半导体线宽检测的首个ISO国际标准发布
近日，国际标准化组织（ISO）正式发布了微束分析领域中的一项国际标准：“基于测长扫描电镜的关键尺寸评测方法”（Microbeam analysis — Scanning electron microscopy — Method for evaluating critical dimensions by CD-SEM (ISO 21466)），该标准由中国科学技术大学物理学院和微尺度物质科学国家研究中心的丁泽军团队主导制定，是半导体线宽测量方面的首个国际标准，也是半导体检测领域由中国主导制定的首个国际标准，该标准的发布有助于促进半导体评测技术的发展，并提升我国在半导体行业的国际影响力和竞争力。
半导体行业的发展日新月异，对集成电路器件加工尺寸的控制也要求日趋精细。芯片上的物理尺寸特征被称为特征尺寸，其中最小的特征尺寸称为关键尺寸（CD），其大小代表了半导体制造工艺的复杂性水平。对CD测量也可称为纳米尺度线宽测量，目前半导体的刻蚀线宽已经降到10 nm以下，其测量的精准性直接决定着器件的性能。纳米器件尺度的准确和精确（精度<1 nm）测量技术对半导体行业的发展起着至关重要的作用，也是极具挑战性的工作。人们已经发展了多种测量技术手段，如散射测量、原子力显微镜、透射电子显微镜和扫描电子显微镜，而测长扫描电镜（CD-SEM）是半导体工业生产中进行实时监控与线宽测量的最为简便和高效的方法。然而，由于扫描电镜的二次电子信号发射在线宽边沿处的加强效应，纳米级线宽的CD-SEM图像的解析需要建立高精准算法。
丁泽军团队长期从事电子束与材料相互作用领域里的基础研究，发展了目前国际上最为先进的用于扫描电子显微术和表面电子能谱学的Monte Carlo模拟计算方法，他们结合了NIST研究团队提出的“基于模型数据库”（MBL）方法，提出了该“基于测长扫描电镜的关键尺寸评测方法”的ISO国际标准（IS）。标准文档指定了利用CD-SEM成像表征刻蚀线宽的结构模型及其相关参数、Monte Carlo模拟模型和成像扫描线计算方法、MBL数据库构造方法和文件格式、图像匹配拟合程序和CD参数定值法。与传统的经验阈值方法相比，该测量方法能够给出准确的CD值，并且把线宽测量从单一参数扩展到包含结构形貌特征的信息，适用于如晶圆上的栅极、光掩模、尺寸小至10 nm的单个孤立的或密集的线条特征图案，这不仅为半导体刻蚀线宽的CD-SEM准确评测确定了行业标准，也为一般性纳米级尺寸的其它测量法提供了参考。
研究团队自2011年始，在“973”项目“纳米测量技术标准的基础研究”课题“基于SEM的纳米测长模型”的研究成果基础上，于2014年在ISO/TC202/SC4做了新标准项目提案报告，2015年递交投票新标准项目提案，2016年5月投票通过予以国际标准（IS）正式立项。该标准草案先后经历了四轮成员国投票，于2019年9月27日终轮投票通过，标准现已正式出版（https://www.iso.org/standard/70944.html）。
参与该标准相关研究和制定工作的团队主要成员为：邹艳波（现新疆师范大学）、李永钢（现中科院合肥物质科学研究院）、李会民（现中国科大超级计算中心）。上述研究得到科技部“973”项目、国家自然科学基金委和中国科大超算中心的支持。
来源：中国科学技术大学
版图中Metal专题——线宽选择
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金属线是为了传输电流，因此主要需要从解决和减小它的（寄生）电阻、 （寄生）电容方面多做考虑。 （寄生）电感一般忽略，高频电路除外。这主要从两个方面分析解决：
1. 电路方面
A、如果所用金属线，主要是流过电流 （如电流镜 MOS 管的漏极连线、功率 MOS管的漏极等） 。在这种情况下金属连线的寄生电阻越小越好，此时需要金属导线尽可能的宽，以减少寄生电阻，降低导线压降IR。
B、如果所用金属线，是用于高频信号，如 clock 等，金属连线不能太宽，否则寄生电容过大，影响频率。此时信号还应加shield 信号线。
C、其他低频控制信号，如 enable 、able 等信号，这些信号通常接 MOS 管的栅极，流过的电流很小，这些金属连线宽窄（寄生电容、寄生电阻）不是很重要，不需要过多考虑。
2. 版图方面 (在考虑金属线周围环境的前提下)
A、对于走大电流的信号线，从电路方面越宽越好，但从版图方面很宽的金属线由于受到工艺、物理条件等的制约会受到限制。过宽的金属线，由于高温、应力等影响，会翘起变形甚至折断。所以很宽的金属线需要打 slot，slot 的尺寸因各个工艺厂的工艺不同而有区别。另外，由于趋肤效应，电流走金属表面和边缘，金属线太宽也不好，这样金属的线上电流分布不均匀。电流很大时应采取两种方式排布金属线：同层金属线并联（类似很宽金属线打了 slot） ；不同金属线并联，过孔要尽可能多打，节省面积。
B、不同层金属导线的连接，要尽可能打更多的通孔 via，以减少寄生电阻。过孔尺寸和个数最少的情况因电路和工艺而定。
C、越靠近 AA（有源区）的金属例如 M0，尽量不要从上面经过 MOS管、敏感电阻等器件。因为在金属线的工艺后期处理中（高温溅射、刻蚀、退火等）会影响这些器件的性能。尽可能换用更高层的金属线。另外：有些电路中专门需要用金属线做电阻的，宽度和长度需要单独考虑。
Metal 太大太宽，会导致电流密度不好，会导致电迁移、趋肤效应等现象，会降低可靠性和影响良率。
1. 我们为什么要走很宽的金属Metal 呢？
原因无非是电路要求电流的承载能力要达到很大。常见的地方如：电源线、功率开关管上连线、芯片的地线等，这种线会走的很宽。如果我们直接用很宽的Metal线，后果是，随着温度的升高，大块的金属中间会拱起来（热胀冷缩），这样会破坏绝缘层，损坏芯片。久而久之，即使运气好，芯片没有被损坏，运气不好的，这根金属很大可能会断掉，断掉的后果大家都懂的——直接断路。
2. 如何解决宽金属的问题呢？想必这是大家最为关心的事情。
大家都知道要打 slot（槽，有 slot rule,品字形，顺着电流开），slot打了之后，即便是金属断掉了，也不会全断。一种方法，是把金属重叠着走，这个当然需要足够的金属层，就是采取不同金属层的并联。另一种方法，如果是只用一层金属的话，可以直接将宽金属线拆分成多条细金属并排（最细的金属线要满足 designrule），类似于金属并联，其实也可以理解成Metal Bus（总线） 。
3. 注意金属密度问题。
还有一点，有人提到很宽的金属会造成金属密度过大，影响金属覆盖率。 金属的覆盖比例 Metal ratio：30%-55%之间为最佳（根据所用工艺而言），比例偏离的话，铝腐蚀就不好，不干净或过腐蚀。不知道大家在交 GDS 的时候有没有修改这个DRC 错误，这个会直接影响产品良率，我们都是修改OK 之后交的，所以应该注意这个问题。
金属宽度首先要满足电流条件，一般规则上都有明确说明，比如静态电流经验值大概1.5mA/um（有的是 1mA/um，根据具体工艺而言） ，但高温、大电流、台阶等情况下会有所下降，大概 1mA/um（有的是0.6-0.8mA/um，根据具体工艺而言）。这里指的是通常情况。静态电流密度的大小主要受电迁移、趋肤效应、金属材质等问题的影响。而动态电流大小对应的宽度一般规则上也会写明，通常会以能量、峰峰值、均值等来衡量，动态电流密度的大小也主要受电迁移、趋肤效应、金属材质等问题的影响。
对应不同的情况需要满足不同的约束。在满足电流的约束条件后，就需要考虑信号频率的因素了，频率越高的信号走线适当要细，因为寄生电容影响较大。如果需要流过很大电流，则需要很宽的金属，一般工艺规则都会规定最小与最大的金属宽度，最大的金属宽度是要防止电流不均匀导致电迁移、趋肤效应以及发热不均匀的问题，当然还有热胀冷缩的问题。
此外，过宽的金属会使得中间部分略有下沉导致平坦化的问题，所以需要在过宽金属上打slot。注意，工艺规定的最大线宽不会直接写出来，而是通过slot的规则隐含其中。比如规定很宽的金属在里面超过多少间距要打 slot，这里规定的间距其实就是最大的金属线宽， 另外有些工艺规则会规定不同层的金属有不同的最大宽度。
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