CC BY
57
удк
Розглянуто структуру тестового контролю (ТК) mехнологiчно-го процесу формування структур великих ттегральних схем, сформо-ват задачi ТК, проведена класифi-кащя тестових структур, наведе-ш приклади тестових кристалiв та способи гх застосування
МОДЕЛЮВАННЯ СУБМ1КРОННО1 ТА НАНОТЕХНОЛОГ1Й НА ОСНОВ1 ТЕСТОВИХ СТРУКТУР
С.П. Новосядлий
Доктор техычних наук, професор*
В.М. Вивчарук
Астрант*
Контактний тел.: 8 (0342) 59-84-07, 8(067) 342-07-81
e-mail: [email protected]
С.М. Вертепний
Астрант* e-mail: [email protected] *Кафедра «Радюфiзики та електрошки» Прикарпатський нацюнальний ушверситет iM. В.Стефаника вул. Шевченко, 57, м. 1вано-Франмвськ, УкраТна, 76000
1. Вступ
Шдвищення степенi iнтеграцii великих штеграль-них схем (В1С) вимагае удосконалення технологи формування субмжронних та наноструктур, и опе-рацiйного моделювання та автоматизованого контролю електрофiзичних параметрiв для визначення конструкторсько-технологiчних обмежень (КТО) про-ектних норм. Це устшно може бути реалiзовано з використанням тестових структур (ТС). Дана стат-тя визначае обласп застосування тестових структур, методи обробки i аналiзу результатiв тестового контролю, моделювання та оптимiзацiю технологiчних процесiв формування шаруватих структур. Вперше в колишньому СРСР тестовий контроль був реалiзо-ваний на ВАТ "Родон", де в 1986 р. була оргашзована галузева лабораторiя тестового контролю структур штегральних схем i були закладеш основнi положення ТК в електроннш промисловостi СРСР.
2. Застосування ТС для контролю технолопчного процесу
Контроль на 0CH0Bi ТС може використовуватись на Bcix етапах створення В1С (проектування елемент-
ноi бази i технологiчних маршрутiв, вiдпрацювання технологiчних режимiв i операцiй, оцiнка параметрiв В1С, органiзацiя операцiйного тестового контролю, встановлення кореляцшних зв'язкiв, аналiз стiйкостi технолопчного процесу, прогнозування надшносп). У ввдповвдноси з цим можна видiлити п'ять основних задач, що виршують за допомогою тестового контролю, яю приведенi в табл.1. Тут також подано призначення ТС, яю використовують для збору та обробки стати-стичних даних на етапах проектування, розробки i виготовлення В1С.
На етат топологiчного проектування необхiдно провести обгрунтування норм та допусюв на розмiри елементiв, зазори мiж елементами, точшсть сумiщених топологiчних шарiв, тополопчне розмiщення елемен-тiв та iх орiентацiю один вiдносно одного, оптималь-ний маршрут формування топологii структури В1С з режимами технологiчних операцш.
На етапi схемотехнiчного моделювання необхщно вже мати вихiднi данi для розрахунку характеристик приладiв i вузлiв схеми, iх узгодження. Ця шформащя може бути отримана за рахунок вимiрювання характеристик i параметрiв ТС, виготовлених в единому маршрут з використанням лiтографii i технолопчних обробок в процесах, якi е вщповщальними за формування функцiональноi схеми (ФС) В1С.
Основы задачi тестового контролю
№ п/п Етапи ТК Призначення ТС, ¡х характеристики, параметри Примiтка
1. Проектування топологи великих штегральних схем -визначення електрофiзичних параметрiв матерiалу i елементiв В1С; -визначення проектних норм на електричш i топологiчнi параметри елемен™ В1С; -вибiр схемотехнiчних ршень фрагментiв В1С; -встановлення КТО i допускiв; -моделювання i дослiдження окремих фiзичних ефектiв в структурах; -логiчне проектування i моделювання В1С; -визначення меж масштабування елементiв структур В1С; використовуеться пакет програм TCAD, PSPICE, CADENCE, OTTO
2. Проектування технолопчного маршруту формування структур В1С -визначення електрофiзичних параметрiв ТС; -вiдпрацювання режимiв окремих тех. операцiй; -визначення оптимальних констр.-техн. норм; -аналiз основних дефекйв ТС; -оцiнка вiдтворюваностi i стабiльностi тех. процесу формування структур i окремих операдiй; -встановлення граничних можливостей тех. процесу формування структур; -встановлення критерй'в вибору ТС i проектування тестового модуля для фотошаблошв; використовуються статистичш методи
3. Автоматизований статистичний контроль тех. процесу з використанням тестерiв -контроль технолопчних проектних норм; -пооперацiйний контроль ТО i ¡х критерй виконання; -оцшка характеристик роботи обладнання i операторiв; -прогнозування виходу придатних i надшност за характеристиками ТК; -аналiз ТО та режимiв формування структур; -спiвставлення виходу придатних структур В1С з розподiлом параметрiв ТС; -статистична обробка параметрiв (закон розподшу, дисперсiя, середне); -побудова графтв, гiстограм, таблиць, кореляцiй; використовуються програма тестера
4. Статистичний анашз i регулювання тех. процесу формування структур -встановлення кореляцшних зв'язкiв параметрiв ТС з характеристиками режимiв ТО i виходом придатних; -визначення захованих механiзмiв формування множини вимiрюваних параметрiв; -дослiдження групи параметрiв ТС iз стiйкими статистичними зв'язками (кореляцiйнi плеяди); -побудова регресивних моделей зв'язку параметрiв ТС з вихщними параметрами В1С; -графiчне представлення статистично!' шформацй, й динамiки в час та динамiчного дiапазону; -аналiз i прийняття рiшень по корегуванш та управлшню тех. процесом формування структур В1С; -аналiз i прийняття ршень по статистичному регулюванню тех. процесу для забезпечення як виходу придатних, так i надшноси; використовуються програма тестера
5. Оцiнка надшност структур В1С та дослiдження механiзмiв пооперацiйних вiдмов в технологiчному маршрут -дослiдження, аналiз вiдмов, встановлення механiзмiв дефектiв ТС; -ствставлення всiх даних по параметрам ТС на рiзних операцiях тех. маршруту; -побудова кругових дiаграм розподiлу основних видiв дефек™; -визначення переважаючих дефектiв на пластинах iз структурами з мiнiмальним та максимальним виходом придатних; -прискорення випробувань на надшшсть i встановлення головних прискорюючих факторiв; -розробка експресних методiв оцшки надшноси; -побудова статистичних моделей механiзмiв пооперадiйних вiдмов; -визначення вихiдного приймального контролю за параметрами ТС; -оцiнка впливу конструктивних, схемотехшчних рiшень на показники надшноси; -прогнозування надшност структур В1С на основi ТС i встановлення часових критерйв; використовуються анал^ичш фiзико-хiмiчнi методи aHa^i3y
При моделюванш тополопчних елементiв та при-ладних структур результати контролю параметрiв ТС використовуються для встановлення технолопчних та схемотехнiчних зв'язкiв мiж ввдхиленнями електро-фiзичних параметрiв структури вщ заданих та змiною режимiв технолопчних операцiй (ТО) для прогнозу-вання виходу придатних i надiйностi.
Даш, отримаш в результатi контролю параметрiв ТС на етапi проектування, дозволяють вщкорегувати проектнi норми КТО, уточнити технолопчний маршрут формування структури, ощнити необхiднi характеристики i параметри спецiального технологiчного обладнання.
На етапi проектування технологiчного маршруту застосовують ТС, яю дозволяють вимiрювати параметри технолопчних шарiв, оцiнити стабiльнiсть роботи технолопчного обладнання та проводити аналiз над-iйностi ще на стади формування структур В1С. На цьому етат необхiдний набiр статистичних даних про вщтворювашсть параметрiв ТС, розпод^ дефектiв ТС для оцiнки впливу технолопчних факторiв на придат-шсть вузлiв В1С. По мiрi накопичення статистичноi iнформацii та збiльшення степеш технологiчностi виз-начаеться об'ем контролю, його перюдичшсть, а також встановлюються оптимальш значення параметрiв ТС, при яких досягаеться максимальний вихщ придатних та надшшсть.
Для формування вибiрки великого об'ему, дощль-но спочатку використати пластини, що мiстять ильки ТС, а потiм вже пластини iз структурами В1С i ТС в одному фотолiтографiчному модулi. При такому тд-ходi забезпечуеться об'ем шформаци, який дозволяе оптимiзувати номенклатуру i виключити малошфор-мативнi елементи ТС. Таю задачi можуть бути вирь шенi методом факторного планування експерименту; при цьому рiвень налаштування i точнiсть виконання ТО встановлюеться за електрофiзичними параметрами елеменив ТС, а iнтегральнi показники якоси ТП - за виходом придатних. Проектування технолопчного процесу закшчуеться вибором таких елеменив та параметрiв ТС, пiдтримка яких у визначених межах забезпечуе стабшьну вiдтворюванiсть ТО.
На етат статистичного контролю i аналiзу ТП проводиться обробка мiжоперацiйного статистичного причинного аналiзу взаемозв'язюв дослiджуваних параметрiв ТС i структур В1С в умовах низького, середнього i високого виходу придатних. Параметри ТС повинш характеризувати рiвень налаштування i точнiсть виконання окремих прецизшних ТО; розпо-дiл дефектностi по пластиш i вiдображати '¿х стати-стичний взаемозв'язок з параметрами структури В1С. На цьому етапi виршуються також задачi визначення технологiчних обмежень i норм для контролю точносп кожно' ТО, направленi на забезпечення високого виходу придатних i надiйностi.
В ролi iнструмента дослвдження використовуеться пластина-супутник, яка проходить весь технолопчний цикл разом iз робочою париею. На нiй формуються ТК ильки з тестовими структурами, якими вона повшстю заповнюеться. Така пластина-супутник служить для ощнки тiеi робочо' партii, в складi яко' вона пройшла весь технологiчний маршрут (ТМ).
В умовах автоматизованого статистичного контролю i аналiзу ТП в реальному масштабi часу найбiльш
придатним BapiaHTOM е рiвномiрний друк 3-5 високо-iнфоpмaтивних тестових кpистaлiв, яю мiстять cothî i тисячi piзних тестових елементiв в робочу пластину (так званий метод конверта). В цьому випадку зберта-еться корелящя мiж параметрами ТС i структурою В1С; з'являеться можливiсть оцiнки однорщноси pозподiлу пapaметpiв ТС в межах pобочоï пластини i сaмоï парти, а вимipювaння ïx пapaметpiв проводяться одночасно i3 пеpевipкою пapaметpiв i функщонування кpистaлiв структур В1С на однш бaгaтозондовiй устaновцi.
Для вивчення технолопчних маршруив i окремих операцш запропоновано два типи ТС [1,2]. Перший призначений для ощнки стаб^ьноси, налаштування i aнaлiзу дефектiв, другий - для атестаци технолопч-них процеав, дослiдження обладнання, моделювання виходу придатних та aнaлiзу опеpaцiйноï дефектность На основi методологи атестацп технологи i обладнання запропонований метод, для pеaлiзaцiï якого необхвдно проведення експерименив, що представляеться у ви-глядi мaтpицi {К,р,о}, де К - критерш оцiнки, р - технолопчний режим, о - число одиниць обладнання. В основi aнaлiзу покладено вивчення форм поверхневих вщгуюв i pозpивiв на тiй же поверхш, якi пов'язaнi ви-падковими дефектами. При проведенш експеpиментiв в роботу обладнання вносяться контpолюючi вщхи-лення. За результатами експерименту встановлюеться оптимальна форма поверхш вщгуку i вплив вщхилень технологи на ïï вигляд, визначаються виxiднi дaнi для розробки моделi теxнологiчного процесу формування структур В1С [3,6].
Експерименти проводяться при виконанш наступ-них умов:
- в перюд проведення експерименту технолопчне обладнання не повинно регулюватись;
- оpiентaцiя пластин в об'емi обладнання повинна бути строго визначеною;
- ТС повинна формуватись в единому технолопч-ному циклц
- ТЕ повинш iмiтувaти особливостi елементноï бази структури В1С;
- необxiднa нaявнiсть 2-ох типiв ТС: одиничнi елементи i групи одиничних елеменив, з'еднаних пара-лельно чи послiдовно.
Зaдaчi по оцiнцi нaдiйностi не пов'язаш безпосе-редньо з упpaвлiнням ТП, i ïx призначення полягае в пошуку ненaдiйниx компонентiв В1С, отримання ста-тистичноï iнфоpмaцiï про показник надшноси та його часову динамжу i визначення оптимальних конструк-торсько-технолопчних норм проектування. ТС високоï надшноси будують на основi багатофакторного повто-рення фpaгментiв в структурних шарах В1С з piзними масштабними коефвдентами [1,3,9]. Констpукцiï ТС, ïx pозмipи, взаемне pозмiщення повиннi забезпечува-ти вщображення критичних конструкторсько-техно-логiчниx характеристик елеменив В1С i ймовipнiсть виникнення дефекив як i в реальних елементах схеми. На основi статистичних результаив прискорених ви-пробувань на надшшсть та встановлення основних меxaнiзмiв вщмови може проводитись корегування i удосконалення елементноï бази, конструкци, топологи технолопчних процеив формування структур В1С.
За результатами контролю пapaметpiв ТС можна визначати не ильки яюсть виготовлення В1С, але i оптимальшсть pежимiв роботи обладнання, стaбiль-
Контролююч1 технолог1чн1 операци формування структур В1С
Окисл- дифуз процеси Газо фазнi процеси Гетернi процеси Затворне оксидування Mеталiзацiя i багаторiвнева розводка 1онне легування Прецизiйна лiтографiя Плазмохiмiчне осадження i травлення Заданi вимiрювання Прискоренi випробування
Струми втрат поверх шар1в
Параметри розводки i метал1зацп
Параметри
дiелектричних
шарiв
Зарядовий стан Si-SiO2
Вплив
рельефу
структури
Параметри
оксидних
шарiв
Параметри
дифуз
шарiв
Параметри
iмплантат
шарiв
Eлектролiз параметри ТС
Конструкторсько технолог обмеження проектних норм
Автоматизований вим1рювальний комплекс
Автоматизоване робоче м1сце (Тестер Т4503
Область прийняття р1шень
Автоматизоване робоче м1сце технолога на ПК
Багатофункц. Тестер АТК-TEST
Сервер кристального модуля
Сервер СКТБ
П1дсистема статичного анал1зу
• Попередня обробка i
анал1з даних
• Виключення
аномальностей
• Кореляц1йний анал!з
• Функц1ональн1 та
числов1 параметри
розподшт
• Множинна л1н1йна
регрес1я
• Пол1ном1альна регрес1я
• Крокова регрес1я
• Побудова математичних
моделей
Рисунок 1 Оргашзацшна структура тестового контролю технолопчного процесу формування структур В1С
шсть ТО i мiкроклiмату. Пiсля завершення технолопчного циклу ТС також використовують для про-ведення випробувань на довговiчнiсть, клiматичну стабiльнiсть i радiацiйну стiйкiсть.
Для практично! реалiзацii вище перерахованих задач пропонуеться наступна оргашзацшна структура контролю ТП на основi тестера, що керуеться ПК та пакету прикладних програм по статистичному аналь зу (рис.1), яка побудована на основi результапв робгг [3,6,9].
Принципи роботи пiдсистеми статистичного ана-лiзу в такiй оргашзацшнш структурi наступнi. На етапi мiжоперацiйного i фiнiшного контролю ТС про-водяться вимiрювання параметрiв ТС в заданш партii пластин iз структурами В1С i формування вихiдних статистичних даних в пам'ять ПК. Поим спрацьо-вуе тдсистема статистичного аналiзу i проводиться статистична обробка даних з видачею вiдповiдного протоколу, який визначае необхщшсть корегування режимiв технолопчних операцiй. Для виконання всiх процедур тестового контролю нами використовува-лись тестери Т-4503 та AUK-TEST та вщповвдне про-грамне забезпечення.
Такий автоматизований технолопчний контроль з використанням ТС дозволив оперативно керувати технологiчними процесами формування структур, що дало змогу вихщ придатних зб^ьшити у 2-3 рази, а надшшсть вивести на рiвень (3-7) р.р.т.
3. Класифiкацiя тестових структур субмжронно! технологи В1С
ТС можна класифжувати за наступними характеристиками: призначення, тип вплив1в (електричш, оптичш, рад1ац1йи1, магштш) число контролюючих параметр1в, чутливють до окремих етатв ТМ, розд1ль-иа здатшсть лггографп 1 плазмохiмi¡.
За призиачеииям ТС подшяють на параметричиi та фуикцюиальш, кожиi iз яких мають певие число свош коиструктивиих, топологiчиих та схемотехшчиих реа-лiзацiй (табл.2).
3.1. Параметричш ТС призиачеиi для дослщження фiзичиих параметрiв ТС, якi щеитифжують компо-иеити В1С таких як геометричш розмiри топологiчиих елемеитiв, питомий поверхиевий отр шарiв, коицеи-трацшш профiлi, опiр розводки та металiзацi¡ верх-иього рiвия, питомий отр силщидних (полiцидиих) коитактiв. Конструктивно воии можуть реалiзовува-тись у виглядi рiзиих поверхиевих резисторiв, зустрiч-но-штиревих лiиiй, групових коитактiв.
3.2. Функцюнальш ТС призначеш для дослщжеи-ия фуикцюиальиих властивостей компоиеитiв В1С або для контролю придатноси окремих фрагмеиив В1С пiсля завершения техиологiчиого циклу. Конструктивно воии виконуються у виглядi траизисторiв рiзиих коифiгурацiй з рiзними иосiями зарядiв, юль-цевих генераторiв, рiзиих логiчиих елемеитiв, дифе-
КласифкаЩя тестових структур
№ п/п Основш типи ТС Призначення ТС
1 2 3
I. Параметричш ТС
1. Проси дифузшш резистори Контроль якост дифузи, iмплантацii, фотол^ографи
2. Проси тонкоплiвковi резистори Контроль якостi тонкоплiвкових шарiв
3. Резистивш структури типу грецького хреста Контроль якост формування провiдних шарiв
4. Комбшоваш резистивш структури типу хрест-мют Контроль якост формування провiдних шарiв i фотол^ографи на них
5. Спещальш резистивш структури для вимipюювaння pозмipниx вщхилень Контроль якост фотол^ографи та розмiрiв тестових елеменпв
6. Контактш хрести Контроль якостi формування контактних вжон, контактiв i 'х вскриття
7. Ланки контакта типу меавд^в Контроль багаторозмiрних контактiв
8. Резистори у виглядi довгих шин, що перетинають сходинки окиошв, пiдшapiв Контроль дефектiв фотол^ографй, дифузи, iмплантацii та меташзаци
9. МОН-конденсатори над piзними областями Контроль якост пiд затворного дiелектрика, мiжшаровоi iзоляцii, зарядового стану Si-SiO2
10. Матриця МОН-конденсaтоpiв Контроль дефектносл i електрично' мiцностi тдзатворного дiелектрика
11. Структури для в1зуального контролю Контроль дефектiв окислення, дифузй, iмплантацii, фотолiтографii, розмiру елементiв
12. Спецiaльнi структури для анаштичного фiзико-xiмiчного aнaлiзу Контроль концентрацш домiшок, термомеханiчних напружень, фазового складу шарiв, оптичних параметрiв
13. Структури для визначення роздшьно!' здaтностi фотошaблонiв i фотол^ографи, точностi сумiщення Контроль конструкторсько-технолопчних обмежень проектних норм
14. Структура для контролю стану дiелектpичниx шapiв Контроль зарядового стану поверхш шарiв
II. Функцюнальш ТС
1. Бшолярш транзистори р1зного типу та геометрй Контроль якост основних теxнологiчниx опеpaдiй бшолярно!' технологи
2. МОН-транзистори р1зного типу та геометрй Контроль якост основних теxнологiчниx операцш МОН i К-МОН-теxнологiй
3. р-п-переходи та дюди Шоттю Контроль генерацшно-рекомбшацшних пpоцесiв, контроль iнжекцiйниx процеав
4. Матриця МОН-транзистор1в, диференщальш пари Контроль випадкових дефектiв, дрейф зарядового стану
5. Матриця бшолярних транзистор1в, супер-бета-транзистор1в, комплементарна пара, схема Дарлшгтона, струмове дзеркало Контроль генерацшно-рекомбшацшних процеав, контроль шжекцшних процеав
6. Ланка д1од1в р1зно1 геометрй Контроль якост p-n-пеpеxодiв, визначення m-фактора
7. Кшьцевий генератор Контроль функцiонувaння фрагмента В1С (вузлiв, кaскaдiв)
8. Ланки послщовного 1 паралельного з'еднання ¡нвертор1в (схеми 1-НЕ, АБО-НЕ), тригери Швидкодiя лопчних елементiв
9. Транзистори вихщних каска^1в (комплементарш пари) Пiдсилювaльнi та iмпульснi параметри
10. МОН-транзистори з нанометровою товщиною тдзатворного д1електрика Порогова напруга, надпорогов1 тунельнi струми
11. Резонансно-тунельш дюди та транзистори Параметри i характеристики
12. Тестова структура Холла Параметри та характеристики
13. МОН-транзистори ¡з полiSi та полщидним затвором Порогова напруга i крутизна
ренщальних та тдсилювальних кaскaдiв, тригерних схем i виконують роль тестових елеменив для контролю pекомбiнaцiï та часу життя носив заряду, концен-трацшних пpофiлiв, динaмiчниx характеристик.
З точки зору виконаних функцш виршення задач тестового контролю виконуеться з використанням оптимaльноï кiлькостi ТЕ: для визначення пapaметpiв компонентiв елементноï бази структур В1С, пеpевip-ки правильноси визначення проектних норм КТО, aнaлiзу характеристик ТО i ТП, aнaлiзу структурних
дефектiв, оцiнки електpофiзичниx та електричних пapaметpiв структур В1С, ощнки та дiaгностувaння нaдiйностi.
3.3. ТС для визначення пapaметpiв компонентiв еле-ментноï бази В1С використовуеться для фiзико-теxноло-гiчного моделювання, контролю електpофiзичниx пара-метpiв (товщина окисла, piвнi легування, поверхневий опip, пpобивнi напруги та струми втрат, густини поверх-невих сташв, зарядового piвня мiжфaзноï межi), оцiнки вiдтвоpювaностi. Тут прикладами тестових структур е:
-тестовi транзистори, на яких проводяться вимь рювання порогово¡ напруги, коефiцiента тдсилення, крутизни характеристик, пробивних напруг (рис.2).
Рисунок 2. ТС для оцшки пробивноТ напруги
Процес визначення параметрiв передбачае побудо-ву моделi транзисторiв в лiнiйнiй областi або в обласп насичення;
-резистори i конденсатори, ви]шрювання на яких дозволяе визначити характеристики металевих з'ед-нань: опору, емносп, струму, втрат, напруги пробою (рис.3).
Рисунок 3. ТС конденсатора для операцшного шдсилювача
-модифiкацiя мостових резистивних схем (грець-кий хрест, квадратний хрест, скомпенсований ква-дратний хрест) для оцшки питомого поверхневого опору областей i просторово¡ однорщносп легування, провщних i епiтаксiйних шарiв за емтричною формулою Ван-дер-Пау (ВДП):
Rs = (п/1д2)(Ди/1) (1)
Дану тестову структуру представляе рис.4.
Рисунок 4. Скомпенсований квадратний хрест як ТС для оцшки однорщносп дифузшного чи iмплантацiйного легування
3.4. ТС для перевiрки правильностi тополопчних проектних норм використовують для контролю шири-ни лiнiй та перевiрки якостi сумiщення топологiчних шарiв, а також для оцшки характеристик лiтографiч-ного обладнання. Прикладами тестових структур цьо-го типу можуть бути:
-хрестоподiбнi мостиковi резистори, за допомогою яких вимiрюеться фiзична ширина елеменпв i ¡¡ вщхи-лення вщ заданих розмiрiв, що представляе рис.5.
а) б)
Рисунок 5. ТС для оцшки (вимiрювання) ширини лшп i зазору мiж елементами.
-ланки контактiв або резисторiв з гребiнковою структурою, якi використовують для вимiрювання мiжелементних зазорiв (рис.6)
Рисунок 6. Зазор резистивноТ маски ^=0,3 мкм) субм^ронноТ структури.
-спещальш фiгури для оптичного контролю роз-дiльно¡ здатностi проекцiйно¡ лiтографi¡ (рис.7)
Рисунок 7. ТС для перевiрки ампл^удно-фазозсувних ПФО проекцшноТ л^ографп
-яюсть фотолiтографiчних процесiв е визначаль-ною для отримання параметрiв активних елеменпв i визначаеться роздiльною здатнiстю фоторезисту та ашзотропним проявлениям i плазмохiмiчним травлениям (рис.8);
/ /Д * [
I \ / .(■ л / ' Г
■ # А ■ . I • I
1 \ ••• л ч У
ч 1 & I I /V г
? $ 1-У / а: ь • / ,
> | , М I \ 1 }
' ч V
■V
Рисунок 8. Позитивний рельеф в плiвцi позитивного речисту ФП-051МК, сформований кисневим плазмовим ашзотропним проявленням
3.5. ТС для аналiзу характеристик ТП викори-стовуеться для контролю характеристик металевих, дифузшних i полiкремнiевих шин, пiдзатворного дь електрика, мiжшаровоi iзоляцii, фотолiтографii, ди-фузп, iонноi iмплантацii, якi дозволяють встановити взаемозв'язки мiж електрофiзичними i конструктив-ними параметрами елементiв В1С та режимами ТО. Прикладами таких структур можуть бути:
-хрестоподiбний мостиковий резистор для визна-чення поверхневого опору та ширини лшш;
-контактнi резистори для визначення опору метал-кремнш i метал-полiкремнiй (полiцид);
-тестовi елементи для ощнки якостi вскриття мiж-шаровоi iзоляцii, формування конформного осаджен-ня полiкремнiю (полiциду) та його окислення (рис.9);
Рисунок 9. ТС для оцшки вскриття мiжшаровоT iзоляцN ФСС та формування в нш конформного полi кремнiевого контакту
-МОН-конденсатори для визначення товщини окисла, густини зарядових сташв на межi Si-SiO2, напруги плоских зон та рiвня легування напiвпровiдника;
-тестовi дiоди рiзних конфiгурацiй, на яких вимь рюють струми втрат i пробивнi напруги;
-резистори спецiальноi конструкцii для ощнки точност мiжшарового сумiщення топологiчних шарiв структури (захований контакт);
-МОН-транзистори, за допомогою яких визначають профiлi легування, порогову напругу i ii дрейф, елек-тричну мщшсть пiдзатворного дiелектрика та рухли-вкть носiiв заряду в каналi.
За допомогою ТС вiдпрацьовуються принципи масштабування для збiльшення степенi iнтеграцii та виходу придатних. Ця технолопя була нами вперше реалiзована на калькуляторних схемах серш с. КМ5 i дозволила за два прийоми масштабування довести вихiд придатних структур В1С до 65-75%, а розмiр кри-сталу довести до рiвня 2,8-3,2мм2 на 15-ти варiантах калькуляторiв.
В загальному виглядi вплив коефiцiентiв масштабування К на характеристики активних елеменив i '¿х з'еднань подаш в табл. 3[1].
Таблиця 3
Лшшне масштабування параметрiв МОН-транзистора
№ п/п Параметры Коефщент мясштябувяння
1 Розм1ри Г^ТДОТ 1,Х1,ВД,Н1,Т.П К
2 Няпругя живлення Идж К
3 Електричне поле и прилял1 Е 1
4 Пороговя няпругя ИТ К
5 Ртень легування Sl-пlлклялки Ып К -1
6 Струм живлення, I К
7 См'нють затвора, С К
8 Час переключення ЛЕт К
9 Потужт'слъ розсювяння ЛЕ, Р К2
10 Густиня вил1.ляючо1 потужносп Р/У К -1
11. " Отр струмопровщних дор1жок R=pLi/WiHi К-1
12. Постшна затримки для струмових лор1'жок 1
13 Густиня струму в з'едняннях К -1
Проте, при переходi в субмiкронний дiапазон топо-логiчних розмiрiв структур В1С лiнiйнiсть масштабування порушуеться. Особливо це вщноситься до ме-талевоi розводки верхнього рiвня, яка ввдповщае всiм вимогам непропорцiйного масштабування. Ефектив-нiсть використання методу непропорцiйного масштабування в порiвняннi з прямим приведена в табл. 4.
3.6. ТС для аналiзу структурних дефекив вико-ристовуеться для виявлення випадкових фiзичних дефектiв на площi структури кристалу. Прикладом таких ТС можуть бути: меандроподiбнi резистори для аналiзу сущльноси металевих дорiжок на рельефнш поверхнi, гребiнковi резистори для визначення зако-рочень i обривiв та зазорiв мiж провiдниками, МОН-конденсатори i транзистори. На рис. 10 а i б подано структуру алюмiнiевого сплаву АК-1(а) та силiциду (б), як використовують для металiзацii верхнього рiв-ня розводки структур В1С.
Рисунок 10. а) структура алюмiнiевого сплаву АК-1; б) структура силiциду TiSi2.
Для контролю стiйкостi структур В1С до параме-тричних вщмов, оцiнка неоднорiдностi розподiлу де-фектiв по площi кристалу визначаеться за допомогою диференщальних ТС (ДТС). Для цього використо-вуеться будь-яка диференщальна пара транзисторiв: бiполярних чи польових.
Порiвняльна характеристика методiв масштабування
Основн1 параметры Меж1 зм1ни параметр1в
Л1н1йне масштабування Непропорц1йне масштабування
Елементи конструкц1'1 В1С -площа кристалу -довжина каналу Зменшуеться в К2 раз Зменшуеться в К раз Зменшуеться в К2 раз Зменшуеться виб1рково в К раз Не змшюеться
-порогова напруга -розм1ри елемент1в Зменшуеться в К раз Зменшуеться в К раз Зменшуеться виб1рково в К раз Практично не змшюеться Зменшуеться виб1рково в К раз
-товщина п1дзатворного д1електрика Зменшуеться в К раз Не змшюеться
-отр комутацшних шин Не змшюеться
-концентрацlя дом1шки Зменшуеться в К раз
Параметри -елементна база Нова схемотехшка Практично не змшюеться
структур В1С -функцюнальна скла,дн1сть -продуктивн1сть -напруга живлення Зб1льшуеться в N раз Зб1льшуеться в К3 раз Зменшуеться Зб1льшуеться в N раз Зб1льшуеться в 4К раз Не змшюеться
-лопчн1 р1вн1 «1» в К раз Не змшюеться
-швидкод1я -споживана потужн1сть -зава,дост1йк1сть -в1дношення сигнал/шум -застосування в стандартних засобах цифрово'1 та аналогово'1 техн1ки Зменшуеться в К раз Зб1льшуеться в К раз Зменшуеться в К2 раз Зменшуеться Зменшуеться Виключаеться Зб1льшуеться в 2К раз Зменшуеться в 2К раз Зб1льшуеться Зб1льшуеться Збер1гаеться
3.7. ТС для оцшки електричиих параметрiв структур В1С використовують для отримаиия шформацп про придатшсть в статичному та дииамiчиому режимах вузлiв i блокiв, як1 характеризують фуикцiоиальиу придатиiсть В1С та технолопчшсть процесу формуваи-ия структур в щлому.
Прикладами для таких ТС можуть бути: швертори i логiчиi елемеити, якi використовуються для визиа-чеиия порогу переключения, коефщ1еита пiдсилеиия, споживаио¡ потужиостi; кiльцевi геиератори - для вимiрювання частоти переключения та часу затримки, як1 визиачають швидкод1ю; пристро¡ пам'ятi для контролю випадкових дефект1в иа плошд кристалу. Зви-чайио, як ТС вибирають иайб1льш важливий фуикц1-оиальиий вузол (пристрш), що визиачае швидкод1ю, завадостiйкiсть, температуриу стабiльиiсть.
3.8. ТС для аналiзу иадiйиостi иа стадп формуваи-ия структур В1С використовують для прогиозуваиия к1льк1сиих показиикiв иадшиост1 В1С та встаиовлеи-ия осиовиих механiзмiв вiдмов. Iиформацiю отриму-ють шляхом фжсацп i аиалiзу змши параметрiв ТС пiд дiею таких впливiв, як пiдвишеиа температура, иапруга живлеиия, споживаш струми, вологiсть та термоцикли i радiацiйие опромiиеиия (-частииками). Прикладами таких ТС можуть бути: гребiнковi або меаидровi резистори для аналiзу корозiйиих та елек-тром1грац1йиих процесiв; супер-бета-траизистори, якi визиачають рiвень геиерацiйио-рекомбiиацiйиих про-цесiв через т-фактор: МОН-траизистори, сформоваиi иа рiзиих товщинах дiелектрикiв, якi визиачають ту-иельш та иадпороговi струми; ТЕ для контролю стаиу поверхш дiелектрикiв; ТЕ для визиачеиия зарядового стаиу Si-SiО2 иа основi зсуву iмпульсиих С^характе-ристик; ТЕ для визиачеиия рухливост1 иосi¡в заряду в каиалi МОН-транзисторiв; вихiдиi каскади (вузли), якi визиачають тепловий отр В1С; ТС для визиачеиия
електрично¡ мiциостi пiдзатвориого дiелектрика, що визиачае радiацiйиу стiйкiсть до -опромшення.
4. Тестовi кристали як елементи статичного контролю i моделювання технологiчних процесiв формування структур В1С
Тестовий контроль в колишиьому СРСР вперше був реалiзований иа ВАТ «Родон» в 1986р. при про-ектуваииi та виготовлеииi структур 1С, як1 виготов-лялись за бшолярною, п-МОН, р-МОН, К-МОН-техио-логiями. Кожеи вид технологи мав свш набiр тестових компоиеитiв, якi об'едиувались в тестовi кристали. Це дало змогу тдвищити вихiд придатиих в 2-3 рази i до-сягти рiвня 65-80%. Для оргаиiзацi¡ та координацп ро-бiт по тестовому контролю у ВАТ «Родон» при в1дд1л1 головного технолога оргашзована галузева лаборато-рiя тестового контролю, яка i визиачала осиовиi засади в електроннш галузi колишиього СРСР.
Тестовi кристали формувались иа робочих пластинах паралельио з кристалами В1С i включали в себе рiзнi типи i коиструкцi¡ ТС, якi мають багато спiльиого з компонентами структур В1С.
Вибiр складу ТК визиачае розробку набору ТС та об'едиаиия ¡х в групи за призиачеииям. Для контролю б1льшост1 параметрiв В1С та стаидартиих ТО розро-блеио миожииу титв ТС, тому визиачеиия складу ТК можиа звести до вибору оптимального набору ТС iз ряду бiблiотечних [1,3,9].
Тополопю ТК сл1д розробляти, використовуючи мо-дульиий принцип коиструюваиия. При цьому тд модулем розум1ють деяку область ТК, де е група ТС щльово-го призиачеиия для вир1шеиия однiе¡ коикретио¡ задачi.
Тестовi кристали можуть бути ушверсальними (УТК), тобто включати повиий набiр ТС для контролю
уз
технолопчного процесу, або спецiалiзованi (СТК) за визначеним типом параметрiв технологiчного процесу формування структур В1С[3]. Спецiалiзованi ТК мо-жуть входити до складу УТК в ролi певних блоюв. Так в УТК блочного типу NBS-16 для контролю К-МОН-тех-нологп входять 8 СТК, в тому числГ один для контролю фiзичних i оптичних дослiджень (см.табл.5). Загальний розмiр кристалу УТК К-МОН складае 6,35х6,35мм i мае 143 контактш площадки та 28 типiв тестових структур.
Даний тестовий кристал в рiзних варiацiях був нами використаний для тестового контролю структур В1С серш КР1830ВЕ48, КР1830ВМ48, К564, К1564, К1554. В тестовiй лабораторп було розроблено бГльше 10 тестових кристалiв тд рГзш технологiчнi процеси. Особливу увагу заслуговуе кристал NBS-12, який мь стить 640 контактних площадок i 140 рГзних тестових структур, електричноТзольованих одна ввд одно!, яю розмщуються в так званих модулях, яких може бути 10-12. Це робить тестовий кристал гнучким до рГзних варiантiв конструкцш i технологiй структур В1С.
При проектуваннi тестових кристалiв необхiдно враховувати конструктивш вимоги i обмеження з точки зору автоматизацп тестового контролю i ефектив-ного використання ТС рГзного призначення, а саме:
1. Конструкщя ТК повинна використовувати по-парно-рядне розмщення контактних площадок. Це дозволяе згортати ТС в бiблiотечнi елементи, яю збе-рiгаються в пам'ятi сервера.
2. При розробщ конструкцш структур кристалiв В1С i ТК необхвдно використовувати одш i т ж проектш норми (ТКО), щоб геометрГя ТС була максимально на-ближена до геометрп елементно! бази структури В1С.
3. Конструкщя ТС повинна бути такою, щоб тГльки критичш елементи були чутливГ до проектних топо-
лопчних норм.
4. В конструкцп ТК необхвдно виключати тдключен-ня рГзних ТС до загальних проввдних шин. Попарно-ряд-кове розмщення контактних площадок якраз i дозволяе
розмГстити так, щоб не було впливу одна на одну.
5. Для вимГрювання поверхневого опору i ширини лшш необхщно використовувати 4-х контактш рези-стори. Схема контактування Кельвша при вимГрю-ванш резисторГв i передбачае використання чотири контактних резистори, в яких струм пропускаеться через одну пару контактГв, а напруга зшмаеться з друго! пари. Це забезпечуе дуже високу точшсть вимГрювань.
6. При проектуванш ТК необхщно використовувати елементи, яю запобГгають виникненню паразитних поверхневих шверсшних каналГв. В цьому випадку використовують процес легування, який запобГгае швертуванню поверхш.
7. При конструюванш ТК необхщно враховувати фактори, як можуть приводити до деградацп ТС зов-шшшми чи внутрГшшми впливами.
8. Конструкщя ТК повинна бути налаштована тд контроль на пластиш за допомогою багатофункщо-нального автоматичного тестера типу AUK-TEST.
9. Тестовий кристал повинен бути оргашзований таким чином, щоб всГ ТС могли бути вимГряш одно-часно без переналадки зондово! головки. СамГ зонди не повинш вносити похибки в результати вимГрювань.
10. ТестовГ кристали повинш мати модульну структуру таку, щоб за допомогою тополопчно! шформацп, яка знаходиться в пам'ятГ ЕОМ, можна було б легко
скомпоиувати иовий тестовий кристал п1д модершзо-ваиий техиолог1чиий процес.
11. ТС повинш бути скоиструйоваш таким чииом, щоб воии займали мш1мальиу площу иа пластиш, а сам1 ТК розм1щувались иа пластии1 методом конверта.
12. Вим1рюваиия 1 статистичиа обробка даиих повинна бути простою 1 здшснюватись в реальному масштаб! часу з иаростаииям за м1сяць (розпод1л, середие значения параметра, дисперс1я, дефектшсть 1 вих1д придатиих).
Тестовий кристал модульного типу (рис.11) м1стить 8 модул1в (М1-М8) з одиаковим розм1щеииям коитак-тиих площадок для контролю технолопчного процесу виготовлеиия п-канальних МОН-структур (розм1р кристалу 5,0х4,65мм2, розм1р модуля 1,1х2,1мм2).
Рисунок 11. Тестовий кристал для моделювання п-
канальноТ МОН-технологiТ формування структур В1С
Призиачеиия кожиого 1з модул1в: М1 - контроль струм1в втрат м1ж пров1диими шарами в горизонтально площии1 1 контроль поверхиевого опору пров1диих шар1в; М2 - контроль поверхиевого опору пров1диих шин; М3 - в1зуальиий та електричиий контроль в1дходу геометричиих розм1р1в 1 роз сум1щеиия техиолог1чиих шар1в в процес1 фотол1тограф1чиих операц1й; М4 - контроль електроф1зичиих параметр1в тдкладки та МОН-траизистор1в р1зиого типу 1 коиф1гурац1й; М5 - контроль зарядового стаиу д1електрик1в 1 меж розд1лу техиолопч-иих шар1в, контроль дефектиост1 д1електричиих шар1в иа великш площ1 та великому периметр1; М6 - контроль дефектиост1 д1електричиих шар1в иа рельеф1 шляхом вим1рюваиия иапруг м1ж двома пров1диими шарами у вертикальиш площии1; М7 - контроль якост1 р-п-пере-ход1в за т-фактором та шляхом вим1рюваиия пробившл иапруги иа великш площ1 1 периметр1, контроль утвореи-ия «б1ло'! смуги» шляхом контролю порогово'! иапруги 1 струм1в втрат двох з'едиаиих траизистор1в з одиаковим сп1вв1диошеииям /L; М8 - контроль опору потршних коитакт1в, заховаиого контакту, контакту Al-poli-Si; А1 - дифуз1йи1 област1, Al-TiN-Si; контроль часу життя носив заряду для оцшки ефективиост1 гетер иих областей. Для цього використовуеться 61 тестова структура. Дуже високу ефектившсть показав цей модуль при формуван-и1 п-канальних схем пам'ят1 сер1й КР132РУ6,8,9.
Таким чином, задача конструювання тестового кри-сталу в загальиому вигляд1 озиачае оптим1зац1ю вибору иомеиклатури та числа шформацшних ТС, як1 дозволя-ють за результатами вим1рюваиь електроф1зичиих, геометричиих, структуриих параметр1в (фуикц1оиальиих шар1в 1 елемеит1в) проводити к1льк1сиу оц1ику р1вия вс1х ТО даиого маршруту формуваиия структур В1С. В табл..6 подаш електроф1зичи1, геометричи1 1 структури1 параметри ТС та методи ¡х вим1рюваиь (см.табл.6).
УТК для контролю К-МОН технолопчного процесу
п/п Позначення ТС Призначення ТС 1 основш технолог1чн1 параметри
1СТК Структури для вим1рювання опору 1 ширини л1н1й
1 NRES, PRES Оп1р 1 ширина р+ 1 п+-областей, шин пол1^ 1 р-кишен1;
2 POLYPRES, POLYNRES Оп1р квадратних площадок на р+ 1 п+-областях
3 POLYRES, PWELLRES-0,1 Для розрахунку числа квадрат1в по ширин1 1 опору шин пол1 кремшю; р-кишен1 для вим1рювання опору двох квадратних контактних площадок;
4 ALRES Оп1р квадрата 1 ефективна ширина алюм1н1евих шин;
5 CONTRES ALP-1,2,3 Оп1р контакту м1ж алюм1н1ем 1 р+-шаром, розм1ри конт. в1кон (КВ): 1х1, 3х3, 5х5, 7х7 мкм
6 CONTRESAL-R-1,2,3 Оп1р контакту м1ж алюм1н1ем 1 п+-шаром, розм1ри конт. в1кон (КВ): 1х1, 3х3, 5х5, 7х7 мкм
2СТК Структури для вим1рювання опору контакт1в
1 CONTRESAL POLY-1,2,3 Оп1р контакту м1ж алюм1н1ем 1 пол1^, розм1ри конт. в1кон: 0,5х0,5, 3х3, 1х1 мкм
2 CONTRESAL POLY-P-1,2,3 Оп1р контакту м1ж алюм1н1ем 1 пол1-Si в р-МОН транзисторах. розм1ри конт. в1кон: 0,5х0,5,3х3, 1х1 мкм
3 CONTRESAL POLY-N-1,2,3 Оп1р контакту м1ж алюм1н1ем 1 пол1^ в п-МОН транзисторах. розм1ри конт. в1кон: 0,5х0,5,3х3, 1х1 мкм
4 CONTRESAL PWELL Оп1р контакту м1ж алюм1н1ем 1 р-кишенею. Розм1ри конт. в1кон: 0,5х0,5, 3х3, 1х1 мкм
5 ROWAL-N-105,103 Оп1р контакту м1ж алюм1н1ем 1 п+-областю р-кишеш (6 ряд1в конт. в1кон 0,5х0,5, 3х3, 1х1 мкм)
6 ROWAL-P-105,103 Оп1р м1ж алюм1н1ем 1 р+-областю на Si-mдкладцi (6 ряд1в конт. в1кон 0,5х0,5, 1х1 мкм)
7 ROWAL-POLY-N-105,103 Оп1р м1ж Al 1 n+пол1-Si (6 ряд1в конт. в1кон 0,5х0,5, 1х1 мкм)
3СТК Структури для вим1рювання емност1 та струм1в втрат
1 CAP-31 Струм втрат р-п-переходу 1 конденсаторно¡ структури з окислом затвора 1 р-кишенею
2 CAP-32 Струм втрат конденсаторно¡ структури м1ж пол1^ окислом затвора 1 Si-mдкладкою
3 CAP-33 6мност1 п+р-переход1в 1 в1кна п1д п+р- 1 п--р+ час життя неосновних носив заряду
4 CAP-34 6мност1 р+п-переход1в 1 в1кна п1д п+р-. час життя неосновних носйв заряду.
5 MILLER CAP-N,P 6мност1 п- 1 р-МОН-транзистор1в
6 LEAKAL Р Струм втрат м1ж Al 1 р-областю в р-МОН транзистор^
7 LEAKAL SUB Струм втрат м1ж Al 1 п-областю в р-МОН транзистор1;
8 CAP-39 6мн1сть м1ж Al 1 нелегованим каналом МОН-транзистора;
9 CAP-310 бмшсть м1ж Al 1 легованим пол1-Si п+-типу
10 CAP-311 6мн1сть м1ж Al 1 легованим пол1^ р+-типу
4СТК Структури для вим1рювання пл1вок 1 в1дстан1 м1ж легованими областями
1 STEPCOV POLY-1,2,3 Оп1р пол1-Si шин шириною 1,3 1 5 мкм;
2 STEPCOV ALL-1,2,3 Оп1р пол1^ шин на Al шириною 1,3 мкм;
3 SEEP В1дстань м1ж р-кишенею 1 р+-областю ззовн1 кишен1;
4 SERN В1дстань м1ж р-кишенею 1 р+-областю всередин1 кишен1;
5 SOI Оп1р пол1-Si на окисл1 SiO2
5СТК Транзисторш структури
1 TRS-5111,51111 п-МОН-транзистори (ш/Ь=20/20, 5/5, 1/1);
2 TRS-5211,52111 р-МОН-транзистори (шД=20/20, 5/5, 1/1);
3 TRS-55 р- 1 п-МОН-транзистори з м1н1мальними проектними нормами ш/Ь=15/5, 5/1, 1/1
4 TRS-54 р- 1 п-МОН-транзистори з охоронними к1льцями ш^=15/5, 5/1, 1/1
5 TRS-56,510 Три р- 1 п-МОН-транзистори шД=15/80, 10/20, 1/80
6 TRS-57,511 Три р- 1 п-МОН-транзистори ш^=1/1, 4/4, 12/4
7 TRS-508,512 Три р- 1 п-МОН-транзистори ш/Ь=80/1, 80/5, 80/10
8 TRS-513 - 516 По два уншолярних обернен1 р- 1 п-МОН-транзистори ш/Ь=40/40, 40/10;
9 TRS-517,518,ПНПЗ Б1полярн1 п-р--п- (два типи) 1 р+-п+р-транзистори
10 TRS-519,520 р- 1 п-МОН-транзистори ш^=3/3, 1/1,
6СТК Д1одн1 структури
1 ZENER-1,2 Зенер1вськ1 д1оди на п+ 1 р+-областях кишен1 (ширина перекриття 2 1 1 мкм);
2 ZENER-3 Зенер1вськ1 д1оди на областях п+ 1 пол1^
3 TUNNEL-1 Тунельний д1од на п1д затворному д1електрику
у5
7СТК Динамчш структури
1 611NV-1,2,3,4,5 р- i п-канальт iнвертори ш/Ь=10/5, 5/5, 1/1.
2 62RING 15-розрядний кiльцевий генератор ю/Ь=15/5 з двома буферними каскадами ю/ L=27/5, 5/1
3 63RING 15-розрядний кiльцевий генератор ю/Ь=10/5 з двома буферними каскадами ю/ L=40/5, 8/1;
4 64RING 15-розрядний гальцевий генератор ю/L=5/5 з двома буферними каскадами ю/ L=14/5, 36/5;
5 65RING 15-розрядний гальцевий генератор ю^=15/1 з двома буферними каскадами ю/ L=40/5, 8/1;
6 3NOR, 3NAND 3-х входовi логiчнi елементи НЕ, АБО-НН;
7 69TG Передаючий ключ з двома р- i п-МОН-транзисторами ю/L=3/1
8 613LU-1,2,3 Три р- i п-МОН-транзистори для вимiрювання ефекту затухання
9 DYND-FF Динамiчний Д-триггер для динамiчних i електричних характеристик
10 CCD-1,2,3 Дво та трифазт ПЗС-структури з 38 передаючими затворами для аналiзу поверхневих сташв межi Si-SiO2;
8СТК Структури для фiзичних та оптичних рад1ацшних ви1шрювань
1 COVMOK PO, COV NKO Для пошарового сумiщення шарiв: окисел-полi-Si, контакти- rnMÍ-Si, Al- полi-Si р- кишеня-р+-маска.
2 PERMISSION Визначення роздшьно! здатностi процесу л^ографи для 8,10,14-шарiв
3 NEGREG-1 - 9 Мiтки вирiвнювання типу квадрайв при збiльшеннi 1,2,3,4,5,6,7,8,9;
4 CONTAKTS-1-18 Контактне вшно вiд 2х25 до 0,25x0,25 для визначення роздiльноi здатностi
5 PROFILE 1нвертор для вимiрювання теxнологiчного профiлю
6 ALTCN-1 - 5 Додатковi мижи вимiрювання типу хрест-хрест по восьми, десяти шарам
7 MEANDR-1,2,3 Отр rnMÍ-Si,p- i р+-шарiв типу меандра або (TAN)
8 LFET p--n+-p+ - структура в кишеш р-типу
9 CAP-411 бмтсть для вимiрювання концентрацшного профiлю за CV-характеристикою;
10 ELIPSOMETR-1,2,3 Структури для вимiрювання показникiв заломлення SiO2, Si3N4, SixOyNz
Таблиця 6
Параметри ТС i методи Тх вимiрювань
№, п/п Параметри ТС Дiапазон вимiрювань Методи вимiрювань
1 Електрофiзичнi параметри
1.1 Шаровий отр дифузшних та iмплантацiй них областей, рв,Ом/^ 1 - 2000 Горизонтальний, Ван-дер-Поу
1.2 Концентращя хiмiчного елемента в плiвцi ^х),см-3 1016 - 1021 Оже-спектроскотя, вторинна мас спектроскотя
1.3 Глибина залягання p-n-переходiв, мкм 0,1 - 10 Пошарове травлення, iмпульснi CV-характеристики, РЕМ, шар-шлiф;iнфрачервона спектроскопiя
1.4 Концентрацiйний профiль легування ^(х),см-3 1014 - 1022 Отр розтшання, iмпульснi CV-характеристики, вторинна мас спектроскотя
1.5 Початковий струм втрат р-п-переходу, io,мкА 0,01 - 0,1 Вольтамперт характеристики
1.6 Струм втрат при заданш напрузi змiщення, цмкА 0,001 - 0,1 Вольтампернi характеристики
1.7 Об'емна i поверхнева складовi струму втрат iyn,мкА 0,001 - 0,1 Вольтамперт характеристики
1.8 Напруга пробою р-п-переходу, ипр,В 30 - 200 Вольтамперт характеристики
1.9 Початкова питома eмнiсть р-п-переходу Срп(0), пФ/мкм2 0,1 - 3 Вольтфарадт характеристики
2.0 Динамiчний опiр р-п-переходу гд, кОм 1,0 - 20 Вольтамперт характеристики
2.1 Шаровий опiр полi-Si,pSink, Ом/^ 10 - 50 Чотиризондовий, ВДП
2.2 Питома eмнiсть тонкого окисла С0,Ф/см2 (1-4)10-8 Вольтфарадт характеристики
2.3 Товщина тонкого окислу d,нм 10 - 1000 Вольтфарадт характеристики, елiпсометрiя
2.4 Напруга пробою тонкого окислу ипр,В 40 - 200 Вольтамперт характеристики
2.5 Густина початкового струму тонкого окисла ^0,мкА/см2 10-6 - 10-4 Вольтамперт характеристики
2.6 Потенщал плоских зон Si-SiO2, ирВ,В 0,1 - 5 Вольтфарадт характеристики
2.7 Приведена густина вмонтованого заряду в SiO^^-2 109 - 1013 1мпульст вольтфарадт характеристики, динамiчнi ВАХ
2.8 Енергетичний спектр поверхневих сташв на меж1 Si-SiO2, Н^ЕХсм^еВ-1 1010 - 1013 Квазютатичт вольтфарадт характеристики
2.9 Швидкють поверхнево! рекомбшацй S^/с 102 - 106 1мпульст вольтфарадт характеристики
3.0 Рухливють носив в канат Мп(р),см2/Вс 50 - 1000 Ефект Холла
3.1 Питома емтсть м1ж шарового д1електрика Coo, Ф/см2 (0,5-1)10-8 Вольтфарадт характеристики
3.2 Шаровий отр меташзаци psm, Ом/^ 0,01 - 10 Резистивш методи
3.3 Перехщний отр контакту, Rк,Ом 1 - 100 Вольтамперт характеристики
3.4 Порогова напруга активного МОН-транзистора, ит,в 0,2 - 5 Вольтамперт характеристики, 1мпульст вольтфарадт характеристики
3.5 Початковий струм транзистора (витж-стш) iт0,мкА 0,01 - 1 Вольтамперт характеристики
3.6 Напруга вщачки транзистора ¡з вмонтованим каналом, ивщс,В |0,1 - 1| Вольтамперт характеристики
3.7 Питома крутизна транзистора, Р,мкА/В2 5 - 50 Вольтамперт характеристики
3.8 Напруга змикання транзистора изм,В 10 - 100 Вольтамперт характеристики
3.9 Тунельний струм тонкого окисла ¡т,мкА 0,001 - 0,1 Вольтамперт характеристики
4.0 Порогова напруга паразитного МОН-транзистора, ЦшВ >10 Вольтамперт характеристики
Геометричш параметры
2.1 Ширина провщно! шини, W,мкм 1 - 10 В1зуальний РЕМ, резистивний
2.2 Вщхилення вщ розм1ру, Д^мкм 0,01 - 1 Модифшований ВДП
2.3 Величина б1чно! розгонки дифузй'5п+(р+) 0,01 - 0,5 РЕМ, модифжований ВДП
2.4 Величина роз сумщення при ФЛ по х i по у 0,1 - 0,25 РЕМ, модифжований ВДП резистивний
2.5 Вщстань мiж сусiднiми шипами 1,мкм 1 - 5 РЕМ, вiзуальний
2.6 Довжина каналу МОН-транзистора Ц,,мкм 10 нм - 100 0,1 - 50 РЕМ, модифжований ВДП
2.7 Товщина шару, ^мкм Напiвпровiдникового Металевого Дiелектричного 0,1 - 20 0,01 - 1,5 0,001 - 2 Елiпсометрiя, iнтерферометрiя, Фур'е-спектрометрiя
2.8 Дефектнiсть шару,см-2 0,05 - 5 Дифрактометрiя
2.9 Розмiр зерна,нм 10 - 1000 РЕМ
3.0 Висота сходинок, спейсерiв, мкм 0,01 - 1,5 Iнтерферометрiя
Структуры параметри
3.1 Густина дефектiв ФЛ даного типу Н^см-2 >0,01 Вiзуальнi, автоматизований анашзатор зображення
3.2 Число обривiв провщних шин на сходинках рельефу, Кобр >1 вимiрювання опору шин
3.3 Густина проколiв в SiO^N^, см-2 >10 Вимiрювання початково! провiдностi SiO2
3.4 Iмовiрнiсть появи дефектного контакту >10 Вимiрювання опору контактних ланок
3.5 Прогин Si-пластин, мкм 1 - 5 Вiзуальний, iнтерферометрiя
3.6 Вщхилення вiд площинносй, мкм ±10 iнтерферометрiя
3.7 Дислокаци, кластери, преципiтати <10 Травлення та РЕМ
3.8 Моно або полi кристалiчmсть - Рентгеноструктурний аналiз
3.9 Хiллокоутворення в меташзацй <0,2 Рентгеноструктурний аналiз
4.0 Атомарно чиста поверхня <10нм Оже-спектрометрiя
Висновки
1. Тестовий контроль технолопчного процесу фор-мування структур В1С е аналiтичним шструментом в управлiннi суб- та нанотехнолопею.
2. Розробленi пакети ПК для бшолярно!, n-МОН, р-МОН, К-МОН та сумщено! Bi-К-Д-МОН технологiй формування структур В1С.
3. ТК слiд проектувати за певними правилами, яю викладенш в статтi.
4. Моделювання технолопчного процесу формування структур В1С ведеться на основi статистичних методiв тестового контролю з використанням щльово! функцii виходу придатних.
Лiтература
1. Новосядлий С.П. Ф1зико-технолопчш основи субмь кронно! технолог!! В1С. 1вано-Франювськ: Омик - 200-3р - 351с.
2. Буденников А.Н., Садовников Н.Д. Проблемы физико-технологического моделирования субмикронных элементов СБИС// Зарубежная радиоэлектроника - 1987 - №3 - с18 - 24.
3. Новосядлий С.П. Технолопчна САПР на осшж тестових структур//Фiзика i хiмiя твердого тша - 2002 - Т3, №1 с179-189.
4. Герасимова А.С. Использование тестовых структур в производстве интегральных схем // Зарубежная радиоэлектроника
- 1988 - №10 - с53-62.
5. C.Alcorn, D.Dvorak, W.Handad Kerf Test Structure Designs for Proces and Device Characterization//SoHd St. Technology - 1985, №4- p229-235.
6. Новосядлий С.П. Математичне моделювання технолопчних процесiв формування структур В1С та електрофiзичне дiагно-стування 1х надшност // Вюник ДУ «Львiвська пол^ехшка» комп'ютернi системи проектування. Теорiя i практика.- 1999
- №373 - с58-62.
7. Новосядлий С.П. Електрофiзичне дiагностувашня надшност структур В1С // Вiсник ДУ «Львiвська пол^ехшка» №367 Ра-дюелектрошка та телекомунiкацiï - 1999 - с.187-197.
8. Новосядлий С.П. Анал^ичт фiзико-хiмiчнi методи аналiзу i контролю в системнш технологи' В1С // Вимiрювальна та обчис-лювальна техшка в технологiчних процесах - 1999 -№3 с.30-38.
9. Новосядлий С.П. Тестовий контроль електрофiзичних параметрiв структур в системнш технологи високого рiвня // Вимiрю-вальна та обчислювальна технiка в технологiчних процесах - 1999 - №2 - с. 58-64.
10. Новосядлий С.П., Запухляк Р.1., Мельник П.1. Прогнозування надшност структур В1С за допомогою iмпульсних нерiвноваж-них вольт-фарадних характеристик // Фiзика i хiмiя твердого тша - 2005 - Т6 №2 с.153-160.
11. Мельник П.1., Новосядлий С.П., Бережанський В.П., Вiвчарук В.М. Спектрометрiя в субмiкроннiй технологи ВIС//Фiзика i хiмiя твердого тiла - 2007 №4, т8 - с791-801.
