• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  • Upptäcker effekter av 3D-former i nanoskala chipfunktioner

    En tredimensionell rekonstruktion av chipfunktioner från mätningar med NIST-modellbiblioteksmetoden.

    När mikrochipfunktionsdimensionerna närmar sig atomär skala, det blir oerhört svårt att mäta deras storlek och form. Enligt International Technology Roadmap for Semiconductors, inom de närmaste åren kommer den typiska längden på en transistors "gate" – dess på/av-brytare – att vara mindre än 20 nanometer.

    Att uppfylla produktionstoleranser för enheter med dessa dimensioner kommer att kräva mätningar med en minsta osäkerhet runt 0,3 nm. Och uppgiften är redo att bli svårare:senast 2020, grindlängder förväntas krympa till cirka 12,5 nm, kräver osäkerheter inom intervallet 0,2 nm – ungefär bredden av en kiselatom.

    Det sätter extraordinär press på chiptillverkarna att förbättra processkontrollen. I allmänhet, Tillverkare mäter de kritiska måtten hos en grind (eller någon funktion) genom att detektera dess kanter, med hjälp av ett instrument som kallas svepelektronmikroskop (SEM). SEM mäter antalet lågenergielektroner som kastas ut från ett prov när det träffas av en stråle av högenergielektroner; dessa belopp är högst vid kanterna. Typisk SEM-avbildning använder approximationsalgoritmer som definierar kantpositionen inom ett möjligt område på en eller två nanometer.

    Nu har NIST-forskare bestämt att en viktig komponent i den osäkerheten är att, i ultraliten skala av de senaste chipfunktionerna, SEM-mätningar påverkas starkt av variationer i grindens tredimensionella form som kan uppstå under tillverkningen, inklusive linjebredd och mittposition, vinkeln som bildas av en upphöjd detaljs sidoväggar, krökningsradien för det övre kantområdet, och effekten av intilliggande strukturer. Skillnader i varje parameter ändrar banorna för elektroner som kastas ut från provet, vilket i sin tur gör det svårt att exakt lokalisera kanter och därmed bestämma den faktiska bredden och formen.

    För närvarande, dessa effekter beaktas i allmänhet inte vid processkontroll. Tillverkare jämför vanligtvis en produktionsserie med en annan, förutsatt att eventuella variationer mellan de två är resultatet av en kombination av verkliga skillnader i den relevanta dimensionen och slumpmässiga mätningsfel. Men egentligen, NIST-forskare säger, dessa variationer kan faktiskt vara resultatet av skillnader i den tredimensionella formen (av vilka vissa inte är den relevanta dimensionen) för samma egenskaper från en körning till en annan." Halvledarindustrin behöver helt klart något som kan hantera godtyckliga tredimensionella former , " säger NIST:s John Villarrubia, huvudförfattare till rapporten. "Problemet är att om det kritiska dimensionstalet du kommer fram till är känsligt inte bara för bredden på din linje utan också för formen på din linje, då mäter du båda på något dåligt definierat sätt."

    Successiva etsningssteg som används för att minska detaljstorleken kan resultera i avsevärd variation i form och stigning – avståndet mellan mitten av två intilliggande objekt.

    För att minska osäkerheten, NIST-forskare utarbetade ett sätt att modellera hur banorna för elektroner som skjuts ut från grinden under SEM-skanning påverkas av formvariationer och instrumentparametrar som strållutning, ljusstyrka, offset, strålstorlek, och andra faktorer. De kombinerade elektrontransiteringens fysik med detaljerade databaser över elektronöverföring och spridning och använde slumptal för att simulera elektronspridningens probabilistiska natur. De upprepade sedan processen för var och en av 27, 000 olika kombinationer av parametrar. Resultatet är ett bibliotek av SEM-signaturer som motsvarar olika formkombinationer. Uppmätta SEM-signaturer kan jämföras med biblioteket för att korrekt härleda provparametrarna.

    NIST-forskarna samarbetade med Intel Corporation för att testa metoden på speciella prover tillverkade av företaget till nästa generations dimensioner på 10 nm till 12 nm. I en nyligen publicerad publikation rapporterar samarbetspartnerna att när de jämförde resultaten av bredd- och formmätningar med hjälp av modellbibliotekssystemet mot mätningar av samma grindar med två helt olika tekniker med hög noggrannhet, NIST-modellen överensstämde med de oberoende metoderna till bättre än 1 nm.

    "Inga tillverkare av integrerade kretsar använder den här typen av modellbaserad mätteknik för närvarande, " säger Villarrubia. "Men de kan anta tekniken om SEM-tillverkare började införliva den förmågan i sina instrument. Det kan avsevärt öka noggrannheten i strömmätningarna.

    "Dock, uppfyller mätkraven för ännu mindre funktionsstorlekar, med subnanometer osäkerheter, kommer att kräva mer exakta modeller, utvecklingen av dessa kommer att kräva mätmöjligheter som vi för närvarande inte har i vårt forskningslabb – till exempel, förmågan att mäta absolut utbyte (hur många elektroner ur provet för varje elektron som SEM skickar in) istället för bara relativa utbyten (hur mycket intensitet från en detektor). Detta kommer sannolikt att kräva anpassad instrumentering, i en tid då budget för att underhålla befintlig instrumentering redan är ett problem."


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com