中國科大主導制定半導體線寬檢測的首個ISO國際標準

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

半導體行業(yè)的發(fā)展日新月異,對集成電路器件加工尺寸的控制也要求日趨精細。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),其大小代表了半導體制造工藝的復(fù)雜性水平。對CD測量也可稱為納米尺度線寬測量,目前半導體的刻蝕線寬已經(jīng)降到10 nm以下,其測量的精準性直接決定著器件的性能。納米器件尺度的準確和精確(精度<1 nm)測量技術(shù)對半導體行業(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)是半導體工業(yè)生產(chǎn)中進行實時監(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發(fā)射在線寬邊沿處的加強效應(yīng),納米級線寬的CD-SEM圖像的解析需要建立高精準算法。

丁澤軍團隊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的用于掃描電子顯微術(shù)和表面電子能譜學的Monte Carlo模擬計算方法,他們結(jié)合了NIST研究團隊提出的“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)鍵尺寸評測方法”的ISO國際標準(IS)。標準文檔指定了利用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)驗閾值方法相比,該測量方法能夠給出準確的CD值,并且把線寬測量從單一參數(shù)擴展到包含結(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的單個孤立的或密集的線條特征圖案,這不僅為半導體刻蝕線寬的CD-SEM準確評測確定了行業(yè)標準,也為一般性納米級尺寸的其它測量法提供了參考。

研究團隊自2011年始,在973項目“納米測量技術(shù)標準的基礎(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做了新標準項目提案報告,2015年遞交投票新標準項目提案,2016年5月投票通過予以國際標準(IS)正式立項。該標準草案先后經(jīng)歷了四輪成員國投票,于2019年9月27日終輪投票通過,標準現(xiàn)已正式出版(https://www.iso.org/standard/70944.html)。

參與該標準相關(guān)研究和制定工作的團隊主要成員為:鄒艷波(現(xiàn)新疆師范大學)、李永鋼(現(xiàn)中科院合肥物質(zhì)科學研究院)、李會民(現(xiàn)中科大超級計算中心)。上述研究得到了科技部973項目、國家自然科學基金委和中科大超算中心的支持。