中國科大主導(dǎo)制定半導(dǎo)體線寬檢測的首個(gè)ISO國際標(biāo)準(zhǔn)

近日,國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)正式發(fā)布了微束分析領(lǐng)域中的一項(xiàng)國際標(biāo)準(zhǔn):“基于測長掃描電鏡的關(guān)鍵尺寸評(píng)測方法”(Microbeam analysis — Scanning electron microscopy — Method for evaluating critical dimensions by CD-SEM (ISO 21466)),該標(biāo)準(zhǔn)由中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理學(xué)院和微尺度物質(zhì)科學(xué)國家研究中心的丁澤軍團(tuán)隊(duì)主導(dǎo)制定,是半導(dǎo)體線寬測量方面的首個(gè)國際標(biāo)準(zhǔn),也是半導(dǎo)體檢測領(lǐng)域由中國主導(dǎo)制定的首個(gè)國際標(biāo)準(zhǔn),該標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布有助于促進(jìn)半導(dǎo)體評(píng)測技術(shù)的發(fā)展,并提升我國在半導(dǎo)體行業(yè)的國際影響力和競爭力。

半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展日新月異,對(duì)集成電路器件加工尺寸的控制也要求日趨精細(xì)。芯片上的物理尺寸特征被稱為特征尺寸,其中最小的特征尺寸稱為關(guān)鍵尺寸(CD),其大小代表了半導(dǎo)體制造工藝的復(fù)雜性水平。對(duì)CD測量也可稱為納米尺度線寬測量,目前半導(dǎo)體的刻蝕線寬已經(jīng)降到10 nm以下,其測量的精準(zhǔn)性直接決定著器件的性能。納米器件尺度的準(zhǔn)確和精確(精度<1 nm)測量技術(shù)對(duì)半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用,也是極具挑戰(zhàn)性的工作。人們已經(jīng)發(fā)展了多種測量技術(shù)手段,如散射測量、原子力顯微鏡、透射電子顯微鏡和掃描電子顯微鏡,而測長掃描電鏡(CD-SEM)是半導(dǎo)體工業(yè)生產(chǎn)中進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與線寬測量的最為簡便和高效的方法。然而,由于掃描電鏡的二次電子信號(hào)發(fā)射在線寬邊沿處的加強(qiáng)效應(yīng),納米級(jí)線寬的CD-SEM圖像的解析需要建立高精準(zhǔn)算法。

丁澤軍團(tuán)隊(duì)長期從事電子束與材料相互作用領(lǐng)域里的基礎(chǔ)研究,發(fā)展了目前國際上最為先進(jìn)的用于掃描電子顯微術(shù)和表面電子能譜學(xué)的Monte Carlo模擬計(jì)算方法,他們結(jié)合了NIST研究團(tuán)隊(duì)提出的“基于模型數(shù)據(jù)庫”(MBL)方法,提出了該“基于測長掃描電鏡的關(guān)鍵尺寸評(píng)測方法”的ISO國際標(biāo)準(zhǔn)(IS)。標(biāo)準(zhǔn)文檔指定了利用CD-SEM成像表征刻蝕線寬的結(jié)構(gòu)模型及其相關(guān)參數(shù)、Monte Carlo模擬模型和成像掃描線計(jì)算方法、MBL數(shù)據(jù)庫構(gòu)造方法和文件格式、圖像匹配擬合程序和CD參數(shù)定值法。與傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)閾值方法相比,該測量方法能夠給出準(zhǔn)確的CD值,并且把線寬測量從單一參數(shù)擴(kuò)展到包含結(jié)構(gòu)形貌特征的信息,適用于如晶圓上的柵極、光掩模、尺寸小至10 nm的單個(gè)孤立的或密集的線條特征圖案,這不僅為半導(dǎo)體刻蝕線寬的CD-SEM準(zhǔn)確評(píng)測確定了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),也為一般性納米級(jí)尺寸的其它測量法提供了參考。

研究團(tuán)隊(duì)自2011年始,在973項(xiàng)目“納米測量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)研究”課題“基于SEM的納米測長模型”的研究成果基礎(chǔ)上,于2014年在ISO/TC202/SC4做了新標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目提案報(bào)告,2015年遞交投票新標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目提案,2016年5月投票通過予以國際標(biāo)準(zhǔn)(IS)正式立項(xiàng)。該標(biāo)準(zhǔn)草案先后經(jīng)歷了四輪成員國投票,于2019年9月27日終輪投票通過,標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)已正式出版(https://www.iso.org/standard/70944.html)。

參與該標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)研究和制定工作的團(tuán)隊(duì)主要成員為:鄒艷波(現(xiàn)新疆師范大學(xué))、李永鋼(現(xiàn)中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院)、李會(huì)民(現(xiàn)中科大超級(jí)計(jì)算中心)。上述研究得到了科技部973項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金委和中科大超算中心的支持。