Тестовая структура для контроля удельного сопротивления пленочных резисторов

 

ТЕСТОВАЯ СТРУКТУРА ДЛЯ КОНТРОЛЯ УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ПЛЕНОЧНЫХ РЕЗИСТОРОВ,содержащая подложку, на которой расположены последовательно соединенные прямоугольные пленочные основные резисторы с одинаковой длинойи разной шириной резистивных зон ..и с одинаковыми :контактнь 5и плО щадками,.о т л и ч а ю щ а я с я тем,.что, с целью расширения функциональных возможностей структуры и снижениятрудоемкости контроля, она снабжена дополнительными Щ1еночными резисторами с равными длинами резистивных зон, последовательно соединенными с основными резисторами, причем размеры резистивных зон основного и смежного с ним дополнительного резисторов связаны следуювцим соотношением e,4d, 1 : где длина и ширина резистивной зоны основных резисторов; , 2 длина и ширина резистивной (Л зоны дополнительных резисторов . 00 4

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИН

М59 01R 27 14

2 2 . 11 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР.(21) 3464040/18-21 (22) 05 .07.82 (46) 07.04.84. Бюл. Р 13 (72) В.Ф.Устинов (53) 621.316 (088.8) (56) 1. Патент CIOA 9 3783375, кл. Q Ol R 27/14, 1 974 .

2. Патент США М 3974443, кл. G 01R 27/14, 1976 (прототип) . (54) (57) ТЕСТОВАЯ СТРУКТУРА ДЛЯ KGHT-.

РОЛЯ УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ НЛЕНОЧHblX PK3HCTOPOB,ñîäåðæàùàÿ подложку, на.которой расположены последовательно соединенные прямоугольные пленоч-.ные основные резисторы с одинаковой длиной. и разной шириной резистивных зон..и.с одинаковыми, контактными пло-: щадками,.отличающаяся тем,.что, с целью расширения функциональных возможностей структуры и снижения трудоемкости контроля, она снабжена дополнительными пленочными резисторами с равными длинами резистивных зон, последовательно соединенными с основными резисторами, причем размеры резистивных зон основного и смежного с ним дополнительного резисторов связаны следующим соотношением где 0„8„- длина к ширина реэистивной зоны основных резисторов; 3 2с - длина и ширина резистивной зоны дополнительных резисторов.

С:

1084701

Изобретение относится к электронной технике, в частности к вопросам контроля удельного поверхностного сопротивления и определения отклонений рабочей длины и ширины реэистинной зоны пленочных резисторов в процессе изготовления интегральнйх схем (ис) .

Известны четырехконтактные (четырехэондовые) структуры для измерения удельного поверхностного сопротивления, имеющие два токовых и.два потенциальных контакта на поверхности контролируемой резистинной пленки Г1J. ..Удельное поверхностное сопротив- 15 ление определяют на основе измерений сопротивления структуры по формуле, учитывающей.геометрию расположения зондон. .Однако четырехзондовая структура 2g имеет недостаточную точность контроля из-за координатной погрешности расположения зондов. Кроме того, измерительная зона требует использования значительной площади подложки (несколько мм), что затрудняет применение этих устройств для рабочих пластин с ИС. С другой стороны четырехзондоная структура не преду. сматривает учет влияния фотолито.;графических процессов на формирование границ резистинной зоны, т,е. не обладает достаточной для современных требований информативностью.

Более удобным инФормативным средством контроля параметрон

35 пленочных резисторов являются тестовые структуры (TC), отображающие свойства рабочих резисторов ИС.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности является 40 тестовая структура для контроля удельного сопротивления пленочных резисторов, содержащая подложку, на которой расположены последовательно соединенные прямоугольные резисторы с одинаковой длиной и разной шириной реэистивных зон (2).

Удельное сопротивление и отклонение ширины резистинных эон определяют по формулам на основе изМерений сопротивления этих зон через контактные площадки. Контактными площадками в этой тестовой структуре являются внешние участки резистинной зоны, вынесенные за пределы реэистивной эоны и предназначенные для контактирования с металлическими зондами.

Однако эта тестовая структура не предусматривает учета влияния на результат контроля особенностей металлических пленочных контактов„ в частности отклонений их размеров, что приводит к большой погрешности при контроле и практически делает ее неприменимой для контроля резисторов, имеющих контактные площадки 65 с контактами на концах резистивных зон,.а такая конструкция пленочных резисторов является в настоящее время основным типовым конструктивно-топологическим вариантом резисторов ИС, поэтому неточность определения рабочей. длины резисторов из-за отклонений размеров контактов не позноляет точно определить удельное сопротивление и отклонение ширины реэистивной эоны и н конечном счете номинал сопротивления рабочих резисторов, а отсутствие данных об отклонениях размеров контактов не позволяет сделать заключение о размерных погрейностях контактов стносительно допускон на совмещение слоев во избежание межслойных коротких замыканий.

Следовательно, применительно к типовым резисторам ИС известная тестовая структура не обладает достаточной точностью контроля удельного сопротивления и отклонений размеров рабочей ширины реэистивной зоны, а также достаточными функциональными возможностями, так как не позволяет в одном измерительном цикле дополнительно определять отклонение рабочей длины резистинной зоны и размерон контактов в ней.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей структуры и снижение трудоемкости контроля

Поставленная цель дсстигается тем, что тестовая структура для контроля удельного сопротивления пленочных резисторов, содержащая подложку, на которой расположены последовательно соединенные прямоугольные пленочные основные резисторы с одинаковой длинсй и разной шириной резистинных зон и с одинакоными контактными площадками, снабжена дополнительными пленочными резисторами с равными длинами резистивных зон, последовательно соединен" ными с основными резисторами, причем размеры резистивных зон основного и смежного с ним дополнительного резисторов связаны следующим соотношением

2 2 — "М

1

rae E«dz — длина и ширина резистивной зоны основных резисторон 2 2- длина и ширина резистивной зона дополнительных реэисторон.

На фиг. 1 изображена предлагаемая тестовая структура; на фиг. 2 — разрез A-А на фиг. 1. .Тестовая структура" содержит поверхность кремниевой подложки 1, кремниевую подложку 2, слой 3 окисла кремния на поверхности подложки, слой 4 поликристаллического кремния, 1084701 (21 защитный слой 5 окисла кремния, отверстия б в защитном слое — границы, контактов, контакты 7 алюминиевых пленочных проводников, токовые и потенциальные контактные площадки 8 и

9 из алюминиевых пленочных проводников, соответственно.

На поверхности 1 кремниевой подложки 2 (фиг. 1 и 2), покрытой слоем

3 окисла кремния образован легированный (с поверхностным сопротивле- 10

1 нием о 50 ™ слой 4 поликристаллиЯ ческого кремйия толщиной 0,5 мкм, покрытый защитным слоем 5 окисла кремния. лой 4 образует четыре )5 резистсра 10,11,12 и 13 с величина- ми, соответствь.нно,R- â€,ЙЕ;„R- -,R J-ll y- и ia-И У-Ч имеющ х длину Е1 H Е< H ширйну «1 реэистивных зон: Е. «1 Е2«2 Е2«1 Е- «2 соответственно для ре32истОрОВ 10 11. 20

12 и,13, так что два резистора 10 и

13 имеют одинаковую длинуЕ„и разную ширину « и «, а два других резисто-ра 11 и 12 имеют разную ширину d -и

«

H ОдинакОвую для ОбОих реЗисторо

1 но другой величины длину Е2. В защит-. ном слое 5 на границах резисторов

10,11„12 и 13 изготовлены отверстия б, являющиеся границами контактов

7, образующих токовые 8 и потенциальные 9 контактные площадки с номерами1 и,й и!И и Щ НМ,ВИ9, соответственно для резисторов 10 11, 12 и 13, Теоретические обоснования применения предлагаемой тестовой структу- 35 ры основаны на следующем.

Иэ измеренных методом амперметравольтметра значений сопротивлений резисторов, соединенных в последовательную цепь, с учетом того, что 40

Ч

Й = — имеем:

1 1; =2 к р «

1 е

R- д=2Р +р 2; (31

2 50

Я = Я +у —

1 е ч "ч < « (41 ! где К к — сопротивление кон так тной зоны до рабочей границы реэистивной зоны;

55 р; удельное поверхностное со-,, противление реэистивной пленки (Ом/ 0 ).

Для ниэкоомных Одинаковых контак тов при хорошей воспроизводимости 60 их параметров на общей подложке имеем иэ 1 2 3 и 4 иэ 5 и б получаем: р(е,-e„)

Р --Р

В-Iv 1- и р(е,-е1) и их разность

d,-« =y(е - е ) В-Е g- fl LI-В Ю-0

Отсюда (ill-lv g-g)(Й-Е ф-V)(1 2)

Учитывая топопогическую индентичность контактов для пар резисторов Е-6 + lI III и ф- ч+ lv-V MozHO

К -, к;, -„-к;„- = Рд,—, -Я;„ у подставив зту разность= в выраженйе 7 iii i i i « « 8

Р -Р 1(Р =Я « -«

9-5 1-й )(и-r„- 9-c)(2) (т (<- @ „-)(е -е„) Ра3меры ре3истивных 3Он Е1, Е2, «2, изготовленных резисторов, в общем случае могут иметь отклонения от номинальных значений„ принятых при.проектировании тестовой структуPbI

Пусть, например, размеры реэистивных эон уменьшились в сравнении с номиналом в процессе технологической обработки. В этом случае можно записать е =е,-ае;

1 1й е,=е,„- е, «„= «„,- d;

«2- «2 -Ы (91 где И,dd — отклонение рабочей длины и ширины резистивной эоны от номинала, например,в результате растрава гpBHHIL сооТВеТственно.

ТогДа Š— Е1=Е2 ч - Е.цц

З1-З2 = 1 ч- «2 выражение 8 примет вид

Т-Ф Е-Ч)(2N 1М) „— p 1!е и (Выражение 10 показывает, что величины одинакового по знаку ухода размеров, являющиеся результатом технологической обработки,не входят ,в формулу для вычисления р и поэтому не дают вклада в погрешность для определения р, что приводит к повышению точноети определения удельного поверхностного, сопротивления для резисторов, содержащих одинако- вые металлизированные контакты.

1084701

R- -Р=yt — ——

Е-й З2 d„ 2 1

Из 12 и 13

< ;„- -й и -p

Е-(Т fi-й - g-g

1 2

Р -R R»,P

8- k I-ii й-Е я- ч к 4 г ю (121 или с учетом 9

1-Pii Е «

Из 5 и 6 имеем и-ф Е-@ (=(1-t) «Ц-ч .

« i «« ii и --R 1д =Щ -р или с учетом

9 откуда тин по трем слоям). .4-4

Qvc 2

ВНИИПИ Заказ 1990/39 Тираж 71-1 Подписное филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул.Проектная, 4

Если разность(i -t „ приравнять ,разности 8 iv -d2<, что легко выполняется при проектировании ТС, то выражение 10 упрощается » R IiI i ii R > ir I ãt i »

Е-Iv Е-йЛ ВШ ф-Ч

R -R Щ -йt-Е и-у

Такая конструкция тестовой структуры в целях уйификации контрольных операций является удобной,, так как геометрический фактор вообще исключается из расчетов.

Рассмотрим вопрос о возможностях использования предлагаемой тестовой структуры для определения отклонений длины д и шириныд,у резистивной зоны.

Иэ 1-4 имеем

<и„-R, )ca аднй„, -и, <<а „-аа), Z-Е - ili -ß .Выражение 14 показывает возможность контроля отклонений рабочей длины резистивной зоны резисторов с металлизированными контактами или отклонений размеров контактов, что позволяет с помощью предлагаемой ТС получить в одном измерительном цикле ,дополнительную информацию, т.е. Расширяет функциональные возможноти тестовой структуры °

Выражение 15 показывает возможность контроля отклонений ширины резистивной эоны с металлизированными контак« тами на ее концах.

Если, например, размеры элементов увеличиваются в сравнении с номиналом

10 то знак перед слагаемыми в выражениях

14 и 15 изменится на обратный. В любом случае контроль отклонений размеров осуществляется с учетом характера этих отклонений: уменьше15 ние или увеличение размеров, определяемых знаком полученной из выражений 14 и 15 величины.

Использование рассмотренных выражений рассмотрим на конкретном при20 мере.

Пусть имеемВ д=16 мкм; ля-48 мкм1

d - 48 мкм;ля=16 мкм. Измеренные зйачения сопротивленийФ1 -,- 17,42 Ом

Ai <-, 158,60 Ом;р <> 52,39 Ом;R>y=

g5 ж.93 OM.

Расчетные значения получены следующие: р- "52 Ом/П;48 0,60 мкмжд,43=

Ф,39 мкм. Из визуальных измерений размеров элементов этой ТС на измерительном микроскопе получен результат:

66"- 0,60*0,05 мкмуЛИ=0,40+0,05 мкм, что соответствует данным электрнчес;Ких измерений TC.

Предлагаемая тестовая структура может быть использована с любыми резистивными и контактными материалами, применяемыми при изготовлении резисторов ИС, включая диффузионные резисторы и контакты, полученные методом подлегирования полупровод40 ника.

Технико-экономический эффект от применения предлагаемой тестовой структуры состоит в следующем:конструкция соответствует конструкции

45 реальных резисторов, что повышает достоверность контроля; некритична к отклонениям размеров контактов; применима как к резисторам разного технологического исполнения, так и соответствующих им контактам; позволяет с измерением удельного сопротив.ления определить и отклонение в резмерах. Отсутствие необходимости визуального контроля размеров резисторов обуславливает экономический эффект до 10 тыс.руб; в год (контроля тестовых структур 240 тыс. плас