納米線寬是集成電路的關鍵尺寸量值，通常也被稱為關鍵尺寸（Critical Dimension，CD），其量值的準確性對芯片器件的性能影響巨大。研究表明，當集成電路線寬節點達到32 nm以下時，線寬量值10%的誤差將導致器件的失效。因此，實現集成電路中線寬的原子級準確度測量是發展大規模集成電路的前提條件。現有的激光波長溯源方式已不能滿足當前集成電路中關鍵尺寸的原子級準確度測量要求。隨著SI單位的變革，硅{220}晶面間距作為一種新的米定義復現方式，為集成電路中關鍵尺寸的準確控制提供了技術支撐。
圖1 大規模集成電路線寬發展路線圖
美國國家標準與技術研究院（NIST）和德國聯邦物理技術研究院（PTB）等已率先開展了基于硅晶格常數的量值傳遞體系的計量技術研究，研制了相關計量標準裝置與標準物質。在產業方面，美國VLSI公司研制的線寬結構量值已溯源至硅晶格常數，不確定度水平優于1 nm，在全球集成電路領域處于絕對壟斷地位。而我國在此領域的研究相對滯后，亟需建立我國新一代基于硅原子晶格常數的納米幾何量值溯源與傳遞體系，為發展我國自主知識產權的大規模集成電路技術奠定基礎。
近日，發表于《計量科學與技術-中國計量科學研究院專刊（2022）》的文章“基于硅晶格常數的納米線寬計量技術”，對我國可溯源至硅晶格常數的納米線寬計量技術進行了概述，并對下一階段的發展目標進行了總結。
亮點創新
（1）研制了量值<50 nm的納米線寬標準物質，填補了國內空白；
（2）探索了納米線寬的智能化定值方法，基于k-means算法實現了納米線寬自適應定值方法；
（3）基于2D-DFT實現了透射電子顯微鏡（Transmission Electron Microscope，TEM）高分辨圖像中硅晶面間距的像素跨度自動測量。
主要成果
（1）探索了基于硅晶格常數的納米線寬溯源方法，利用透射電子顯微鏡的高分辨率對線寬和單晶硅進行同時成像，以硅晶格常數為基本刻度實現納米線寬原子級準確度測量。
圖2 TEM中基于硅晶格常數的線寬測量原理
（2）研制了量值為40 nm、80 nm與160 nm的多結構硅納米線寬國家二級標準物質（GBW(E)130744）。
圖3 多結構硅納米線寬標準物質的掃描電子顯微鏡圖像
（3）研制了可溯源至硅晶格常數的22 nm和45 nm線寬標準器。
圖4 TEM放大倍率為145 k下獲得的特征值為22 nm和45 nm線寬標準器的顯微圖像
通訊作者：施玉書
中國計量科學研究院副研究員。研究方向：微納計量技術、精密儀器測量等。
第一作者：王芳
中國計量科學研究院在站博士后。研究方向：納米線寬計量技術、圖像處理等。
