Przedmiotem wynalazku jest konstrukcja struktury próbnej do elektrycznego pomiaru zde¬ centrowania obszarów bramek wzgledem obszarów dyfuzji w ukladach MOS.Bardzo szybki wzrost skali integracji ukladów scalonych MOS i zmniejszenie wynjiarów podstawowych elementów tych ukladów powoduje, ze coraz wieksze wymagania stawiane sa operacji centrowania podczas procesu fotolitografii. Wielkosc rozcentrowania miedzy obszarami, szczególnie wrazliwymi na zdecentrowanie — z punktu widzenia konstrukcji ukladu — w sposób bardzo istotny wplywa na uzysk produkcyjny ukladów. Zbyt du^e rozcentrowanie moze spowodo¬ wac spadek uzysku do zera. Przy zwiekszajacych sie wymaganiach na dokladnosc centrowania dotychczas stosowana ocena wizualna wielkosci zdecentrowania jest niewystarczajaca. W firmach wytwarzajacych uklady scalone sa opracowane specjalne struktury próbne do elektrycznego pomiaru zdecentrowania.Znawa^jest struktura do elektrycznego pomiaru zdeca»trowania obszarów bramek wzgledem obszarów dyfuzji w technologii MOS z bramka aluminiowa wedlug rozwiazania IBM. Struktura ta sklada sie z czterech tranzystorów MOS, z których kazdy jest czuly jednoczesnie na dwa kierunki zdecentrowania — mierzony i prostopadly do mierzonego, ze wzgledu na brak zakladek obszarów tworzacych tranzystor MOS. Taka konstrukcja struktury powoduje bardzo duze bledy pomiaru zdecentrowania.Znana jest równiez struktura firmy Philips do pomiaru zdecentrowania obszarów polikrzemu wzgledem obszarów dyfuzji w technologii MOS z barmka polikrzemowa. Struktura ta sklada sie jednakze z dwóch par rezystorów dyfuzyjnych. Konstrukcja kazdego z rezystorów jest taka, zejest on bardzo wrazliwy na przewezenie waskiego obszaru dyfuzji, a tym samym na jakosc krawedzi obszarów dyfuzji i obszarów bramki polikrzemowej. Taka konstrukcja ogranicza zakres mierzo¬ nego zdecentrowania, lub prowadzi dó duzych bledów pomiarowych.Istota wynalazku jest struktura próbna do elektrycznego pomiaru zdecentrowania obszarów bramfek wzgledem obszarów dyfuzyji w ukladach MOS, z tranzystorami MOS, u których kazdyjest czuly najeden kierunek zdecentrowania, oraz kazdy ma dwa obszary kanalu: dlugiego i krótkiego, polaczone posrednim obszarem o zmiennej dlugosci kanalu. Bramka kazdego tranzystora MO&2 139191 poki\\va olwar dlugiego i knMkiogn kanalu, natomiast zakladki obszarów twor/acsch tranzystor MOS sa wieksze od maksymalnego zdecentrowania. Zdecentrowanie bramki w kie¬ runku krótkiego czy dlugiego kanalu zmienia wielkosc pradu tranzystora w stanie przewodzenia.Zakladki obszarów bramki wzgledem obszarów dyfuzji i zakladki obszarów dyfuzji wzgledem obszarów bramki oraz zakladki obszarów metalizacji wzgledem obszarów bramki w strukturze próbnej dla ukladów MOS, z bramka metalowa wedlug wynalazku sa wieksze od maksymalnego zdecentrowania. W strukturze z baramka polikrzemowa zakladki obszarów bramki wzgledem obszarów dyfuzji sa wieksze od maksymalnego zdecentrowania. Para przeciwleglych tranzystorów w strukturze wedlug wynalazku okresla zdecentrowanie w jednym kierunku przez proporcjonalna do wielkosci zdecentrowania wartosci ilorazu róznicy pradów do sumy pradów tranzystorów tworzacych te pare.Struktura próbna do elektrycznego pomiaru zdecentrowania wedlug wynalazku pozwala w sposób prosty i szybki okreslic wielkosc zdecentrowania w kierunku x i y, z dokladnoscia rzedu 0,1/jtm przy dokladnosci pomiaru pradu 1/*A. Dokladnosc te mozna zwiekszyc przez zwiekszenie dokladnosci pomiaru pradu. Pomiar moze byc wykonany automatycznie na testerze struktur próbnych. Bardzo wazna wlasciwoscia struktury próbnej jest to, ze wyniki pomiarów zdecentrowa¬ nia nie zaleza od wartosci napiecia progowego tranzystorów MOS w strukturze próbnej. Struktura próbna wedlug wynalazku moze byc wykorzystana do pomiaru lokalnego zdecentrowania na plytce z gotowymi ukladami MOS, do badania centrowalnosci masek i wyznaczania rozkladu zdecentrowania na plytce, oraz do kontroli prawidlosci wykonania operacji centrowania podczas procesu fotolitografii bramki.Struktura próbna do elektrycznego pomiaru zdecentrowania obszarów bramek wzgledem obszarów dyfuzji w ukladach MOS wedlug wynalazku zostanie blizej objsniona w przykladzie wykonania, przedstawionym, na rysunku. Fig. 1 rysunku pokazuje topologie jednego z czterech tranzystorów MOS struktury próbnej, wykonanej w technologii MOS z bramka metalowa.Struktura próbna wedlug wynalazku posiada dwie pary tranzystorów MOS o zmiennej dlugosci kanalu. Obszar kanalu kazdego z tranzystorów ma dwa podobszary: obszar kanalu dlugiego 5 i któtkiego 3. Obszary te sa polaczone obszarem posrednim 4, który ma postac progu o lekko skosnej krawedzi. Przy idealnym zcentrowaniu bramki wzgledem zródla i drenu bramka 2 zachodzi w polowie na obszar dlugiego kanalu 5 i w polowie na obszar krótkiego kanalu 3 tranzystora. Obszary dyfuzji 1, bramki 2 i metalizacji 6 tworzace tranzystor MOS posiadaja naddatki w postaci zakladek dla zapewnienia kontaktu elektrycznego. Zakladki a sa zakladkami obszarów bramki na obszar dyfuzji, zakladki b sa zakladkami obszarów dyfuzji poza obszar bramki, a zakladki c sa zakladkami obszaru metalizacji na obszar bramki. Fig. 2 rysunku pokazuje topologie jednego z czterech tranzystorów MOS struktury próbnej, wykonanej w technologii MOS z bramka polikrzemowa. Analogicznie obszary 1 sa tutaj obszarami dyfuzji, obszar 2jest obszarem bramki polikrzemowej. Obszar 3jest obszarem krótkiego kanalu, obszar 4 obszarem posrednim o zmiennej dlugosci kanalu, a obszar 5 jest obszarem dlugiego kanalu. Zakladki a sa zakladkami obszarów bramki poza obszary dyfuzji, natomiast zakladki d sa zakladkami obszarów dyfuzji na obszar bramki o szerokosci, równej glebokosci dyfuzji lateralnej.Fig. 3 rysunku pokazuje konfiguracje czterech tranzystorów MOS struktury próbnej, wykona¬ nej w technologii MOS z bramka metalowa. Tranzystory 7 i 8 struktury sluza do pomiaru zdecentrowania w kierunku x, a tranzystory 9 i 10 sluza do pomiaru zdecentrowania kierunku y.Tranzystory te posiadaja obszary dyfuzji 1, bramki 2, kontaktów 11 i metalizacji 6, których wzajemne usytuowanie pokazuje rysunek.Fig. 4 rysunku przedstawia przykladowa krzywa kalibracyjna Z struktury próbnej do elektry¬ cznego pomiaru zdecentrowania obszarów bramki wzgledem obszarów dyfuzji w ukladach MOS.Przy idealnym cetrowaniu obszarów bramek wzgledem obszarów dyfuzji, w kazdym z czerech tranzystorów MOS struktury próbnej szerokosc obszaru kanalu krótkiego i dlugiego jest taka sama, a róznica pradów przeciwleglych tranzystorów mierzona w stanie nienasycenia jest równa zeru. Jesli zalozymy, ze wystapilo tylko zdecentrowanie obszarów bramek wzgledem obszarów dyfuzji w kierunku + x, to wówczas zmienia sie wartosc pradów tranzystorów 7 i 8 w stosunku do wartosci zmierzonych w stanie idealnego centrowania. Wartosc pradu tranzystora 7 wzrosnie, a wartosc pradu tranzystora 8 zmaleje, odpowiednio do zmiany szerokosci obszarów krótkiego i dlugiego kanalu. Wielkosc zdecentrowania + Ax jest opisana wzorem:139191 3 17 + I8 gdzie k —^ wspólczynnik proporcjonalnosci.Analogicznie przedstawia sie zdecentrowanie w kierunku — x,które równiez opisuje wzór.Jesli zalozyms, ze nastapilo tylko zdecentrowanie obszarów wzgledem obszarów dyfuzji w kie¬ runku + y. lo wówczas zmienia sie wartosci pradów tranzystorów 9 i 10 w stosunku do wartosci pradów tych tranzystorów w stanie idealnego centrowania. Wartoscpradu tranzystora 9, wzrosnie, a tranzystora 10 zmaleje odpowiednio do zmiany szerokosci obszarów dlugiego i krótkiego kanalu.Wielkosc zdecentrowania + Ay jest opisana wzorem: Ay - k l9+Il° I9+I10 gdzie k — wspólczynnik proporcjonalnosci.Zaleznosc ta opisuje równiez zdecentrowanie w kierunku -y.Ze wzgledu na symetrie topologii struktury próbnej wspólczynnik proporcjonalnosci k jest taki sam dla kierunków x i y.Ogólnie wiec dla wszystkich kierunków zdecentrowania wielkosc bezwzgledna zdecentrowania Am jest opisana wzorem: (Am) = k ^ SI gdzie dla kierunku x: Am = Ax AI = I7-I8 2i = i7+i8 a dla kierunku y: Anf=Ay Ai = I9-Iio 2l = l9+IlO Przykladowa zaleznosc opisana tym wzorem pokazuje fig. 4 rysunku. Krzywa kalibracyjna Z struktury jest linia prosta, przchodzaca przez poczatek ukladu wspólrzednych. Jesli w stanie idealnego centrowania szerokosci obszaru krótkiego i dlugiego kanalu kazdego tranzystora MOS w strukturze próbnej nie jest jednakowe, to wówczas krzywa kalibracyjna Z nie przechodzi przez poczatek ukladu wspólrzednych. Nachylenie krzywej kalibracyjnej Z okresla czulosc struktury na zdecentrowania. Czulosc zalezy od wymiarów obszarów krótkiego i dlugiego kanalu tranzystorów MOS w strukturze w stanie idealnego centrowania. Krzywa kalibracyjna wyznacza sie na podsta¬ wie jednoczesnych pomiarów optycznych^^ i iWktrycinych zdecentrowania.Zastrzezenia patentowe 1. Struktura próbna do elektrycznego pomiaru zdecentrowania obszarów bramek wzgledem obszarów dyfuzji w ukladach MOS, z tranzystorami MOS, znamienna tym, ze ma tranzystory MOS, z których kazdy jest czuly na jeden kierunek zdecentrowania, oraz kazdy ma dwa obszary kanalu dlugiego (5) i krótkiego (3), polaczone posrednim obszarem (4) o zmiennej dlugosci kanalu, przy czym bramka (2) kazdego tranzystora MOS pokrywa obszar dlugiego i krótkiego kanalu, nato¬ miast zakladki obszarów tworzacych tranzystor MOS, sa wieksze od maksymalnego zdecentrowa¬ nia, zas zdecentrowanie bramki (2) w kierunku krótkiego czy dlugiego kanalu zmienia wielkosc pradu tranzystora w stanie przewodzenia. 2. Struktura wedlug zastrz. 1, znamienna tym, ze bramka (2)jest bramka metalowa, a zakladki (a) obszarów bramki (2) wzgledem obszarów dyfuzji (1) i zakladki (b) obszarów dyfuzji (1) wzgledem obszarów bramki (2) oraz zakladki (c) obszarów metalizacji (6) wzgledem obszarów bramki (2) sa wieksze od maksymalnego zdecentrowania.4 139191 3. Struktura wedlug zastrz. 1, znamienna tym, ze bramka (2) jest bramka polikrzemowa, a zakladki (a) obszarów bramki (2) wzgledem o obszarów dyfuzji (1) sa wieksze od maksymalnego zdecentrowania. 4. Struktura wedlug zastrz. 1, znamienna tym, ze para przeciwleglych tranzystorów okresla zdecentrowanie w jednym kierunku przez proporcjonalna do wielkosci zdecentrowania wartosc ilorazu róznicy pradów do sumy pradów tranzystorów tworzacych te pare.139191 bj Fig.3139191 fiji.Pracownia Poligraficzna UP PRL. Naklad 100 egz.Cena 100 zl. PL