Тестовая структура для контроля отклонений размеров элементов интегральных схем

 

Союз Советски и

Социвпистическии

Респубпкк

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6I ) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено 30.12.30 (21) 3229838/18-21 (iu 963121 (51)M. Кл. с присоединением заявки РВ

Н 01 L 21/66 фиудирстикииьй комитет

СССР ив аилим изобретеиий и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 30. 09.82. Бюллетень М 36

Дата опубликования описания 30. 09. 82 ($3) УДК 621..382.002 (088.8) (72) Автор изобретения

В.ф. Устинов (7I ) Заявитель (54) ТЕСТОВАЯ СТРУКТУРА ДЛЯ КОНТРОЛЯ

ОТКЛОНЕНИЙ РАЗМЕРОВ ЭЛЕМЕНТОВ

ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ

-Изобретение относится к электронной технике, в частности к вопросам контроля отклонений размеров элементов интегральных схем в условиях производства.

Интегральные схемы изготавливают на подложке методами послойной фотолитографии с применением маски или фотошаблона, на котором все элементы имеют строго определенные размеры..

Полученные элементы, как правило,. имеют отклонения размеров от размеров фотошаблона, например по причине Goкового растрава под край маски. Гру-. бую доводку размеров элементов под

15 номинал выполняют, задавая на фотошаблоне припуски на сторону (границу) элемента, учитывающие типичную величину отклонений размеров. Однако на практике может иметь место существенное отклонение размеров от номинала до 0,5-1,5 мкм на сторону по причине разброса параметров технологичес2 кого процесса фотолитографии, определяемого разбросом в свойствах материалов, в толщинах применяемых покрытий, условий экспонирования, трав" ления и т.д. Роль таких отклонений

:особенно заметна для элементов малых размеров. Все это требует тщательного контроля отклонений размеров элементов в процессе изготовления приборов.

Известна тестовая структура для контроля размеров элементов интегральных схем, содержащая подложку с рас", положенными на ее говерхности литографическими слоями, в которых выполнены прямоугольные элементы с контро". пируемыми размерами по их границам 1).

Размеры элементов и их отклонения определяют путем последовательного визуального совмещения сторон элемента с координатным визиром окуляра микрометра. Однако в результате того, что наблюдаемая граница травления эле- мента имеет сложный профиль с разны3 86312 ми отражающими свойствами на его участках, достоверность такого конт" роля недостаточно высока, а сам визу" альный способ контроля отклонений размеров является как малопроизводи5 тельным, так и недостаточно информативным, поскольку отсчет размеров по визуальной картине не позволяет on" ределять размеры в зависимости от электрофизических свойств используемых слоев и элементов, что является определяющим для обеспечения высокого качества элементов интегральных схем.

Наиболее близким к предлагаемому является тестовая структура для контроля отклонений размеров элементов инТегральных схем, содержащая подложку с расположенными на ее поверхности литографическими слоями, в которых выполнены два тонкопленочных резистора в виде прямоугольных элементов с контактными площадками на концах, причем прямоугльные элементы имеют одинаковую длину, и разную ширину12).

I(недостаткам этой тестовой струков туры следует отнести невысокую достоверность результатов контроля, обусловленную тем, что измерения носят индивидуальный характер, а также то, что с помощью известной тестовой структуры можно контролировать только резистивные слои, что существенно ограничивает область ее применения.

Цель изобретения — повышение достоверности контролй и расширение области применения .тес|овой структуры.

Поставленная цель достигается тем, что в тестовой структуре для контроля отклонений размеров элементов инЩ тегральных схем, содержащей подложку с расположенными на ее поверхности литографическими слоями, в которых выполнены тонкопленочные резисторы в виде прямоугольных, элементов с койтактными площадками на концах, в пря43 моугольных элементах каждого тонкопленочного резистора сформированы прямоугольные области одинаковой длины с удельным сопротивлением, отличным от удельного сопротивления ма- териала тонкопленочных резисторов, .причем один из. тонкопленочных резисторов по отношению к другому имеет одинаковую суммарную ширину прямоугольных областей, но разное их ко- И личество, а по отношению к каждому из остальных тонкопленочных резисторов имеет одинковое количество, 1 4 но разную суммарную ширину прямоугольных областей °

Кроме того, что прямоугольные области с большим удельным сопротивлением, чем у материала тонкопленочных резисторов, ориентированы вдоль их продольной оси симметрии.

А прямоугольные области с меньшим удельным сопротивлением, чем у материала тонкопленочных оезисторов, ориентированы поперек их продольной оси симметрии.

На фиг. 1 и 2 изображены варианты предлагаемой тестовой структуры, имеющие прямоугольные области с меньшим и большим, чем у материала тонкопленочных резисторов удельными сопротивлениями, вид сверху; на фиг.3разрез А-А на фиг. l; на фиг. 4разрез Б-Б на фиг. 2; на фиг. 5 и 6графические зависимости сопротивления тонкопленочного резистора от сум марной ыирины прямоугольных областей.

Тестовая структура содержит: окисленную поверхность 1 кремниевой подложки 2, тонкопленочные резисторы 36, прямоугольный элемент 7 из поликристаллического кремния, прямоугольные окна 8 в диэлектрическом слое 9, проводники 10, контактные площадки

11, прямоугольные области 12 с меньшим1 чем у резисторов удельным со противлением.

Пример применения тестовой структуры (ТС), имеющей прямоугольные области с меньшим, чем у материала тонкопленочных резисторов удельным сопротивлением (фиг. 1 и 3).

На окисленную поверхность 1 полу пооводниковой подложки 2 нанесены литографические слои, в которых выполнены тонкопленочные резисторы 3-6.

Каждый из них представляет собой пря;моугольный элемент 7 из поликристаллического кремния, к которому сверху через прямоугольные окна 8 в диэлектрическом слое 9 контактируют проводники 1:0 и контактные площадки ll из аллюминия. В результате в прямоуголь ных элементах 7 образуются прямоугольные областй 12 с меньшим, чем у материала резисторов 3-6 удельным .сопротивлением. Причем длины этих областей равны между собой, а ширина и количество связаны следующим обра зом

Ь п6 "4 (1)

n og <и< d = П5 ds (ng d

5 96312 где n - количество прямоугольных обк ластей К-ого резистора;

d1, - ширина прямоугольных областей К-ого резистора.

Сопротивление каждого тонкопленоч- ного резистора R çàâèñèò от суммар- нойширины прямоугольных областей

D < = d " и . Измеряя R „через контактные площадки 11, наносим соответствующие точки на график (фиг. 5). щ

,Если размеры каждой прямоугольной области изменились на 2ах (где ь х,уход размеров на сторону), то разница в сопротивлениях резисторов 4 и 5 5 4 (2) ез

,будет соответствовать приращение суммарной ширины

ad 2ах(п4 - п5) ° (3)

Определив ад иэ графической завиCNMOCTN (фиг. 5), HO)KHO BbtRNCBNTb среднее отклонение размеров дх полосок 4 на одну сторону по формуле ах = ьд (4)

Описанная тестовая структура показывает возможность контроля геометрических размеров элементов с границами в диэлектрическом слое, расположенных на проводящем слое, например межслойных контактов. При этом величина дх характеризует отклонение границы слоя диэлектрика, вызванное увеличением размеров межслойных контактов в форме полосок, что существенно расширяет область ее применения.

Пример тестовой структуры, имею« щей прямоугольные области с меньшим, чем у материала тонкопленочных резисторов сопротивлением (фиг. 2 и 4).

Формула -изобретения

1. Тестовая структура для контроля отклонений размеров элементов инI; тегральных схем, содержащая подложку с расположеннымй на ее поверхности литографическими слоями, в которых выполнены тонкопленочные резисторы в виде прямоугольных элементов с контактными площадками на концах, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения достоверности контроля и расширения области применения тестовой структуры, в прямоугольных элементах каждого тонкопленочного резистора сформированы прямоугольные области одинаковой длины с удельным сопротивлением, отличным от удельного сопротивления материала тонкопленочных резисторов, причем один из тонкопленочных резисторов по отношению к другому имеет одинаковую суммарную ширину прямоугольных областей, но разное их количество, а по отношению к каждому из остальных тонкоНа окисленной поверхности 1 подложки 2 нанесены литографические слои, s которых выполнены тонкопленочные резисторы 3-6. Каждый из них представляет собой прямоугольный элемент 7 из поликристаллического кремния, к которому через прямоуголь" ные окна 8. в диэлектрическом слое 9 контактируют контактные площади 11 из алюминия. Кроме того, в прямоугольных элементах 7 вытравлены прямоугольные области 12 одинаковой длины, но разной ширины dg, д4, d5, 06 и количества п, п4, п ;, п, которые

55 также связаны между собой выражением (1) .

Величина ах отклонения размеров элементов на сторону также опреде1 6 ляется из графика (фиг. 6) и формулы (4).

Предлагаемая тестовая структура показывает возможность контроля от-, клонений геометрических размеров элементов на основе проводящих слоев, формируемых на диэлектрическом осно,вании (подложке).

Предлагаемая ТС позволяет повысить достоверность контроля размеров элементов эа счет применения большого числа тонкопленочных резисторов и прямоугольных областей, что значительно сокращает влияние на результаты контроля случайных факторов. Кроме того, она позволяет контролировать отклонения размеров не только проводящих, но и диэлектрических слоев, .что расширяет ее область применения.

Такая тестовая структура одинаково пригодна для работы с негативным и позитивным фоторезистом, с . темным и светлым рабочим полем полосок на фотошаблоне в зависимости от применяемой технологии формирования диэлектрических и проводящих слоев, Таким образом, предлагаемая TG является удобным инструментом для оценки качества проведения операций фотолитографи, и операций нанесения слоев, формирующих элементы интегральных схем.

7 9631 йленочных резисторов имеет одинаковое количество, но разную суммарную ширину прямоугольных областей.

2. Тестовая структура по и. 1, отличающаяся тем, что пря s иоугольные области с большим удельным сопротивлением, чем у материала тонкопленочных резисторов, ориентированы вдоль их продольной оси симметрии.

3. Тестовая структура по и. 1, отличающаяся тем, что ,прямоугольные области с меньшим удель21 ным сопротивлением, чем у материала тонкопленочных резисторов, ориентированы поперек их продольной оси симметрии.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Введение в фотолитографию. Под

:ред. В,П. Лаврищева. М., "Энергия", 1977, с. 106.

2. Патент США N 3974443, кл. 324/64, l976 (прототип).

7 Ю

963121

Р AA 10

Составитель В. Рубцов

Редактор l0. Середа Техред С.Иигунова

Заказ 7528/78

Корректор Г. Решетник филиал Illlll "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Ю

/?ц

0Я

У

Тираж 761 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5