熱門半導(dǎo)體制造技術(shù)
工藝技術(shù)的進(jìn)步對(duì)測(cè)量意味著什么,？在日前舉行的2009納米電子測(cè)量與表征技術(shù)國(guó)際會(huì)議上,，與會(huì)者對(duì)新興技術(shù)和材料為測(cè)量技術(shù)帶來(lái)的挑戰(zhàn)交換了觀點(diǎn),。
首先是芯片尺寸已接近原子級(jí)和量子級(jí),，這已成為測(cè)量領(lǐng)域的一大難題,。諸如不斷增加的能耗,、工藝和器件的多樣性,，以及器件和互連性能的降低等,。對(duì)于工程師來(lái)說(shuō),，及時(shí)獲得工藝信息至關(guān)重要,，檢測(cè)手段必須足以滿足工藝制程的發(fā)展,。
對(duì)于高k／金屬柵來(lái)說(shuō)，主要的挑戰(zhàn)是如何在實(shí)現(xiàn)一定性能的同時(shí)保證與標(biāo)準(zhǔn)CMOS制造的可兼容性,。能夠取代傳統(tǒng)SiON材料的先進(jìn)介質(zhì)必須具有較高的電容率,、良好的熱穩(wěn)定性、高遷移率,、較低的隧穿效應(yīng)和與金屬電極的兼容性,。與此趨勢(shì)相應(yīng)，測(cè)量技術(shù)的支持與發(fā)展是必要條件之一,。如今,，掩膜版檢測(cè)必須與完整的光刻工藝相對(duì)應(yīng)，以便及時(shí)預(yù)測(cè)可能在硅片上出現(xiàn)的缺陷,。檢測(cè)系統(tǒng)要能夠提供復(fù)雜的照明,，并與光刻機(jī)的精確結(jié)構(gòu)匹配。
另一個(gè)比較熱門的領(lǐng)域就是3D集成和硅通孔技術(shù)（TSV）,，它們將為芯片帶來(lái)更小的尺寸,、更低的能耗以及更強(qiáng)大的功能性，是半導(dǎo)體技術(shù)下一步發(fā)展的契機(jī)（圖2）,。
新材料,、新器件和結(jié)構(gòu)將促使測(cè)量技術(shù)繼續(xù)發(fā)展，從而滿足各種新現(xiàn)象的出現(xiàn),。在接近原子級(jí)的尺寸時(shí),，高k介質(zhì)、金屬柵和SOI被寄予厚望,，極有可能滿足16nm節(jié)點(diǎn)的要求,。盡管某些新材料已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用于IC制造，但是有關(guān)相應(yīng)測(cè)量技術(shù)的研發(fā)仍在繼續(xù),。Airgap和其它低k材料也在不斷涌現(xiàn),。
經(jīng)過(guò)多年的學(xué)術(shù)研究，人們很熟悉納米碳管,，更知道納米碳管不好實(shí)用,，至少很難在納米電子學(xué)上應(yīng)用。原因是納米碳管很難并可重復(fù)地結(jié)合到電子器件中去,。如果能將納米碳管“切”開(kāi),，并展開(kāi)成性能穩(wěn)定的平面，目前一流的集成電路微細(xì)加工技術(shù)就能用上,，實(shí)現(xiàn)碳材料電子學(xué)(改進(jìn)目前的硅材料電子學(xué)),。近年科學(xué)界重大發(fā)現(xiàn)--石墨烯（Graphene）就是這種材料。石墨烯是由碳原子構(gòu)成的二維晶體,，一般厚度方向?yàn)閱卧訉踊螂p原子層碳原子排列,。Graphene(石墨烯)是其英文名,，該命名與graphite（石墨）有關(guān)，也有人使用“單層石墨”
石墨烯是一種穩(wěn)定材料,，也是一種禁帶寬度幾乎為零的半金屬/半導(dǎo)體材料,。它具有比硅高得多的載流子遷移率(200000cm2/V)，在室溫下有微米級(jí)的平均自由程和很長(zhǎng)的相干長(zhǎng)度,。因此,，石墨烯是納米電路的理想材料，也是驗(yàn)證量子效應(yīng)的理想材料,。然而這種材料也非常難以測(cè)量（圖3）,。石墨稀顯微鏡是測(cè)量該新材料的必要手段。關(guān)鍵問(wèn)題之一是單個(gè)樣品和多層樣品中石墨稀的層數(shù),。TEM和低能電子顯微鏡（LEEM）是確定層數(shù)的重要檢測(cè)設(shè)備,，多層切片模擬式確定TEM檢測(cè)能力和成像條件的有效方式。LEEM可以檢測(cè)層數(shù)及樣品的形貌,。
二嵌段共聚物（diblockcopolymers）是另一種新型材料,，它可在光刻圖形上排列一致,，極有潛力在傳統(tǒng)的光刻條件下增大光刻圖形密度,，并減少線條邊緣粗糙度（LER）。對(duì)該材料的測(cè)量主要是通過(guò)x射線散射方法,，精確度可到到粗糙度小于0.5nm,。因?yàn)椴煌幕瘜W(xué)物質(zhì)有不同的共振態(tài)，共振散射加強(qiáng)了不同化學(xué)物質(zhì)之間的對(duì)比,，以此實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測(cè)量,。