de l'empilement, C étant la capacité mesurée entre la couche de grille et 7 le substrat quand une tension V est appliquée à la couche de grille, la tension V pouvant balayer une plage de valeurs DV ; - Mesure d'une caractéristique Ip(V), I étant le courant électrique traversant l'empilement au niveau de la première cavité quand une 5 tension V est appliquée à la couche de grille, la tension V pouvant balayer une plage de valeurs DV et calcul, à partir de Ip(V), de la densité surfacique de courant Jp(V) traversant l'empilement au niveau de la première cavité ; - Mesure d'une caractéristique ID(VGmes), ID étant le courant électrique traversant l'empilement au niveau de la deuxième cavité quand une tension Vernes est appliquée à la couche de grille et calcul, à partir de lo(Vomes) de la densité surfacique de courant JD(VGmes) traversant l'empilement au niveau de la deuxième cavité ; - Mesure d'une série de spectres de photoélectrons induits par rayons X 15 sous tension Vornes, chaque spectre correspondant à une tension VGmes différente, les spectres étant mesurés au niveau d'une deuxième cavité de l'empilement, la tension Vomes étant appliquée à la couche de grille ; - Détermination de la chute de tension Vour par comparaison des caractéristiques J D(Vomes) et Jp(V), \foin étant la chute de tension aux 20 bornes de l'empilement au niveau du fond de la deuxième cavité ; - Mesure d'une tension électrique à proximité de la deuxième cavité pour la détermination d'une chute de potentiel DVRs2 dans le substrat, - Correction, à l'aide des chutes de tension \tour et DVRs2, des parties des spectres de photoélectrons qui sont associées aux différentes couches 25 du dispositif à caractériser. On entend ici par VDUT la tension véritablement appliquée à l'empilement que l'on veut caractériser. Selon un mode de réalisation l'étape de détermination de la chute de tension DVRS2 comprend la détermination de la tension Vf à la face avant de l'empilement de couches 30 au niveau du fond de la deuxième cavité, Vf = Vour + DVRs2, la tension Vf étant utilisée, lors de l'étape de calibration pour corriger la partie des spectres de photoélectrons induits par rayons X associée à la partie métallique de la couche de grille. 8 Selon un mode de réalisation, la correction de la série de spectres de photoélectrons induits par rayons X est spécifique à chaque couche de l'empilement. Selon un mode de réalisation, la série de spectres de photoélectrons induits par rayons X comprend plusieurs spectres, chacun acquis à une tension de mesure VGmes 5 donnée. Par exemple, à l'intérieur d'un même spectre on trouve différents pics associés aux différents éléments (par exemple Ti, Hf ou Si) et donc aux différentes couches. Selon un autre mode de réalisation, la série de spectres comprend un seul spectre réalisé sous une seule et même tension de mesure Vgmes. io Dans le cas d'une cavité de grande taille destinée à la caractérisation par XPS, la tension de polarisation Vones appliquée à la couche de grille ne correspond pas à la tension VDUT appliquée à l'empilement MOS situé au niveau du fond de la cavité, à savoir l'empilement que l'on veut caractériser ou dispositif ou « device » (« Device under test » ou « DUT » selon la terminologie anglaise). En effet, les chutes de tension 15 parasites deviennent plus importantes dans les dispositifs de grande taille. Le procédé selon l'invention permet de déterminer la tension de polarisation réellement appliquée au dispositif que l'on veut caractériser lors des mesures XPS sous tension et donc d'interpréter correctement ces mesures. En particulier, l'invention repose sur le fait que, pour une densité de courant donnée, 20 le dispositif au niveau du fond de la première cavité et le dispositif au niveau du fond de la deuxième cavité se trouvent dans le même état électrique. Avantageusement, le procédé selon l'invention exploite la présence de structures de tailles différentes sur la même plaquette semiconductrice pour caractériser la couche de grille. 25 En particulier, la mesure C(V) sur des petites structures permet d'identifier l'état de polarisation de l'empilement, à savoir pour la chute de tension VDUT aux bornes du dispositif la répartition des tensions entre oxyde et semiconducteur. Il est important de noter que cette mesure est uniquement possible sur des structures de petite taille telles que les premières cavités de l'empilement selon l'invention. Sur des structures de 30 grande taille, par exemple les structures ayant une taille suffisante pour permettre une 9 caractérisation XPS, l'information recherchée dans des mesures C(V) seraient complètement masquées par des effets parasites. Dans un empilement de type MOS, la caractéristique C(V) représente le couplage électrostatique entre la couche métallique et la couche semiconductrice, séparées par 5 la couche diélectrique. A partir de la caractéristique C(V), il est possible d'extraire, grâce à des modèles connus de l'homme du métier, la tension de bandes plates, l'état de charge dans le semi-conducteur, les chutes de tension dans le semi-conducteur et le diélectrique. Le procédé selon l'invention comprend en outre une étape de mesure de la 113 caractéristique Ip(V), lp étant le courant électrique traversant l'empilement au niveau de la première cavité. A partir de la caractéristique Ip(V) il est ensuite possible de calculer la densité de courant en fonction de la tension appliquée Jp(V) = Ip(V)/Si, Si étant la surface de la première cavité. Avantageusement, la caractéristique Ip(V) est couplée à la caractéristique C(V). Il est 15 possible d'utiliser cette relation pour identifier, à partir des caractéristiques mesurées pour une petite structure, une polarisation donnée dans une structure de grande taille, les deux structures étant dans le même état électrique à parité de densité de courant mesurée. Pour ce faire, le procédé selon l'invention comprend une étape de mesure de la 20 caractéristique ID(VGmes), ID étant le courant traversant l'empilement au niveau d'une deuxième cavité de l'empilement. Ensuite, il est possible de calculer la densité de courant correspondant Jp(Vornes) = ID(VGmes)/S2, S2 étant la surface de la deuxième cavité. Il est donc possible de remonter à la polarisation VDUT de l'empilement MOS dans une 25 structure de grande taille pour une tension \tomes appliquée en comparant Jp(V) et Jp(Vernes). Plus précisément il est possible de considérer la densité de courant mesurée pour un dispositif de grande taille et de lire la tension correspondant sur la courbe Jp(V), mesurée pour un dispositif de petite taille. Grâce à cette étape de comparaison des densités de courant il est possible d'obtenir la tension de polarisation 30 de l'empilement VDUT au niveau de la deuxième cavité pour une tension appliquée VGmes. 10 La relation entre Vpur et la tension appliqué Vanes permet de corriger les spectres XPS et de prendre en compte les chutes de tension parasites dans les dispositifs de grande taille. En d'autres termes, en connaissant la tension Vour réellement appliquée à l'empilement que l'on veut caractériser, il est possible de mesurer correctement les s décalages en énergie des spectres XPS sous tension. Avantageusement, le procédé selon l'invention permet de comparer la caractéristique JP (V) mesurée dans un dispositif de petite taille et la caractéristique JD(VGmes) mesurée dans un dispositif de grande taille. Dans le cas d'une petite structure, la tension V appliquée correspond à la tension de polarisation VDUT de l'empilement MOS. En comparant les deux courbes JP (V) et Jc(VGmes), il est possible de remonter à la relation qui lie la tension appliquée dans une structure de grande taille, VGmes, à la tension de polarisation du dispositif que l'on veut caractériser, VDUT. En connaissant cette relation, il est possible de connaître le véritable état de polarisation de l'empilement lors de l'acquisition des spectres XPS sous tension. 15 Selon un mode de réalisation, le procédé selon l'invention comprend en outre un relevé de tension électrique à proximité de la deuxième cavité. Ce relevé de tension permet de déterminer la chute de potentiel DVRS2 entre la face arrière du dispositif que l'on veut caractériser et la face arrière du substrat semi-conducteur. Selon un mode de réalisation, l'étape d'acquisition des spectres XPS est réalisée 20 après la caractérisation électrique de la deuxième cavité de grande taille. Selon un mode de réalisation, les spectres XPS sont mesurés dans une condition de polarisation correspondant à la tension de bandes plates du dispositif que l'on veut caractériser. Avantageusement, la détermination de la chute de tension DVRS2 permet de 25 déterminer la tension Vf appliquée à la face supérieure de la couche de grille. En particulier, la tension DVRS2 permet de situer la chute de tension Vcur développée dans le dispositif à étudier par rapport à la référence des tensions. La référence des tensions, ou masse GND, est par exemple la référence du spectromètre XPS. Selon un mode de réalisation, le relevé de tension à proximité de la deuxième cavité 30 permet de mesurer la chute de tension DVnsi entre le point d'application de la tension 11 Vernes et le bord de la deuxième cavité. Il est donc possible de déterminer la chute de tension DVRS2 à partir de l'équation Vcmes= DVest + VDUT + DVRS2. Selon un mode de réalisation, la correction des spectres XPS est spécifique à chacune des couches à l'intérieur du dispositif que l'on analyse et elle est déterminée en utilisant 5 VDUT. En particulier on peut écrire, VDUT =Vfb+Vsc+Vox où Vfb, Vsc et Vox sont respectivement les chutes de tension dites de bandes plates, dans le semi-conducteur et dans l'oxyde, les deux dernières dépendant de VDUT, la première étant fixe et spécifique du dispositif à étudier, toutes pouvant être calculées à partir de la seule courbe C(V) et un modèle physique associé. C'est ainsi que la partie propre au spectre de la couche métallique sera corrigée aussi de Voir pour rendre compte de la différence de tension Vf= Vour+DVRs2 par rapport à la référence du système de mesure, tandis que la partie propre au spectre de la surface du semi-conducteur sera elle corrigée de Vsn pour rendre compte de la chute de tension à la surface de ce semiconducteur, soit Vsc+DVRS2. Pour une couche d'oxyde à l'intérieur de la grille, on 15 prendra la chute de tension dans cette couche au point médian de cette couche. Un troisième objet de l'invention est un procédé fabrication d'un empilement de couches selon l'une des revendications précédentes comprenant les étapes suivantes : - Dépôt d'une couche isolante sur un substrat semiconducteur ; 20 - Gravure de la couche isolante pour former une première et une deuxième cavités ayant tailles différentes ; - Dépôt d'une couche de grille ; - A l'aide d'un masque définissant une première région autour de la première cavité et une deuxième région autour de la deuxième cavité, 25 gravure de la couche de grille autour de la première et de la deuxième cavité ; Selon un mode de réalisation, le procédé de fabrication d'un empilement de couches selon l'invention comporte la gravure d'une multiplicité de premières cavités et une 30 multiplicité de deuxièmes cavités, les premières cavités possédant une surface comprise entre 1 pm2 et 10000 jim2, les deuxièmes cavités possédant une surface comprise entre 10000 pm2 et 25 mm2. 12 Selon un mode de réalisation, le procédé de fabrication d'un empilement de couches selon l'invention comporte en outre une étape de réduction de l'épaisseur de la couche de grille, de sorte à pouvoir réaliser des mesures XPS au niveau de la deuxième cavité. Selon un mode de réalisation, l'épaisseur de la couche de grille est inférieure à 10 nm 5 pour permettre une caractérisation XPS. Selon un mode de réalisation, le masque utilisé pour la définition d'une première et d'une deuxième régions autours des cavités est un masque pour lithographie optique ou électronique. Io LISTE DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées, parmi lesquelles : - La figure 1 a illustre schématiquement un montage expérimental pour la 15 caractérisation d'un empilement de type MOS par spectrométrie de photoélectrons induits par rayons X sous tension ; - La figure 1 b illustre comment les chutes de tension parasites peuvent empêcher la détermination de l'état de polarisation d'un empilement MOS de grande taille ; La figure 2 illustre schématiquement une tranche de semiconducteur 20 comprenant un empilement de couches selon l'invention ; La figure 3a représente une vue en coupe de l'empilement de couches selon la figure 2, au niveau d'une première cavité ou cavité de petite taille ; - La figure 3b représente une vue en coupe de l'empilement de couches selon la figure 2 au niveau d'une deuxième cavité ou cavité de grande taille ; 25 - Les figures 4a et 4b illustrent plusieurs caractéristiques C(V) correspondant à des cavités de taille différente ; La figure 5a illustre plusieurs caractéristiques I(V) correspondant à des cavités de taille différente ; La figure 5b illustre les résistances parasites pour des cavités de taille 30 différente ; La figure 6 illustre schématiquement les différentes étapes du procédé selon l'invention ; 13 Les figures 7a, 7b, 8a, 8b, 9a et 9b montrent des exemples de spectres XPS sous tension ; La figure 10 illustre les mesures de décalage en énergie des spectres XPS en fonction de la tension de polarisation VGrnes ; s La figure 11a illustre schématiquement la répartition de la tension appliquée pour un dispositif de grande taille ou deuxième cavité et un dispositif de petite taille ou première cavité ; La figure 11 b illustre la détermination de la tension VAUT réellement appliquée au dispositif que l'on veut caractériser selon l'invention ; 10 Les figures 12a et 12b illustrent la correction des décalages en énergie des spectres XPS selon l'invention ; Les figures 13a, 13b et 13c illustrent un exemple d'application du procédé selon l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE 15 La figure 2 illustre schématiquement une tranche de semiconducteur comprenant un empilement de couches selon l'invention. L'empilement comprend un substrat (non visible sur la figure 2), par exemple du Silicium. Une couche isolante épaisse O est déposée au-dessus du substrat en Silicium. La couche isolante O peut comprendre par exemple un oxyde épais. 20 L'empilement selon l'invention comprend des premières cavités P et des deuxièmes cavités D. Les premières et deuxièmes cavités sont formées dans la couche d'oxyde épais O. Comme il est visible sur la figure 2, les premières cavités P possèdent une surface plus petite que les deuxièmes cavités D. Selon un mode de réalisation les premières cavités P possèdent une surface comprise 25 entre 1 pm2 et 10000 pm2 et les deuxièmes cavités possèdent une surface comprise entre 10000 pm2 et 25 mm2. Chaque cavité comporte une couche de grille E déposée sur le fond de la cavité et recouvrant les parois latérales de la cavité. La couche de grille E déborde sur la face supérieure de la couche isolante délimitant chaque cavité. Au niveau de chaque cavité 30 la couche de grille E est au contact du substrat semiconducteur. La couche de grille E comprend une couche métallique et une ou plusieurs couches isolantes, par exemple en oxyde. 14 Le fond de chaque cavité forme un empilement de type métal/oxyde/semiconducteur appelé également zone active ou zone de transistor ou dispositif (c REVENDICATIONS1. Empilement de couches pour la caractérisation d'une bicouche (E) au moyen de mesures électriques et de spectrométrie de photoélectrons induits par rayons X sous tension Vernes, ladite bicouche comprenant au moins une couche métallique et une couche isolante, ledit empilement de couches comportant, en plus de la bicouche (E), un substrat (S) et une couche isolante (0) dans laquelle sont formées une première (P) et une deuxième (D) cavités, la bicouche (E) recouvrant le fond de la première cavité (P), les parois latérales de la première cavité (P) et débordant sur la face supérieure de la couche isolante délimitant la première cavité (P), la bicouche (E) recouvrant le fond de la deuxième cavité (D), les parois latérales de la deuxième cavité (D) et débordant sur la face supérieure de la couche isolante délimitant la deuxième cavité (D), les bicouches recouvrant les fonds de la première (P) et deuxième (D) cavités étant isolées électriquement les unes des autres, la surface de la première cavité (P) étant strictement inférieure à la surface de la deuxième cavité (D), la surface de la première cavité (P) étant choisie pour permettre la mesure d'au moins une caractéristique électrique, la surface de la deuxième cavité étant choisie pour permettre la focalisation d'un faisceau de rayons X et l'application de la tension Vernes à la bicouche (E). 2. Empilement selon la revendication précédente caractérisé en ce que la première cavité (P) possède une surface comprise entre 1 pm2 et 10000 pm2 et la deuxième cavité (D) possède une surface comprise entre 10000 pm2 et 25 mm2. 3. Empilement selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la bicouche est une couche de grille comprenant une couche métallique et une couche isolante électrique et le substrat (S) est un substrat semiconducteur. 4. Empilement selon la revendication précédente caractérisé en ce que la couche isolante électrique est une couche d'oxyde. 25 5. Empilement selon l'une des revendications 3 ou 4 caractérisé en ce que la couche isolante électrique comprend plusieurs couches d'oxydes différents. 6. Procédé de fabrication d'un empilement de couches selon l'une des s revendications 3 à 5 comprenant les étapes suivantes : - Dépôt d'une couche isolante (0) sur un substrat semiconducteur (S) ; - Gravure de la couche isolante (0) pour former une première (P) et une deuxième (D) cavités ayant tailles différentes ; - Dépôt d'une couche de grille (E) ; so - A l'aide d'un masque définissant une première région autour de la première cavité (P) et une deuxième région autour de la deuxième cavité (D), gravure et de la couche de grille (E) autour de la première (P) et de la deuxième cavité (D). 15 7. Procédé de fabrication d'un empilement de couches selon la revendication précédente caractérisé en ce que l'étape de gravure de la couche isolante (0) comporte la gravure d'une multiplicité de premières cavités (P) et une multiplicité de deuxièmes cavités (D), les premières cavités (P) possédant une surface comprise entre 1 pm2 et 10000 pm2, les deuxièmes cavités (D) 20 possédant une surface comprise entre 10000 pm2 et 25 mm2. 8. Procédé de caractérisation d'un empilement de couches selon l'une des revendications 1 à 5 par mesures électriques et par spectrométrie de photoélectrons induits par rayons X sous tension Vgmes, ledit procédé de 25 caractérisation comprenant les étapes suivantes : - Mesure (CAPA_P) d'une caractéristique C(V) correspondant à une première cavité (P) de l'empilement, C étant la capacité mesurée entre la bicouche (E) et le substrat (S) quand une tension V est appliquée à la bicouche (E), la tension V pouvant balayer une plage de valeurs DV ; 30 - Mesure (COUR_P) d'une caractéristique Ip(V), lp étant le courant électrique traversant l'empilement au niveau de la première cavité (P) quand une tension V est appliquée à la bicouche (E), la tension V pouvant balayer une plage de valeurs DV et calcul, à partir de Ip(V), de 26 la densité surfacique de courant JR(V) traversant l'empilement au niveau de la première cavité (P) ; - Mesure (COUR_D) d'une caractéristique ID(Vanes), ID étant le courant électrique traversant l'empilement au niveau de la deuxième cavité (D) 5 quand une tension Vonees est appliquée à la bicouche et calcul, à partir de ID(Vomes) de la densité surfacique de courant Jo(Vornes) traversant l'empilement au niveau de la deuxième cavité (D); - Mesure (SPECTRO_D) d'une série de spectres de photoélectrons induits par rayons X sous tension Vonees, chaque spectre correspondant 1.0 à une tension Vornes différente, les spectres étant mesurés au niveau d'une deuxième cavité (D) de l'empilement, la tension Varies étant appliquée à la bicouche (E) ; - Détermination (POLAR_DUT) de la chute de tension VDUT par comparaison des caractéristiques JD(Vomes) et Jp(V), VDUT étant la chute 15 de tension aux bornes de l'empilement au niveau du fond de la deuxième cavité (D) ; - Mesure (MES_PAR) d'une tension électrique à proximité de la deuxième cavité (D) pour la détermination d'une chute de potentiel DVRs2 dans le substrat (S) ; 20 - Correction (CALIB), à l'aide des chutes de tension VDUT et DVF1s2, des parties des spectres de photoélectrons induits par rayons X qui sont associées aux différentes couches du dispositif à caractériser. 9. Procédé de caractérisation d'un empilement de couches selon la revendication 25 précédente caractérisé en ce que la correction de la série de spectres de photoélectrons induits par rayons X est spécifique à chaque couche de l'empilement. 10. Procédé de caractérisation d'un empilement de couches selon la revendication 30 8 ou 9 caractérisé en ce que l'étape de mesure (MES_PAR) d'une tension électrique comprend la détermination de la tension Vf = VDUT DVRS2 à la face avant de l'empilement de couches au niveau du fond de la deuxième cavité et en ce que, lors de l'étape de correction (CALIB), la tension Vf est utilisée pour 27 corriger la partie des spectres de photoélectrons induits par rayons X associée à la partie métallique de la couche de grille. 5 10 15 20 25