SU1044203A1 - Полупроводникова тестова микроструктура дл интегральной схемы - Google Patents

Abstract

ПОЛУПРОВОДНИКОВАЯ ТЕСТОВАЯ МИКГОСТВУКТУРА ДПЯ ИНТЕГРАЛЬНОЙ СХЕМЫ , содержаща  полупроводниковую подложку , последовательно расположенные на ней диэлектрические и провод щие слои, повтор ющие структуру интегральной схемы, отличающа с   тем, что, с целью повьшени  ; точности технологического контрол  микрогеометрии элементов слоев интегральных схем, она выполнена так, что одна часть этой структуры воспроизводит геометрию диэлектрических и провод щих слоев, рабочего участка интегральной , а друга  часть представл ет собой выступающие друг из-под друга мйкроучастки контролируемых слоев, образук цих рабочий участок, заканчивающиес  торцами , выполненными перпендикул рно подложке и боковым поверхност м плёнок , образующих ступеньки дл  вьшележащих пленок, и позвол ющими визу (Л ализировать профили травлени  и толщины пленок на участках, прикрытых на интегральной схеме вышележащими сло ми. 2

Description

4ib 4ib ts9 Предлагаемое изобретение относитс  к микроэлектронике, а предлагаема  структура может быть использована как тестова  в технологии производства лолупроводниковых интегральных схем дл  межоперационного контрол , отработки и корректировки изго товлени , анализа брака и отказов. Известна тестова  структура дл  определени  параметров интегральных схем, представл юща  собой паразитный транзистор, состо щий из кремниевой подложки, в которой сформированы исток и сток транзисторов, диэлектрической пленки из двуокиси кремни  и алюминиевой металлизации, обеспечивающей контакты с истоком, стоком и лежащим на диэлектрической пленке затвором и содержащей три KOH тактные площадки дл  подсоединени  этих областей к установке измерени  электрофизических параметров. Недостатком тестовой структуры  вл етс  то, что ее топологи  (конструкци ) непригодна дл  точного контрол  микрогеометрии отдельных элементов и микроучастков современных микросхем высокой степени интеграции , например, путем использовани  растрового электронного микроскопа, значимость которого в производстве интегральных схем будет расти вместе с ростом степени интеграции их элементов . Например, невозможно получение нужной информации в тех случа х, ког р,а необходимо вы вление формы краев (профил ) элементов нижележащих слое ( козырьков сверху, локальных подтрав ливаний снизу и тому подобных отклонений от плоскости, определ ющей кли травлени  пленки в ее средней части) или когда нужна количественна  оценка утоньшени  пленок на ступеньках, образованных фотолитографией и нижележащих сло х, и тому подобно вли ни микрогеометрии на параметры интегральных схем. Непригодность топологии обусловле на прежде всего тем, что вышележащие . слои закрывают элементы нижележащих слоев и топологи  отдельных слоев не приспособлена дл  контрол  с помощью растрового электронного микроскопа (например, если в верхнем слое струк туры вскрыть окно простой формы квадратное , то точный профиль травлени  кра  этого сло  не вы вить и с помощью растрового электроного микроскопа ) . Наиболее близким техническим решением к предлагаемому  вл етс  полупроводникова  тестова  микроструктура , содержаща  полупроводниковую подложку , последовательно расположенные на ней диэлектрические и провод щие слои, повтор ющие структуру интегральной схемы. Контрдль параметров интегральной схемы с помощью такой тестовой структуры осуществл етс  измерением ее характеристик после подключени  к установке измерени  электрофизических параметров. Эта и ей подобные тестовые структуры позвол ют простыми средствами вы вл ть сам факт брака в любых сло х , но оказываютс  недостаточно эффективными при вы снении технологических первопричин брака и корректировке технологии изготовлени . Таким образом, недостаток тот же, что и у аналога: ее топологи  не обеспечивает точного технологического контрол  микрогеометрии элементов слоев интегральных схем. Целью изобретени   вл етс  повышение точности технологического контрол  микрогеометрии элементов слоев интегральных схем. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в полупроводниковой тестовой микроструктуре , содержащий полупроводниковую подложку, последовательно расположенные на ней диэлектрические и провод щие слои, повтор нлцие структуру интегральной схемы, одна часть этой структуры восцроизводит геометрию диэлектрических и провод щих слоев рабочего участка интегральной схемы, а друга  часть представл ет собой выступающие друг изпод друга микроучастки контролируемых слоев, образунщих рабочий участок , заканчивающиес  торцами, выполненными перпендикул рно подложке и боковым поверхност м пленок, образующих ступеньки дл  вьшележащих пленок, и позвол ющими визуализировать профили травлени  и толщины пленок на участках, прикрытых на интегральной схеме вышележащими сло ми. На фиг. 1 приведена топологи  микроструктуры дл  определени  причин разрывов алюминиевых пленок на

кра х контактных окон в диэлектрических СЛОЯХ} на фиг.2 - топологи  структуры дл  контрол  степени сплавлени  фосфорносиликатного стекла и определени  причин разрывов алюминиевых пленок на ступеньках в слое стекла; на фиг.З - топологи  структуры дл  количественной оценки утоньшени  межслойной изол ции на кра х элементов нижележащего провод щего сло .

На кремниевой подложке 1 (фиг.1) последовательно расположены слои из двуокиси кремни  2 и фосфорносиликатного стекла 3, в каждом из которых выполнены несколько отличающиес  по размерам окна такой формы,что в центре структуры образованы две лежащие друг на друге пленки крестообразной формы, нижн   из которых со всех сторон выступает из-под верхней . Невытравленные участки сло  2 заштрихованы параллельными лини ми одного направлени , а сло  3 - другого направлени  (следовательно, на участках, содержащих пересекающиес  линии обоих направлений, имеютс  и двуокись кремни , и фосфорносиликатное стекло). Поверх диэлектрических слоев лежит слой 4 алюмини  так, что он проходит через их кра , имитиру  тем самым соответствующий участок интегральной схемы. Топологи  сло  4 . проста (квадрат в центре структуры) и дл  упрощени  чертежа еще один вид штриховки не вводитс , а показаны лишь границь пленки.

На участке, отмеченном кружком (фиг.1), каждый из невытравленных участков слоев 2 и 3 имеет пр мой угол, что обеспечивает вы вление формы Ьгибающей линии (профил  травлени ) краев этих слоев. При просмотре в направлении стрелки этого участка в растровом электронном микроскопе можно одновременно визуализировать (сфотографировать) и возможное место разрыва сло  алюмини  на кра х диэлектрических слоев, а клин травлени  этих слоев, который обычно непосто нен по высоте.

Неудовлетворительна  форма краев элементов (козырьки, подтравыи т.д.) создающих ступеньки дл  алюминиевого сло ,  вл етс  одной из главных причин возможных разрывов последнего и отсутстви  контакта с подложкой

(друга  причина - плохо отработанный процесс напылени  алюмини ). В случае разрыва аломиниевого сло  предлагаема  микроструктура позвол ет не только увидеть разрыв, но и по форме профил  травлени  каждого диэлектрического сло  определить необходшюсть доработки режима травлени  конкретно го сло  (дл  получени  профил  ступенек нужной формы) и контролировать сам процесс доработки , тогда как по структуре, подобной прототипу, легко установить

5 лишь сам факт разрыва.

Крестообразность формы диэлектрических слоев, образующих в структуре ступеньки, позвол ет проводить обследование их краев с четырех сторон,

0 причем с каждой стороны можно обследовать профили, как минимум, двз ступенек одного сло , боковые поверхности которых обращены в противоположные стороны (это важно, так как

5 форма профил  травлени  при фотолитографии может зависеть, например, даже от направлени  погружени  в травитель кремниевой пластины и поэтому противоположные кра  одного и то-

0 го же элемента в слое могут иметь разный клин травлени , что в конечном счете может привести к односторонним разрывам алюминиевых планок). В св зи с этим, нужно отметить, что на фиг. 1-3 кружками отмечены дл 

5 простоты только по одному участку обследовани , тогда как на каждой из них имеетс  по восемь подобных по топологии участков, каждый из

Q которых может иметь несколько отличающиес  профили травлени  краев одного и того же сло , характеризу  соответственно расположенные кра  элементов на интегральной схеме и обеспечива  возможность обойтись од5 ной структурой вместо нескольких. Кроме того, структуры содержат и по нескольку одинаково расположенных ступенек (фиг.1-3), что исключает случайность в определении профил 

0

краев и толщин пленок.

Таким образом, структура, П1)иведенна  на фиг.1, позвол ет вы снить технологические причины брака в сло х , прикрытых на рабочем участке интегральной схемы другими сло ми, а также может использоватьс  дл  отработки технологии, межоперационного и

периодического контрол  и анализа отказов.

Другим примером конкретного исполнени   вл етс  микроструктура дл  периодического контрол  режима оплавлени  фосфорносиликатного стекла и анализа причин брака и отказов металлизации (топологи  дана на фиг,2) На кремниевую подложку нанесен сплошной слой двуокиси кремни , на котором сформирован слой 5 из поликристаллического кремни  крестообразной формы на который, в свою очередь, последовательно нанесены два сплошных сло  второй слой двуокиси кремни  и слой 3 фосфорносиликатного стекла, а сверху сформирован квадратный алюминиевый слой 4. Дл  упрощени  чертежа подложка и сплошные слои отмечены общей штриховкой одного направлени , слой 5 поликремни  - штриховкой другого направлени , а слой алюмини  4 не заштрихован и показаны лишь его границы , г

При просмотре в направлении стрелки участка этой структуры, отмеченного кружком (фиг.2), в растровом электронном микроскопе можно определить качество оплавлени  фосфорносиликатного стекла, вли ющее на целостность алюминиевой металлизации   районе ступеньки, образованной краем сло  поликремни .

На фиг.З показан еще один важный пример конкретного исполнени  и применени  предлагаемых микроструктур топологи  структуры дл  количественной оценки качества межслойной изол ции и борьбы с утечками и низкими пробивными напр жени ми диэлектрических слоев. На кремниевой подложке расположен сплошной слой 2 двуокиси кремни , на котором сформирован поликремниевый слой 5 крестообразной формы. Над ним последовательно сформированы два одинаковых по размеру диэлектрических сло  крестообразной формы из двуокиси кремни  и фосфорносиликатного стекла, границы которых совпадают. Поверх сло  стекла лежит алюминиевый слой квадратной формы. Дл  упрощени  чертежа подложка и слои 2 и 4 не заштрихованы, слои 3 отмечены общей штриховкой одного направлени , а слой 5 - штриховкой другого направлени .

В такой структуре могут возникнуть утечки и снижаетс  пробивные напр жени  из-за утоньшени  диэлектрических слоев на острых или отвесных кра х поликремниевого сло . При просмотре в направлении стрелки участка этой структуры, отмеченного кружкбм (фиг. 3), в растровом электронном микроскопе можно увидеть в одном пол зрени  (и сфотографировать) боковые поверхности (торцы) и профили травлени  почти всех слоев, что позвол ет:

а)оценить толщину диэлектриков в самом ТОНКОМ; месте (накраю поликремниевого сло ) и вы вить ее зависимость от клина травлени  (формы кра ) поликремниевого сло  и режимов нанесени  и оплавлени  фосфорносиликатного стекла;

б)вы снить причины возможных разрывов алюминиевого сло  на ступеньках оплавленного и неоплавленного стекла;

в)выбрать режимы травлени  поликремни , нанесени  диэлектрических слоев и оплавлени  фосфорносиликат- кого стекла.

Полупроводниковые микроструктуры (фиг.1-3) не только воспроизвод т ситуацию на соответствующем участке интегральной схемы, но и содержат окна, выполн ющие два назначени , открывают доступ к элементам нижележащих слоев дл  пр мого контрол  их геометрии и формируют микроучастки , по которьпу удобно визуализироват профиль травлени  краев элементов, создающих ступеньки дл  вышележащих слоев, и толщины слоев на критических участках.

Така  конструкци  микроструктур обеспечивает возможность эффективного применени  дл  контрол  растрового электронного микроскопа, имеющего значительно большую разрешающую способность и глубину фокуса,чем используемый дл  контрол  структур

оптический микроскоп. I

Вьщ1е о писанные конструкции структур занимают очень мало площади и дл  них легко найти свободный участок пор дка 30 х 30 или 50 х 50 мкм между элементами интегральной схемы, например, в районе контактных площадок .

К достоинствам предлагаемых структур следует отнести и то, что, благодар  наличию окон в вышележащих сло х , при анализе причин брака или

отказов можно обойтись без послойного травлени , тем более, что оно не всегда приводит к успеху в св зи, с тем что дефектное место травитс  по другим законам, чем бездефектное.Это позволит более точно определить случаен ли дефект, приведший к браку или отказу, или он был обусловлен одним из неудачно проведенных техпроцессов ,

Как и в случае обычных тестовых структур, предлагаемые микроструктуры не требуют специального времени дл  изготовлени : они включаютс  в топологический чертеж интегральной схемы и изготавливаютс  фотолитографией одновременно с самой интегральной схемой.

Технико-экономическа  эффективность от внедрени  в отрасли предлагаемого изобретени  дл  микросхем с большой степенью интеграции буДет сравнима с тем эффектом, который дало внедрение обычных тестовых структур дл  интегральных схем вообще.

Фиг.Ъ

Claims (1)

1. ПОЛУПРОВОДНИКОВАЯ ТЕСТОВАЯ МИКРОСТРУКТУРА ДЛЯ ИНТЕГРАЛЬНОЙ СХЕМЫ, содержащая полупроводниковую подложку, последовательно расположенные на ней диэлектрические и проводящие слои, повторяющие структуру интегральной схемы, отличающая-** с я тем, что, с целью повышения точности технологического контроля микрогеометрии элементов слоев интегральных схем, она выполнена так, что одна часть этой структуры воспроизводит геометрию диэлектрических и проводящих слоев, рабочего участка интегральной схемы, а другая часть представляет собой выступающие друг из-под друга мйкроучастки контролируемых слоев, образующих рабочий участок, заканчивающиеся торцами, выполненными перпендикулярно подложке и боковым поверхностям плёнок, образующих ступеньки для вышележащих пленок, и позволяющими визуализировать профили травления и толщины пленок на участках, прикрытых на интегральной схеме вышележащими слоями.