DE60206971T2

DE60206971T2 - Streulichtmessungsstruktur mit eingebettetem ringoszillator, und verfahren zu dessen anwendung

Info

Publication number: DE60206971T2
Application number: DE60206971T
Authority: DE
Inventors: E. Homi NARIMAN
Original assignee: Advanced Micro Devices Inc
Current assignee: GlobalFoundries Inc
Priority date: 2002-03-21
Filing date: 2002-12-17
Publication date: 2006-06-22
Anticipated expiration: 2022-12-18
Also published as: EP1485724A1; US6791697B1; KR20040101331A; EP1485724B1; AU2002353163A1; WO2003081269A1; JP2005521252A; CN1623097A; CN100362358C; KR100947896B1; DE60206971D1; JP4600803B2

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft die Halbleiterherstellungstechnik im allgemeinen und insbesondere eine Scatterometrie-Struktur mit einem eingebetteten Ringoszillator sowie verschiedene Verfahren zur Nutzung derselben.
STAND DER TECHNIK
In der Halbleiterindustrie gibt es das ständige Streben nach einer Erhöhung der Betriebsgeschwindigkeit integrierter Schaltungsvorrichtungen, z.B. Mikroprozessoren, Speichervorrichtungen und dergleichen. Dieses Streben wird durch Verbrauchernachfragen nach Computern und elektronischen Vorrichtungen, die mit zunehmend höheren Geschwindigkeiten arbeiten, angefacht. Das heißt, viele Bauteile eines typischen Feldeffekttransistors (FET), z.B. Kanallänge, Übergangstiefen, Gateisolationsdicke und dergleichen, werden reduziert. Wenn beispielsweise alle anderen Bedingungen gleichbleiben, arbeitet der Transistor umso schneller, je geringer seine Kanallänge ist. Daher besteht ein ständiges Streben nach einer Verringerung der Größe oder des Maßstabs der Bauteile eines typischen Transistors, um die Gesamtgeschwindigkeit des Transistors sowie der derartige Transistoren enthaltenden integrierten Schaltungsvorrichtungen zu erhöhen.
In Anbetracht der Bedeutung der Leistung der Vorrichtung opfern die Hersteller integrierter Schaltungen viel Zeit und Mühe beim Versuch der Aufrechterhaltung und Verbesserung der Fähigkeiten der Vorrichtung. Solche Anstrengungen umfassen üblicherweise die Durchführung vieler verschiedener elektrischer Tests an den fertiggestellten integrierten Schaltungsvorrichtungen. Derartige Tests können viele verschiedene elektrische Parameter der resultierenden Vorrichtung, z.B. Betriebsfrequenz, Antriebsstrom, spezifischer Widerstand usw. messen. Die Hersteller in tegrierter Schaltungen versuchen ständig, die Ausgestaltung der Vorrichtung oder der Herstellungsprozesse, die zur Herstellung derartiger Vorrichtungen verwendet werden, auf der Grundlage der Analyse dieser elektrischen Testdaten zu verbessern.
In bezug auf manche Produkte mit integrierten Schaltungen, z.B. Mikroprozessoren, wird ein Ringoszillator üblicherweise zur Auswertung der Betriebsgeschwindigkeit der integrierten Schaltungsvorrichtung verwendet. Ein veranschaulichender Ringoszillator 10 ist in 1A schematisch dargestellt. Wie hier gezeigt, besteht der Ringoszillator 10 üblicherweise aus mehreren in Reihe angeordneten Invertern 12, wobei der Ausgang eines stromaufwärts befindlichen Inverters 12 mit dem Eingang eines stromabwärts befindlichen Inverters 12 gekoppelt ist. Die Anzahl der Inverter 12 in einem bestehenden Ringoszillator 10 kann in Abhängigkeit von dem hergestellten Produkt variieren. In einem veranschaulichenden Ringoszillator 10 können beispielsweise 53 oder 101 Inverter 12 vorhanden sein.
1B ist ein detaillierteres schematisches Diagramm eines veranschaulichenden Inverters 12. Wie dort gezeigt, besteht jeder Inverter 12 üblicherweise aus einem p-Kanal-Transistor 14P und einem n-Kanal-Transistor 14N. Schließlich können nach Abschluß der Konstruktion des Ringoszillators 10 viele verschiedene Tests an ihm vorgenommen werden, um die Leistungscharakteristiken der resultierenden integrierten Schaltungsvorrichtungen zu bestimmen. Diese Testergebnisse stehen jedoch nicht zur Verfügung, bis der Ringoszillator 10 und andere integrierte Schaltungen im wesentlichen hergestellt worden sind. Das heißt, die elektrischen Testdaten stehen nicht so schnell zur Analyse und für ein Feedback zur Verfügung, wie dies ansonsten erwünscht wäre.
Es sind Versuche zur Messung der kritischen Abmessung der (nicht gezeigten) Gate-Elektrodenstrukturen eines oder mehrerer der Transistoren (p-Typ und/oder n-Typ) gemacht worden, die die Inverter 12 des Ringoszillators 10 aufweisen, um den Versuch einer Vorhersage über die Vorrichtungsleistung zu machen. Üblicherweise erfolgen diese Messungen der kritischen Abmessung (critical dimension = "CD") unter Verwendung eines Abtastelektronenmikroskops (SEM) oder eines an deren derartigen Meßwerkzeugs. Aufgrund der kontinuierlichen Verringerungen bei der Größe kann die kritische Abmessung der Gate-Elektrodenstrukturen allerdings in manchen Fällen für bestehende SEM-Meßwerkzeuge schwierig zu bestimmen sein. Dieses Problem wird mit der ständigen Verringerung der kritischen Abmessungen der Gate-Elektrode in der Zukunft größer. Darüber hinaus liefern die durch das SEM gewonnenen Daten bei der großen Nähe der Millionen von über einem Substrat ausgebildeten Gate-Elektrodenstrukturen und der inhärenten Natur des SEM keine Informationen über das Gesamtprofil der Gate-Elektrodenstruktur. Das heißt, aufgrund von übermäßigem Rauschen und Störungen kann das SEM nur für einen Blick bis ungefähr zur mittleren Stärkenebene der Gate-Elektrode verwendet werden. Somit kann das Profil der Gate-Elektrode nahe der Oberfläche des Substrats unter Verwendung bestehender SEM-Meßwerkzeuge nicht richtig untersucht werden. Infolgedessen können wichtige Informationen bezüglich der kritischen Abmessung und/oder des Profils der Gate-Elektrodenstrukturen und der sich ergebenden Auswirkung auf das Niveau der Leistung der Vorrichtung verlorengehen.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ringoszillatorkonstruktion und verschiedene Verfahren zur Verwendung einer derartigen Konstruktion, die manche der oder alle zuvor erwähnten Probleme lösen oder zumindest verringern können.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft im wesentlichen eine Scatterometrie-Konstruktion mit einem eingebetteten Ringoszillator sowie verschiedene Verfahren zur Verwendung derselben. In einem anschaulichen Ausführungsbeispiel weist das Verfahren den Schritt des Bildens eines Ringoszillators, der eine erste Gitterstruktur, bestehend aus mehreren Gate-Elektrodenstrukturen für mehrere n-Kanal-Transistoren, und eine zweite Gitterstruktur, bestehend aus mehreren Gate-Elektrodenstrukturen für mehrere p-Kanal-Transistoren, aufweist, und des Messens einer kritischen Abmessung und/oder eines Profils mindestens einer der Gate-Elektrodenstrukturen in der ersten Gitterstruktur und/oder der zweiten Gitterstruktur unter Verwendung eines Scatterometrie-Geräts auf. In einem weiteren Ausführungsbeispiel weist das Verfahren ferner den Schritt des Vergleichens der gemessenen kritischen Abmessung und/oder des Profils der Gate-Elektrodenstrukturen mit einem Modell auf, um mindestens eine elektrische Leistungscharakteristik des Ringoszillators vorherzusagen, wobei das Modell die kritische Abmessung und/oder das Profil einer Gate-Elektrodenstruktur in Korrelation zu mindestens einer elektrischen Leistungscharakteristik des Ringoszillators setzt.
In einem anderen Ausführungsbeispiel weist das Verfahren ferner den Schritt des Bildens mindestens einer kapazitiven Laststruktur, bestehend aus mehreren Einrichtungen, als Teil des Ringoszillators, und Messen der kritischen Abmessung und/oder des Profils mindestens einer der Einrichtungen, welche die kapazitive Laststruktur bilden, unter Verwendung eines Scatterometrie-Geräts auf. In weiteren Ausführungsbeispielen weist das Verfahren ferner den Schritt des Vergleichens der gemessenen kritischen Abmessung und/oder des Profils der zumindest einen der die kapazitive Laststruktur bildenden Einrichtungen mit einem Modell auf, um mindestens eine elektrische Leistungscharakteristik des Ringoszillators vorherzusagen, wobei das Modell die kritische Abmessung und/oder das Profil einer die kapazitive Laststruktur bildenden Einrichtung in Korrelation zu mindestens einer elektrischen Leistungscharakteristik des Ringoszillators setzt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung wird deutlicher durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen und welche zeigen:
1A–1B schematische Ansichten eines veranschaulichenden Ringoszillators nach dem Stand der Technik;
2A–2B schematische Ansichten verschiedener veranschaulichender Ausführungsbeispiele eines Ringoszillators gemäß der vorliegenden Erfindung;
3A–3B eine veranschaulichende Gitterstruktur aus mehreren Gate-Elektrodenstrukturen sowie ein Scatterometrie-Gerät, das diese Strukturen gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung beleuchtet; und
4 ein veranschaulichendes Ausführungsbeispiel eines Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Zwar steht die Erfindung verschiedenen Modifizierungen und alternativen Formen offen, aber es sind spezifische Ausführungsbeispiele derselben als Beispiel in den Zeichnungen gezeigt und hier im einzelnen beschrieben. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß die vorliegende Beschreibung der spezifischen Ausführungsbeispiele die Erfindung nicht auf die bestimmten offenbarten Formen beschränken soll, sondern im Gegenteil sämtliche Modifizierungen, Äquivalente und Alternativen, die dem Geist und Umfang der Erfindung gemäß der Definition durch die angefügten Ansprüche entsprechen, abdecken.
ART(EN) ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Nachfolgend werden veranschaulichende Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Der Deutlichkeit halber sind nicht alle Merkmale einer tatsächlichen Implementierung in dieser Beschreibung beschrieben. Es liegt selbstverständlich auf der Hand, daß bei der Entwicklung eines derartigen tatsächlichen Ausführungsbeispiels zahlreiche implementierungsspezifische Entscheidungen getroffen werden müssen, um die spezifischen Ziele der Entwickler zu treffen, wie beispielsweise die Vereinbarkeit mit system- und aufgabenbezogenen Einschränkungen, die von einer Implementierung zur nächsten variieren. Darüber hinaus sei darauf verwiesen, daß ein derartiger Entwicklungsversuch komplex und zeitraubend sein kann, aber dennoch für den Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet mit dem Vorteil der Kenntnis dieser Offenbarung ein Routinevorgang ist.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Figuren beschrieben. Zwar sind die verschiedenen Bereiche und Strukturen einer Halblei tervorrichtung in den Zeichnungen als sehr präzise, deutliche Konfigurationen und Profile aufweisend dargestellt, aber der Fachmann auf dem Gebiet erkennt, daß diese Bereiche und Strukturen in Wirklichkeit nicht so präzise wie in den Zeichnungen angegeben sind. Außerdem können die relativen Größen der in den Zeichnungen dargestellten verschiedenen Merkmale im Vergleich zu der Größe jener Einrichtungen oder Bereiche bei den hergestellten Vorrichtungen übertrieben oder verkleinert sein. Dennoch sind die angefügten Zeichnungen zur Beschreibung und Erläuterung veranschaulichender Beispiele der vorliegenden Erfindung angefügt.
Im wesentlichen betrifft die vorliegende Erfindung eine Scatterometrie-Struktur mit einem eingebetteten Ringoszillator und verschiedene Verfahren zur Nutzung derselben. Wie für den Fachmann auf dem Gebiet nach der beendeten Lektüre der vorliegenden Anmeldung leicht ersichtlich, läßt sich das vorliegende Verfahren auf viele verschiedene Technologien, z.B. NMOS, PMOS, CMOS, usw. sowie auf viele verschiedene Arten von Vorrichtungen anwenden.
2A ist eine schematische Darstellung eines Ringoszillators 20 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie zuvor angegeben, besteht ein typischer Ringoszillator aus mehreren Invertern, die jeweils aus einem n-Kanal-Transistor und einem p-Kanal-Transistor bestehen. Jeder der Transistoren weist eine Gate-Elektrode auf. In einem veranschaulichenden Ausführungsbeispiel gemäß 2A bilden die Gate-Elektrodenstrukturen 26₁ –26_n für die n-Kanal-Transistoren des Ringoszillators 20 eine erste Gitterstruktur 22, während die Gate-Elektrodenstrukturen 28₁ –28_n für die p-Kanal-Transistoren eine zweite Gitterstruktur 24 bilden. Die n-Kanal- und p-Kanal-Transistoren sind zur Bildung eines Inverters paarweise zusammengeschaltet, wie dies in 2A schematisch dargestellt ist. Nach der Fertigstellung sind z.B. der n-Kanal-Transistor 26₁ und der p-Kanal-Transistor 28₁ z.B. elektrisch miteinander gekoppelt, um einen der Inverter des Ringoszillators 20 zu bilden. Die übrigen n-Kanal- und p-Kanal-Transistoren sind ebenfalls paarweise zusammengeschaltet. Die Anzahl der Transistorpaare, die der Ringoszillator 20 aufweist, kann von dem gerade konstruierten Produkt abhängen, woraus sich die Verwendung der Bezeichnung "n" für die letzten Gate-Elektrodenstrukturen 26_n , 28_n in der ersten Gitterstruktur 22 bzw. der zweiten Gitterstruktur 24 ergibt. Zwecks Erleichterung der Bezugnahme können die Gate- Elektrodenstrukturen 26₁ –26_n , 28₁ –28_n kollektiv oder einzeln mit den Bezugszeichen 26, 28 bezeichnet werden.
Für den Fachmann ist erkennbar, daß die die in 2A dargestellten Gate-Elektrodenstrukturen verbindenden Leitungen nur dafür vorgesehen sind, um zu vermitteln, daß die Transistorpaare elektrisch miteinander verbunden sind. Die genaue Art, auf die die Transistorenpaare miteinander verbunden sind, ist hinlänglich bekannt und für den Fachmann auf dem Gebiet verständlich. Bei einem gegebenen Paar eines n-Kanal- und eines p-Kanal-Transistors kann das Paar z.B. derart zusammengeschaltet sein, daß die Source der p-Kanal-Vorrichtung mit einer Versorgungsspannung (Vdd), der Drain der p-Kanal-Vorrichtung mit dem Drain der n-Kanal-Vorrichtung und die Source der n-Kanal-Vorrichtung mit Masse verbunden ist. Außerdem ist der Eingang für einen stromabwärts gelegenen Inverter, d.h. ein nachfolgendes Paar aus einem n-Kanal-Transistor und einem p-Kanal-Transistor, mit den Drains der vorangegangenen n-Kanal- und p-Kanal-Transistoren verbunden. Wenn also Strom durch den ersten Inverter fließt, wird an den unmittelbar angrenzenden Inverter stromabwärts ein Eingangssignal geliefert. Diese Schalteinzelheiten wurden in den Zeichnungen weggelassen, um das Verständnis der vorliegenden Erfindung nicht zu erschweren.
Der in 2A dargestellte Ringoszillator 20 ist an der Stelle gezeigt, an der die Gate-Elektrodenstrukturen 26₁ –26_n , 28₁ –28_n der verschiedenen n-Kanal- und p-Kanal-Transistoren ausgebildet worden sind. Die Materialien der Konstruktion und die Verfahren in bezug darauf, wie diese Transistoren gebildet werden, sind dem Fachmann auf dem Gebiet bekannt. Ein typischer Transistor besteht beispielsweise aus einer Gate-Isolierschicht, einer über der Gate-Isolierschicht gebildeten Gate-Elektrode, einem oder mehreren angrenzend an die Gate-Elektrode ausgebildeten Seitenwand-Abstandhaltern und mehreren in dem Substrat durch Durchführung eines oder mehrerer Ionenimplantationsabläufe ausgebildeten Source-/Drain-Bereichen. Was die Gate-Elektrodenstruktur anbelangt, so kann diese aus vielen verschiedenen Materialien, z.B. einem Metall, Polysilizium, bestehen und eine Stärke aufweisen, die im Bereich von ungefähr 150–400 nm liegt. Die kritische Abmessung der Gate-Elektrodenstrukturen nimmt aufgrund technologischer Fort schritte bei Halbleiterherstellungsprozessen kontinuierlich ab. Zur Zeit können solche Gate-Elektrodenstrukturen eine kritische Abmessung aufweisen, die im Bereich von ungefähr 70–180 nm liegt, und in Zukunft werden weitere Verringerungen erwartet. Derartige Gate-Elektrodenstrukturen können mittels vieler verschiedener Techniken hergestellt werden, z.B. durch Aufbringen einer Materialschicht und Durchführen eines oder mehrerer Ätzvorgänge zur Bildung der Gateelektrodenstruktur. Wie zuvor angegeben, ist der in 2A gezeigte Ringoszillator 20 an dem Punkt seiner Herstellung dargestellt, an dem die Gate-Elektrodenstrukturen 26₁ –26_n für die n-Kanal-Vorrichtungen und die Gate-Elektrodenstrukturen 28₁ –28_n für die p-Kanal-Vorrichtungen unter Anwendung vieler verschiedener Verfahren gebildet worden sind. In anschließenden Verfahrensabläufen werden die weiteren Einrichtungen dieser Transistoren, wie Source-/Drain-Bereiche, Seitenwand-Abstandhalter usw. gebildet.
Im wesentlichen umfaßt die vorliegende Erfindung unter einem Aspekt die Bildung einer ersten Gitterstruktur 22, die aus den n-Kanal-Gate-Elektrodenstrukturen 26₁ –26_n besteht, und einer zweiten Gitterstruktur 24, die aus den p-Kanal-Gate-Elektrodenstrukturen 28₁ –28_n besteht, sowie das Messen der kritischen Abmessung und/oder des Profils einer oder mehrerer der Gate-Elektrodenstrukturen (p-Kanal und/oder n-Kanal) unter Verwendung eines Scatterometrie-Gerätes. Unter einem weiteren Aspekt umfaßt die vorliegende Erfindung das Messen der kritischen Abmessung und/oder des Gate-Profils der Gate-Elektrodenstrukturen und auf der Grundlage dieser Messungen das Vorhersagen der elektrischen Leistung des Ringoszillators 20 und/oder der fertiggestellten integrierten Schaltungsvorrichtung. Bei letztgenanntem Aspekt kann die Erfindung das Vergleichen der gemessenen kritischen Abmessung oder Profils der Gate-Elektrodenstrukturen mit einem Modell umfassen, das diese physikalischen Meßdaten mit verschiedenen elektrischen Leistungstestdaten für zuvor hergestellte Ringoszillatorstrukturen in Korrelation setzt. Einzelheiten dieser Verfahren werden in der Anmeldung später ausführlicher erläutert.
2B ist eine schematische Darstellung eines anderen Ausführungsbeispiels eines Ringoszillators 20 gemäß der vorliegenden Erfindung. Wie dort gezeigt, ist eine kapazitive Laststruktur 30 gebildet und mit jedem der paarweise zu sammengeschalteten n-Kanal- und p-Kanal-Transistoren gekoppelt. Generell soll die kapazitive Laststruktur 30 repräsentativ für die kapazitive Last sein, der eine integrierte Schaltungvorrichtung im Betrieb begegnen kann. Die kapazitive Last kann das Ergebnis vieler verschiedener Faktoren, z.B. des kapazitiven Koppelns zwischen benachbarten Metallleitungen usw. sein. Kurz gesagt, sind solche kapazitiven Laststrukturen 30 an dem Ringoszillator 20 vorgesehen, um die Vorhersage im Hinblick auf die Vorrichtungsleistung auf der Grundlage des Testens des Ringoszillators 20 genauer zu machen.
Die kapazitive Laststruktur 30 kann aus mehreren leitungsartigen Einrichtungen 32, z.B. Metallleitungen, Polysiliziumleitungen usw. bestehen. Die physische Größe und der Abstand der Leitungen 32 variiert in Abhängigkeit von der gewünschten kapazitiven Last, die an die verschiedenen zusammengeschalteten Paare der n-Kanal- und p-Kanal-Transistoren, welche einen Inverter des Ringoszillators 20 bilden, angelegt werden soll. Die kapazitiven Laststrukturen 30 können auch eine Gitterstruktur 34 bilden, die unter Verwendung eines Scatterometrie-Gerätes gemessen werden kann. Eine kapazitive Laststruktur muß natürlich nicht mit jedem zusammengeschalteten Transistorpaar verbunden sein. Darüber hinaus muß die kapazitive Laststruktur 30 nicht bei allen zusammengeschalteten Transistorpaaren, in denen solche kapazitiven Laststrukturen 30 verwendet werden, dieselbe sein. Das heißt, die an jedes zusammengeschaltete Transistorpaar angelegte kapazitive Last kann variieren. Außerdem können die kapazitiven Laststrukturen mit den n-Kanal- und/oder p-Kanal-Transistoren des Ringoszillators 20 auf jede beliebige Weise verbunden sein. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die kapazitiven Laststrukturen 30 jeweils mit dem Eingang sowohl des n-Kanal- als auch des p-Kanal-Transistors gekoppelt. Falls gewünscht, können die kapazitiven Laststrukturen aber auch nur mit dem n-Kanal- oder dem p-Kanal-Transistor elektrisch verbunden sein.
Wie oben angegeben, wird zum Messen der kritischen Abmessung und/oder des Gate-Profils einer oder mehrerer der Gate-Elektrodenstrukturen 26₁ –26_n oder 28₁ –28_n ein Scatterometrie-Gerät verwendet. Die 3A–3B zeigen das veranschaulichende Beispiel, in dem die Gate-Elektrodenstrukturen 26₁ –26_n , die die er ste Gitterstruktur 22 aufweisen, einer Messung durch ein Scatterometrie-Gerät 44 unterzogen werden, das aus einer Lichtquelle 43 und einem Detektor 45 besteht. Wie in 3A dargestellt, besteht die erste Gitterstruktur 22 aus mehreren Gate-Elektrodenstrukturen 26₁ –26_n , die eine kritische Abmessung 21 und eine Teilung 23 aufweisen, wobei beide variieren können. Die Teilung 23 kann beispielsweise zwischen ungefähr 400–750 nm variieren. In 3A ist auch eine Gate-Isolierschicht 26 dargestellt, die über einem Wafer oder Substrat 29 ausgebildet ist. Die in 3A dargestellten Gate-Elektrodenstrukturen 26₁ –26_n weisen ein trapezförmiges Querschnittsprofil auf. Die Seitenwände der Gate-Elektrodenstrukturen 26₁ –26_n weisen aufgrund der inhärenten Eigenart des zur Bildung dieser Gate-Elektrodenstrukturen 26₁ –26_n verwendeten Ätzprozesses einen gewissen Neigungsgrad auf. In manchen Fällen ist das Profil der Gate-Elektrodenstrukturen 26₁ –26_n nicht so präzise wie gewünscht. Das heißt, die Gate-Elektrodenstrukturen 26₁ –26_n können Probleme wie Unterätzen oder Auslauf haben, diese Situationen sind jedoch in den angefügten Zeichnungen nicht dargestellt. Ein derartiger Auslauf oder ein derartiges Unterätzen kann allerdings zu einer Leistungsabschwächung der Vorrichtung führen. Daher sind das Erkennen und Beheben solcher Probleme wichtig.
Die Größe, Form und Ausgestaltung der Gitterstruktur 22 kann in Abhängigkeit von der Wahl der Ausgestaltung variiert werden. Die Gitterstruktur 22 kann beispielsweise in einem Bereich mit den ungefähren Abmessungen von 100 μm × 120 μm ausgebildet sein, und sie kann aus ungefähr 50–150 Gate-Elektrodenstrukturen 26 (in Abhängigkeit von der Anzahl der Inverter in dem Ringoszillator 20) bestehen. Schließlich wird die Gitterstruktur 22 unter Anwendung von scatterometrischen Techniken gemessen, und diese Messungen werden zur Bestimmung der kritischen Abmessung 21 und/oder des Profils der Gate-Elektroden 26, aus denen die gemessene Gitterstruktur 22 besteht, verwendet. Darüber hinaus können die Scatterometrie-Messungen der kritischen Abmessung 21 und/oder des Profils der Gate-Elektrodenstrukturen, die den Ringoszillator 20 bilden, zum Treffen einer Vorhersage über die elektrischen Leistungscharakteristiken des Ringoszillators 20 und/oder der fertigen integrierten Schaltungsvorrichtung verwendet werden.
Ein veranschaulichendes System 50, das in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, ist in 4 gezeigt. Das System 50 besteht aus einem Scatterometrie-Gerät 44 und einer Steuereinrichtung 58. Wie in 4 gezeigt, ist der Wafer 51 repräsentativ für einen oder mehrere Wafer in dem Stadium der Herstellung, in dem die erste bzw. die zweite Gitterstruktur 22, 24, die die Gate-Elektrodenstrukturen 26₁ –26_n , 28₁ –28_n aufweisen, gebildet worden sind.
Bei der vorliegenden Erfindung können viele verschiedene Scatterometrie-Geräte 44, z.B. Systeme vom sogenannten 2θ-Typ und Scatterometrie-Geräte vom Linsentyp, verwendet werden. Das Scatterometrie-Gerät 44 kann in Abhängigkeit von der spezifischen Implementierung weißes Licht oder eine andere Wellenlänge oder eine Kombination von Wellenlängen verwenden. Üblicherweise erzeugt das Scatterometrie-Gerät 44 einen Einfallsstrahl, der eine breite spektrale Zusammensetzung hat und bei dem die Intensität des Lichts sich im Vergleich zu Veränderungen der Wellenlänge langsam ändert. Der Lichteinfallswinkel kann ebenfalls in Abhängigkeit von der spezifischen Implementierung variieren. Die von dem Scatterometrie-Gerät 44 erzeugten Profilspuren können auf einem Vergleich von Lichtintensität und Wellenlänge (Scatterometrie-Geräte vom Festwinkeltyp bei weißem Licht) oder einem Vergleich von Intensität und Einfallswinkel (bei winkelaufgelösten Systemen, die eine einzige Lichtquelle verwenden) basieren.
Es wird angenommen, daß die Einzelheiten des Messens von Gitterstrukturen unter Verwendung von Scatterometrie-Geräten und -Techniken dem Fachmann auf dem Gebiet bekannt sind. Dennoch erfolgt eine kurze Beschreibung dieser Messungen im Zusammenhang der vorliegenden Erfindung. Durch Verwendung von Scatterometrie kann eine optische charakteristische Spur, die einer bestimmten kritischen Abmessung 21 oder einem Profil der Gate-Elektrodenstrukturen 26, 28 zugeordnet ist, (unter Verwendung Maxwellscher Gleichungen) berechnet werden, und zwar für eine breite Vielfalt, wenn nicht alle, möglichen Variationen der kritischen Abmessung und Profilvariationen, die durch die Gestaltungs- und/oder Herstellungsprozesse leicht zu erwarten sind. Diese Spuren können in einer Bibliothek gespeichert werden.
Schwankungen bei den kritischen Abmessungen und/oder Profilen der Gate-Elektrodenstrukturen 26, 28 verursachen eine signifikante Änderung bei den Beugungscharakteristiken des Einfallslichts von der Lichtquelle 43 des Scatterometrie-Werkzeugs 44. Somit kann unter Verwendung der Maxwellschen Gleichungen für jede eindeutige kritische Abmessung und/oder eindeutiges Profil der Gate-Elektrodenstrukturen 26, 28, die durch die Ausgestaltung oder den Herstellungsprozeß zu erwarten sind, eine eindeutige Spur festgelegt werden. Eine Bibliothek von jeder erwarteten kritischen Abmessung und/oder jedem Profil der Gate-Elektrode entsprechenden Spuren kann berechnet und in einer Bibliothek gespeichert werden. Durch diese Technik stellt jede Spur in der Bibliothek eine Gitterstruktur dar, die aus Gate-Elektrodenstrukturen 26, 28 mit einer bekannten kritischen Abmessung oder einem bekannten Profil besteht. Offensichtlich kann die Anzahl der kritischen Abmessungen und/oder Profile der Gate-Elektrode, die zum Erstellen der Bibliothek benötigt werden, in Abhängigkeit von der Wahl der Ausgestaltung variieren. Darüber hinaus ist die derartige Daten enthaltende Bibliothek umso größer, je größer die Anzahl der kritischen Abmessungen und/oder Profile ist.
Die vorliegende Erfindung kann verwendet werden, um eine gemessene Spur einer Gitterstruktur, die aus mehreren Gate-Elektrodenstrukturen 26, 28 eines Ringoszillators 20 mit einer unbekannten kritischen Abmessung und/oder einem unbekannten Profil besteht, mit einer Bibliothek derartiger Spuren, die jeweils einer aus Gate-Elektrodenstrukturen mit einer bestimmten bekannten kritischen Abmessung und/oder einem bestimmten bekannten Profil bestehenden Gitterstruktur entsprechen, in Korrelation zu setzen oder abzugleichen. Das Scatterometrie-Gerät 44 kann eine oder mehrere der Gitterstrukturen 22, 24 auf jeder Form eines gegebenen Wafers in Abhängigkeit von der spezifischen Implementierung messen. Darüber hinaus können die gemessenen Spuren von einer Probe der Gitterstrukturen 22, 24 gemittelt oder auf andere Weise statistisch analysiert werden. Das Scatterometrie-Gerät 44 (oder eine andere Steuereinrichtung, die sich in der Herstellungsanlage befindet, z.B. eine Steuereinrichtung 58), vergleicht die gemessene Spur (d.h. einzeln oder gemittelt) mit einer Bibliothek mit Spuren mit kritischen Abmessungen und/oder Profilen bekannter Gate-Elektroden, um die aktuelle ge messene Spur mit einer Spur in der Bibliothek in Korrelation zu setzen oder ungefähr abzugleichen. Wenn eine Übereinstimmung bestätigt ist, kann das Scatterometrie-Gerät 44 (oder eine andere Steuereinrichtung) dann Daten bezüglich der kritischen Abmessung und/oder des Profils der Gate-Elektrodenstruktur in der gemessenen Gitterstruktur liefern. Das Scatterometrie-Gerät 44 kann beispielsweise auf der Grundlage der übereinstimmenden Spur in der Bibliothek Daten ausgeben, welche anzeigen, daß die Gate-Elektrodenstrukturen in der gemessenen Gitterstruktur eine bestimmte kritische Abmessung 21 haben. Viele verschiedene Datenausgangskriterien und -formate sind möglich. Auf der Grundlage dieser Vergleiche können die zuvor unbekannte kritische Abmessung und/oder das Profil der Gate-Elektrodenstrukturen, die die gemessene Gitterstruktur 22, 24 bilden, bestimmt werden.
In einem anderen Ausführungsbeispiel kann ein Modell geschaffen werden, das die physikalischen Eigenschaften der Gate-Elektrodenstrukturen 26₁ –26_n , 28_a –28_n eines Ringoszillators 20 mit elektrischen Testdaten für den Ringoszillator 20 in Korrelation setzt. Das heißt, für eine Anzahl der Ringoszillatorstrukturen 20 können die physikalischen Eigenschaften der Gate-Elektrodenstrukturen 26₁ –26_n , die Teil des Ringoszillators 20 sind, gemessen werden. Danach werden die gemessenen Ringoszillatoren 20 vielen verschiedenen elektrischen Tests unterzogen, um verschiedene Leistungscharakteristiken des Ringoszillators 20, z.B. die Betriebsfrequenz, zu bestimmen. Auf der Grundlage dieser Daten kann ein Modell 56 (siehe 4) entwickelt werden, das die gemessenen physikalischen Merkmale der Gate-Elektrodenstrukturen 26₁ –26_n , 28_a –28_n , z.B. kritische Abmessung, Profil usw. mit den sich ergebenden elektrischen Testdaten in Korrelation setzt. Das Modell 56 kann unter Verwendung vieler verschiedener bekannter analytischer Verfahren und Techniken entwickelt werden. Beispielsweise eine lineare Anpassung an die Geschwindigkeit des elektrischen Ringoszillators gegenüber der durch scatterometrische Techniken gemessenen kritischen Abmessung des Merkmals. Auf der Basis dieser Korrelation kann die kritische Abmessung und/oder das Profil der Gate-Elektrodenstrukturen 26₁ –26_n , 28_a –28_n gemessen werden, nachdem sie gebildet sind, aber bevor der Ringoszillator 20 fertiggestellt ist, und die physikalischen Meßdaten können zum Treffen einer Vorhersage über die Leistungscharakteristi ken des Ringoszillators 20 selbst verwendet werden. Das heißt, die vorliegende Erfindung gestattet eine Vorhersage über die Vorrichtungsleistung relativ frühzeitig im Herstellungsprozeß, indem bestimmte physikalische Charakteristiken der Gate-Elektrodenstrukturen 26₁ –26_n , 28₁ –28_n des Ringoszillators 20 unter Verwendung eines Scatterometrie-Gerätes 44 gemessen werden.
In den dargestellten Ausführungsbeispielen ist die Steuereinrichtung 58 ein Computer, der mit Software zur Implementierung der hier beschriebenen Funktionen programmiert ist. Darüber hinaus können die für die Steuereinrichtung 58 beschriebenen Funktionen von einer oder mehreren Steuereinrichtungen ausgeführt werden, die über das System verteilt sind. Die Steuereinrichtung 58 kann z.B. eine Fab-Level-Steuereinrichtung sein, die zur Steuerung der Verarbeitungsvorgänge durch die gesamte oder durch einen Teil einer Halbleiterherstellungseinrichtung verwendet wird. Alternativ kann die Steuereinrichtung 58 ein Computer auf niedrigerem Niveau sein, der nur Teile oder Zellen der Herstellungseinrichtung steuert. Darüber hinaus kann die Steuereinrichtung 58 eine unabhängige Vorrichtung sein oder sich an dem Scatterometrie-Gerät 44 befinden.
Eine ähnliche Methodik kann in bezug auf die kapazitiven Laststrukturen 30 verwendet werden. Das heißt, die kapazitiven Laststrukturen 30, die aus den Einrichtungen 32, z.B. Leitungen, bestehen, die eine Gitterstruktur 34 bilden, welche unter Verwendung des Scatterometrie-Geräts 44 ähnlich wie oben für die scatterometrischen Messungen der Gitterstrukturen 22, 24 beschrieben gemessen werden kann. Die kritische Abmessung und/oder das Profil der Einrichtungen 32, die die Gitterstruktur 34 bilden, kann mit den elektrischen Testdaten für den Ringoszillator 20 in Korrelation gesetzt werden. Wenn diese Korrelation etabliert ist, kann die kapazitive Laststruktur 30 nach ihrer Bildung gemessen werden, und Informationen zu der kritischen Abmessung und/oder dem Profil der Einrichtungen 32, die die Gitterstruktur 34 bilden, können bei der Vorhersage über die sich ergebenden elektrischen Charakteristiken des Ringoszillators 20 und/oder der fertiggestellten integrierten Schaltungsvorrichtung verwendet werden. Die Messung der kapazitiven Laststrukturen 30 kann in Verbindung mit oder getrennt von der Messung der Gitterstrukturen 22, 24, die die Gate-Elektrodenstrukturen 26 bzw. 28 aufweisen, durchgeführt werden. In Kombination können die scatterometrische Messung der physikalischen Eigenschaften der kapazitiven Laststrukturen 30 und der Gate-Elektrodenstrukturen 26, 28 mehr detaillierte Informationen liefern, die bei der Vorhersage der elektrischen Leistungscharakteristiken des Ringoszillators 20 und der fertiggestellten Vorrichtung helfen können.
Teile der Erfindung und die entsprechende detaillierte Beschreibung wird softwaremäßig oder in Form von Algorithmen und symbolischen Darstellungen von Operationen an Datenbits innerhalb eines Computerspeichers dargeboten. Diese Beschreibungen und Darstellungen liegen in der Form vor, in der der Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet den Inhalt seiner Arbeit effektiv an andere Durchschnittsfachleute vermittelt. Der Ausdruck "Algorithmus" in seiner hier und allgemein verwendeten Form soll eine in sich widerspruchsfreie Abfolge von zu einem erwünschten Ergebnis führenden Schritten sein. Die Schritte erfordern physische Manipulationen physikalischer Größen. Üblicher-, jedoch nicht notwendigerweise liegen diese Größen in Form von optischen, elektrischen oder magnetischen Signalen vor, die imstande sind, gespeichert, übertragen, kombiniert, verglichen und auf andere Weise manipuliert zu werden. Zuweilen hat es sich als zweckmäßig erwiesen, hauptsächlich aus Gründen des allgemeinen Gebrauchs, diese Signale als Bits, Werte, Elemente, Symbole, Zeichen, Terme, Ziffern oder dergleichen zu bezeichnen.
Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß all diese und ähnliche Ausdrücke den entsprechenden physikalischen Größen zugeordnet werden sollen und lediglich zweckmäßige Kennungen sind, die auf diese Größen angewandt werden. Wenn nicht ausdrücklich anders festgelegt oder aus der Beschreibung hervorgehend, beziehen sich solche Ausdrücke wie "Verarbeiten" oder "Berechnen" oder "Errechnen" oder "Bestimmen" oder "Anzeigen" oder dergleichen auf Aktionen und Abläufe eines Computersystems oder einer ähnlichen elektronischen Rechenvorrichtung, die als physikalische, elektronische Größen in den Registern und Speichern des Computersystems dargestellte Daten manipuliert und in andere Daten umwandelt, die ebenfalls als physikalische Größen in den Speichern oder Registern in dem Computersystem oder anderen derartigen Informationsspeicher-, -sende- oder -anzeigevorrichtungen dargestellt sind.
Im wesentlichen betrifft die vorliegende Erfindung eine Scatterometrie-Struktur mit einem eingebetteten Ringoszillator und verschiedene Verfahren zur Verwendung derselben. In einem veranschaulichenden Ausführungsbeispiel umfaßt das Verfahren das Bilden eines Ringoszillators, der eine erste Gitterstruktur, bestehend aus mehreren Gate-Elektrodenstrukturen für mehrere n-Kanal-Transistoren, und eine zweite Gitterstruktur, bestehend aus mehreren Gate-Elektrodenstrukturen für mehrere p-Kanal-Transistoren, aufweist; und Messen der kritischen Abmessung und/oder des Profils mindestens einer der Gate-Elektrodenstrukturen in der ersten Gitterstruktur und/oder der zweiten Gitterstruktur unter Verwendung eines Scatterometrie-Geräts. In weiteren Ausführungsbeispielen umfaßt das Verfahren ferner das Vergleichen der gemessenen kritischen Abmessung und/oder des Profils der Gate-Elektrodenstrukturen mit einem Modell, um mindestens eine elektrische Leistungscharakteristik des Ringoszillators vorherzusagen, wobei das Modell die kritische Abmessung und/oder das Profil einer Gate-Elektrodenstruktur in Korrelation zu mindestens einer elektrischen Leistungscharakteristik des Ringoszillators setzt. Dies wiederum kann zum Treffen einer Vorhersage über die Leistungscharakteristiken der fertiggestellten integrierten Schaltungsvorrichtung verwendet werden.
In einem anderen Ausführungsbeispiel umfaßt das Verfahren ferner das Bilden mindestens einer kapazitiven Laststruktur, bestehend aus mehreren Einrichtungen, als ein Teil des Ringoszillators, und Messen der kritischen Abmessung und/oder des Profils mindestens einer der Einrichtungen, welche die kapazitive Laststruktur bilden, unter Verwendung eines Scatterometrie-Geräts. In weiteren Ausführungsbeispielen umfaßt das Verfahren ferner das Vergleichen der gemessenen kritischen Abmessung und/oder des Profils der Einrichtung mit einem Modell, um mindestens eine elektrische Leistungscharakteristik des Ringoszillators vorherzusagen, wobei das Modell die kritische Abmessung und/oder das Profil einer die kapazitive Laststruktur bildenden Einrichtung in Korrelation zu mindestens einer elektrischen Leistungscharakteristik des Ringoszillators setzt.
Die oben offenbarten bestimmten Ausführungsbeispiele dienen lediglich der Veranschaulichung, da die Erfindung auf verschiedene, aber gleichwertige Weise, die für den Fachmann auf dem Gebiet mit dem Vorteil der Kenntnis der hier vorlie genden Lehren offensichtlich ist, modifiziert und ausgeübt werden kann. Die oben angegebenen Verfahrensschritte können beispielsweise in anderer Reihenfolge ausgeführt werden. Ferner sind für die Einzelheiten der hier gezeigten Konstruktion oder Ausgestaltung keine anderen Einschränkungen als die in den folgenden Ansprüchen beschriebenen vorgesehen. Daher ist es offensichtlich, daß die oben offenbarten bestimmten Ausführungsbeispiele verändert oder modifiziert werden können und alle derartigen Variationen als im Rahmen der Erfindung liegend anzusehen sind. Demnach entspricht der hier ersuchte Schutzumfang den folgenden Ansprüchen.

Claims

Verfahren mit den folgenden Schritten: Bilden eines Ringoszillators (20), der eine erste Gitterstruktur (22), bestehend aus mehreren Gate-Elektrodenstrukturen (26) für mehrere n-Kanal-Transistoren, und eine zweite Gitterstruktur (24), bestehend aus mehreren Gate-Elektrodenstrukturen (28) für mehrere p-Kanal-Transistoren, aufweist; und Messen einer kritischen Abmessung und/oder eines Profils mindestens einer der Gate-Elektrodenstrukturen in der ersten Gitterstruktur (22) und/oder der zweiten Gitterstruktur (24) unter Verwendung eines Scatterometrie-Geräts (44).
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem jede der Gate-Elektrodenstrukturen (26), welche die erste Gitterstruktur (22) bilden, elektrisch mit einer separaten Gate-Elektrodenstruktur (28) verbunden ist, welche die zweite Gitterstruktur (24) bildet.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Messen einer kritischen Abmessung und/oder eines Profils mindestens einer der Gate-Elektrodenstrukturen in der ersten Gitterstruktur (22) und/oder der zweiten Gitterstruktur (24) unter Verwendung eines Scatterometrie-Geräts (44) das Beleuchten der ersten (22) und/oder der zweiten Gitterstruktur und das Messen des von der ersten (22) und/oder der zweiten Gitterstruktur (24) reflektierten Lichts umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die erste Gitterstruktur (22) 101 Gate-Elektrodenstrukturen (26) aufweist, und wobei die zweite Gitterstruktur (24) 101 Gate-Elektrodenstrukturen (28) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit dem Schritt des Vergleichens der gemessenen kritischen Abmessung und/oder des Profils der zumindest einen der Gate-Elektrodenstrukturen mit einem Modell, um mindestens eine elektrische Leistungscharakteristik des Ringoszillators (20) vorherzusagen.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die mindestens eine elektrische Leistungscharakteristik einen Ansteuerstrom und/oder eine Betriebsfrequenz des Ringoszillators (20) umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit dem Vergleichen der gemessenen kritischen Abmessung und/oder des Profils der zumindest einen der Gate-Elektrodenstrukturen mit einem Modell, um mindestens eine elektrische Leistungscharakteristik des Ringoszillators (20) vorherzusagen, wobei das Modell die kritische Abmessung und/oder das Profil einer Gate-Elektrodenstruktur in Korrelation zu mindestens einer elektrischen Leistungscharakteristik des Ringoszillators (20) setzt.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit den folgenden Schritten: Bilden mindestens einer kapazitiven Laststruktur (30), bestehend aus mehreren Einrichtungen (32), wobei die mindestens eine kapazitive Laststruktur (30) ein Teil des Ringoszillators (20) ist, und Messen einer kritischen Abmessung und/oder eines Profils mindestens einer der Einrichtungen (32), welche die kapazitive Laststruktur (30) bilden, unter Verwendung eines Scatterometrie-Geräts (44).
Verfahren nach Anspruch 8, ferner mit dem Schritt des Vergleichens der gemessenen kritischen Abmessung und/oder des Profils der zumindest einen der die kapazitive Laststruktur (30) bildenden Einrichtungen (32) mit einem Modell, um mindestens eine elektrische Leistungscharakteristik des Ringoszillators (20) vorherzusagen.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner mit dem Schritt des Vergleichens der gemessenen kritischen Abmessung und/oder des Profils der zumindest einen der die kapazitive Laststruktur (30) bildenden Einrichtungen (32) mit einem Modell, um mindestens eine elektrische Leistungscharakteristik des Ringoszillators (20) vorherzusagen, wobei das Modell die kritische Abmessung und/oder das Profil einer die kapazitive Laststruktur (30) bildenden Einrichtung (32) in Korrelation zu mindestens einer elektrischen Leistungscharakteristik des Ringoszillators (20) setzt.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die mindestens eine elektrische Leistungscharakteristik einen Ansteuerstrom und/oder eine Betriebsfrequenz des Ringoszillators (20) umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem das Messen einer kritischen Abmessung und/oder eines Profils mindestens einer der Einrichtungen (32), welche die kapazitive Laststruktur (30) bilden, unter Verwendung eines Scatterometrie-Geräts (44) das Beleuchten der die kapazitive Laststruktur (30) bildenden Einrichtungen (32) und das Messen des von den Einrichtungen (32) reflektierten Lichts umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die kapazitive Laststruktur (30) aus mehreren leitungsartigen Einrichtungen besteht.