留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

基于硅晶格常数的纳米线宽计量技术

王芳 施玉书 张树 李伟

王芳,施玉书,张树,等. 基于硅晶格常数的纳米线宽计量技术[J]. 计量科学与技术,2022, 66(4): 13-18, 47 doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2021.0587
引用本文: 王芳,施玉书,张树,等. 基于硅晶格常数的纳米线宽计量技术[J]. 计量科学与技术,2022, 66(4): 13-18, 47 doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2021.0587
WANG Fang, SHI Yushu, ZHANG Shu, LI Wei. Nanowire Width Metrology Technology Based on Lattice Constant of Silicon[J]. Metrology Science and Technology, 2022, 66(4): 13-18, 47. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2021.0587
Citation: WANG Fang, SHI Yushu, ZHANG Shu, LI Wei. Nanowire Width Metrology Technology Based on Lattice Constant of Silicon[J]. Metrology Science and Technology, 2022, 66(4): 13-18, 47. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2021.0587

基于硅晶格常数的纳米线宽计量技术

doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2021.0587
基金项目: 中国计量科学研究院基本科研业务费项目(AKYZD2007-1)。
详细信息
    作者简介:

    王芳(1989-),中国计量科学研究院在站博士后,研究方向:纳米计量,邮箱:wangfang@nim.ac.cn

    施玉书(1982-),中国计量科学研究院副研究员,研究方向:微纳计量技术、精密仪器测量,邮箱:shiys@nim.ac.cn

    通讯作者:

    施玉书(1982-),中国计量科学研究院副研究员,研究方向:微纳计量技术、精密仪器测量,邮箱:shiys@nim.ac.cn

Nanowire Width Metrology Technology Based on Lattice Constant of Silicon

  • 摘要: 随着集成电路中关键尺寸的不断减小,测量精度要求达到原子级才能保证器件的有效性,这给纳米线宽的精确测量带来了新的挑战。2018年第26届国际计量大会提出使用硅{220}晶面间距作为米定义的复现方式,这为原子尺度纳米线宽计量技术提供了新的思路与方法。目前,我国已掌握基于硅晶格常数的纳米线宽计量技术的原理,研制了系列小量值纳米线宽标准器,建立了纳米线宽的智能化定值方法,为初步建立我国自己的原子尺度纳米线宽计量溯源体系奠定了基础。此外,介绍了我国纳米线宽计量技术下一阶段的研究目标,并对我国纳米线宽计量技术未来在国际的影响力,以及在我国自主知识产权大规模集成电路发展中的支撑作用作出了展望。
  • 图  1  透射电镜中基于硅晶格常数的线宽测量原理

    Figure  1.  Principle of width measurement based on lattice constant of silicon in TEM

    图  2  多结构硅纳米线宽标准物质的扫描电子显微镜图像

    Figure  2.  SEM image of the multi-structure silicon nanowire width reference material

    图  3  透射电子显微镜放大倍率为145 k下获得的特征值为45 nm和22 nm线宽标准器的显微图像

    Figure  3.  TEM images of width standards with nominal value of 45 nm and 22 nm obtained at magnification of 145 k

    图  4  纳米线宽测量示意图

    Figure  4.  Schematic diagram of nanowire width measurement

    图  5  40 nm线宽的SEM显微图像

    Figure  5.  SEM image of 40 nm width

    图  6  强度曲线的分解与特征提取

    Figure  6.  Decomposition and feature extraction of the intensity profile

    图  7  模型曲线与原始曲线的比较

    Figure  7.  Comparison of the original and model profiles

    图  8  单晶硅的HRTEM图像及其对应的2D-DFT

    Figure  8.  HRTEM image of the single crystal silicon and its 2D-DFT result

    图  9  2D-DFT图像的阈值分割结果及提取出的光斑

    Figure  9.  Segmentation result of 2D-DFT image and the extracted spots

    图  10  2D-IDFT变换后获得的晶格条纹图像

    Figure  10.  Lattice fringe image obtained after 2D-IDFT

    图  11  重心法测量结果

    Figure  11.  Measurement results of the centre-of-gravity method

    图  12  采用Digital Micrograph软件测量晶面间距

    Figure  12.  Lattice plane measurement using Digital Micrograph

    图  13  TEM/SEM/AFM样品

    Figure  13.  Samples of TEM, SEM and AFM

    图  14  完整线宽标准器溯源至硅晶格常数的原理

    Figure  14.  Principle of the non-destructive width standard traceable to the lattice constant of silicon

  • [1] Wu Z R, Cai Y N, Wang X R, et al. Amorphous Si critical dimension structures with direct Si lattice calibration[J]. Chinese Physics B, 2019, 28(3): 030601. doi: 10.1088/1674-1056/28/3/030601
    [2] 李琪,施玉书,李伟,等.微纳米光学测量的严格耦合波分析方法[J].计量科学与技术,2020(12):3-6,11.
    [3] 孙淼,黄鹭,高思田,等. 多角度动态光散射法的纳米颗粒精确测量[J]. 计量学报, 2020, 41(5): 529-537.
    [4] 高慧芳,任玲玲.纳米尺度氧化铪薄膜膜厚标准物质的研制[J].计量科学与技术,2021(1):61-65,78.
    [5] 施玉书,张树,连笑怡,等.毫米级纳米几何特征尺寸计量标准装置多自由度激光干涉计量系统[J].计量学报,2020,41(7):769-774.
    [6] 孟雪,刘冉,王冰玥,等.纳米/亚微米/微米粒度标准物质研究进展[J].计量技术,2020(1):12-17.
    [7] Massa E, Mana G, Kuetgens U, et al. Measurement of the lattice parameter of a silicon crystal[J]. New Journal of Physics, 2009, 11: 053013. doi: 10.1088/1367-2630/11/5/053013
    [8] Massa E, Mana G, Kuetgens U, et al. Measurement of the {220} lattice-plane spacing of a 28Si X-ray interferometer[J]. Metrologia, 2011, 48: S37-S43. doi: 10.1088/0026-1394/48/2/S06
    [9] 崔建军. 基于Fabry-Perot干涉与原子晶格间距的微位移计量及溯源研究 [D]. 天津: 天津大学, 2014.
    [10] Dai G L, Zhu F, Heidelmann M, et al. Development and characterisation of a new line width reference material[J]. Measurement Science and Technology, 2015, 26: 115006. doi: 10.1088/0957-0233/26/11/115006
    [11] Ernest G K, Szabo C I, Cline J P, et al. The lattice spacing variability of intrinsic float-zone silicon[J]. Journal of Research of the National Institute of Standards and Technology, 2017, 122: 24. doi: 10.6028/jres.122.024
    [12] Guthrie W F, Dixson R G, Allen R, et al. RM 8111: development of a prototype linewidth standard[J]. Journal of Research of the National Institute of Standards and Technology, 2006, 111(3): 187-203. doi: 10.6028/jres.111.016
    [13] Orji N G, Dixson R G, Garcia-Gutierrez D I, et al. TEM calibration methods for critical dimension standards[J]. Metrology, Inspection, and Process Control for Microlithography XXI, 2007, 6518: 651810. doi: 10.1117/12.713368
    [14] Dai G L, Hahm K, Bosse H, et al. Comparison of line width calibration using critical dimension atomic force microscopes between PTB and NIST[J]. Measurement Science and Technology, 2017, 28: 065010. doi: 10.1088/1361-6501/aa665b
    [15] Dai G L, Heidelmann M, Kubel C, et al. Reference nano-dimensional metrology by scanning transmission electron microscopy[J]. Measurement Science and Technology, 2013, 24: 085001. doi: 10.1088/0957-0233/24/8/085001
    [16] 周志华. 机器学习 [M]. 北京: 清华大学出版社, 2016: 202-204.
    [17] Takamasu K, Kuwabara K, Takahashi S, et al. Sub-nanometer calibration of CD-SEM line width by using STEM[J]. Metrology, Inspection, and Process Control for Microlithography XXIV, 2010, 7638: 76381K. doi: 10.1117/12.846436
    [18] Kiyosh T, Haruki O, Satoru T, et al. Edge determination methodology for cross-section STEM image of photoresist feature used for reference metrology[J]. Metrology, Inspection, and Process Control for Microlithography XXVII , 2013, 8681: 868132.
  • 加载中
图(14)
计量
  • 文章访问数:  49
  • HTML全文浏览量:  14
  • PDF下载量:  26
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 录用日期:  2022-01-25
  • 网络出版日期:  2022-02-10
  • 刊出日期:  2022-06-02

目录

    /

    返回文章
    返回