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新材料对测量技术的挑战

电子元件技术网?? 2010年06月23日 ?? 收藏0

  ??? 热门半导体制造技术

  ??? 工艺技术的进步对测量意味着什么?在日前举行的2009纳米电子测量与表征技术国际会议上,与会者对新兴技术和材料为测量技术带来的挑战交换了观点。

  ??? 首先是芯片尺寸已接近原子级和量子级,这已成为测量领域的一大难题。诸如不断增加的能耗、工艺和器件的多样性,以及器件和互连性能的降低等。对于工程师来说,及时获得工艺信息至关重要,检测手段必须足以满足工艺制程的发展。

芯片尺寸已接近原子级和量子级

  ??? 对于高k/金属栅来说,主要的挑战是如何在实现一定性能的同时保证与标准CMOS制造的可兼容性。能够取代传统SiON材料的先进介质必须具有较高的电容率、良好的热稳定性、高迁移率、较低的隧穿效应和与金属电极的兼容性。与此趋势相应,测量技术的支持与发展是必要条件之一。如今,掩膜版检测必须与完整的光刻工艺相对应,以便及时预测可能在硅片上出现的缺陷。检测系统要能够提供复杂的照明,并与光刻机的精确结构匹配。

  ??? 另一个比较热门的领域就是3D集成和硅通孔技术(TSV),它们将为芯片带来更小的尺寸、更低的能耗以及更强大的功能性,是半导体技术下一步发展的契机(图2)。

3D集成和硅通孔技术

  ??? 新材料、新器件和结构将促使测量技术继续发展,从而满足各种新现象的出现。在接近原子级的尺寸时,高k介质、金属栅和SOI被寄予厚望,极有可能满足16nm节点的要求。尽管某些新材料已经开始应用于IC制造,但是有关相应测量技术的研发仍在继续。Airgap和其它低k材料也在不断涌现。

  ??? 经过多年的学术研究,人们很熟悉纳米碳管,更知道纳米碳管不好实用,至少很难在纳米电子学上应用。原因是纳米碳管很难并可重复地结合到电子器件中去。如果能将纳米碳管“切”开,并展开成性能稳定的平面,目前一流的集成电路微细加工技术就能用上,实现碳材料电子学(改进目前的硅材料电子学)。近年科学界重大发现--石墨烯(Graphene)就是这种材料。石墨烯是由碳原子构成的二维晶体,一般厚度方向为单原子层或双原子层碳原子排列。Graphene(石墨烯)是其英文名,该命名与graphite(石墨)有关,也有人使用“单层石墨”

  ??? 石墨烯是一种稳定材料,也是一种禁带宽度几乎为零的半金属/半导体材料。它具有比硅高得多的载流子迁移率(200000cm2/V),在室温下有微米级的平均自由程和很长的相干长度。因此,石墨烯是纳米电路的理想材料,也是验证量子效应的理想材料。然而这种材料也非常难以测量(图3)。石墨稀显微镜是测量该新材料的必要手段。关键问题之一是单个样品和多层样品中石墨稀的层数。TEM和低能电子显微镜(LEEM)是确定层数的重要检测设备,多层切片模拟式确定TEM检测能力和成像条件的有效方式。LEEM可以检测层数及样品的形貌。

石墨烯

  ??? 二嵌段共聚物(diblockcopolymers)是另一种新型材料,它可在光刻图形上排列一致,极有潜力在传统的光刻条件下增大光刻图形密度,并减少线条边缘粗糙度(LER)。对该材料的测量主要是通过x射线散射方法,精确度可到到粗糙度小于0.5nm。因为不同的化学物质有不同的共振态,共振散射加强了不同化学物质之间的对比,以此实现准确测量。


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半导体制造? 纳米电子测量?

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