ТЕСТОВЫЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ПЛАНАРИЗАЦИИ

Областью применения предполагаемой полезной модели является микроэлектроника, а именно - устройство для оперативного контроля качества планаризации слоя изолирующего диэлектрика, нанесенного на полупроводниковую структуру с многоуровневой металлизацией, при производстве интегральных схем и полупроводниковых приборов.
В структурах современных сверхбольших интегральных схем необходима реализация многоуровневой металлизации. Наличие двух и более слоев металлизации приводит к неравномерности высот на поверхности кристалла. После осаждения слоя межуровневой изоляции в местах, где расположены металлические проводники, слой диэлектрика содержит выпуклости, а в местах, где проводники отсутствуют, образуются впадины. Обычно толщина металлизированного слоя должна быть больше, чем максимальный перепад высот на поверхности кристалла. Чем больше слоев металлизации используется, тем больше перепад высот на поверхности кристалла, и тем выше вероятность обрывов металлизации последующих слоев. Для выравнивая поверхности кристалла используются планаризующие слои диэлектрика, которые одновременно являются и изоляцией между уровнями металлизации.
Известен тестовый элемент для контроля качества изоляции планаризующего слоя диэлектрика, содержащий полупроводниковую пластину и емкость, нижняя и верхняя обкладки которой выполнены в виде участка сплошного металла (см., например, книга integrated circuit test engineering: modern techniques» Ian A. Grout, 2006 г., Springer, стр. 26).
Недостатком данного тестового элемента является недостаточная достоверность контроля, так как он не позволяет контролировать наличие уменьшения толщины планаризующего изолирующего диэлектрика на участках с металлическими шинами минимальной ширины и отсутствием рядом с этими шинами других шин металлизации. Наличие таких утонений приводит к уменьшению напряжения пробоя в этих местах.
Данные недостатки частично устранены в наиболее близком к предлагаемому тестовом элементе для контроля качества планаризации, содержащем полупроводниковую пластину, емкость, нижняя обкладка которой выполнена в виде решетки проводящих шин, а верхняя - в виде участка сплошного металла (см., например, статья «Statistical metrology of interlevel dielectric thickness variation» Duane Boning, Tinaung Maung, James Chung в журнале «Proceedings of the SPIE Symposium on Microelectronic Manufacturing», октябрь 1994 г., том 2334, стр. 316-327). Решетка представляет собой расположенные параллельно линейные проводящие шины.
Недостатком данного тестового элемента является недостаточная достоверность контроля, так как в реальных интегральных схемах встречаются участки с металлическими шинами, расположенными не только в горизонтальном и вертикальном направлении, но и под различными углами, наихудший случай из которых - 45 градусов.
Техническим результатом предполагаемой полезной модели является улучшение точности контроля.
Указанный результат достигается тем, что в отличие от известных тестовых элементов, в предлагаемом тестовом элементе для оперативного контроля качества планаризации, содержащим полупроводниковую пластину, емкость, нижняя обкладка которой выполнена в виде решетки проводящих шин, а верхняя - в виде участка сплошного металла, причем нижняя обкладка выполнена в виде решетки из правильных восьмиугольников с проводящими шинами минимального по ширине размера и расстоянием между противоположными сторонами восьмиугольника К, выбираемым из формулы: 10а≤К≤15а, где а - минимальная по ширине проводящая шина.
При значениях К≤10а не возникает уменьшения толщины планаризующего изолирующего диэлектрика на участках с металлическими шинами минимальной ширины, а К≤15а выбрано для того, чтобы сэкономить площадь, занимаемую тестовым элементом.
Конфигурация проводящих шин в виде правильных восьмиугольников позволяет учесть все возможные варианты расположения проводящих шин на интегральной схеме - горизонтальное, вертикальное и под углом 45 градусов.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется фигурами. На фиг. 1 изображен разрез тестового элемента до нанесения планаризующего слоя изолирующего диэлектрика, а конструкция предлагаемого тестового элемента изображена на фиг. 2 (вид сверху). На фиг. 3 изображен разрез тестового элемента после нанесения планаризующего слоя изолирующего диэлектрика, на фиг. 4 - после отжига планаризующего слоя изолирующего диэлектрика. На фиг. 5 изображен разрез тестового элемента после нанесения второго проводящего слоя.
Позициями на фиг. 1-5 обозначены:
1 - кремниевая подложка;
2 - слой оксида кремния;
3 - первый проводящий слой в виде рельефа из проводящих шин;
4 - слой планаризующего изолирующего диэлектрика;
5 - контактное окно;
6 - второй проводящий слой в виде рельефа из проводящих шин;
а - ширина проводящей шины;
К - расстояние между противоположными сторонами восьмиугольника.
Предлагаемая модель состоит из кремниевой подложки 1 со слоем оксида кремния 2 на рабочей стороне, сформированного на ней рельефа из проводящих шин 3, состоящего из решетки правильных восьмиугольников с проводящими шинами шириной 5 мкм и расстоянием между противоположными сторонами восьмиугольника 50 мкм. Исследуемый планаризующий изолирующий диэлектрик 4 наносится поверх проводящих шин. Толщина исследуемого планаризующего изолирующего диэлектрика должна быть не менее толщины металлизации, на которую он наносится, чтобы исключить пробой по границе края металлизации. В планаризующем изолирующем диэлектрике вскрыто контактное окно 5 ко второму проводящему слою. На планаризующем изолирующем диэлектрике сформирован рельеф из проводящих шин 6.
Указанный тестовый элемент можно изготовить следующим образом: на кремниевой монокристаллической подложке 1 ориентации (100) выращивают слой термического оксида кремния 2, толщиной 0,6 мкм; затем методом магнетронного напыления наносят первый проводящий слой алюминия, толщиной 0,7 мкм, формируют методом фотолитографии требуемую конфигурацию металлизации 3; далее наносят слой планаризующего изолирующего диэлектрика на основе органических силикатов 4, например, фирмы Filmtronics 500F Spin-on Glass, толщиной 0,9 мкм (см. фиг. 3); затем его сушат при температуре 420°С (см. фиг. 4). Затем вытравливают отверстия для контактных окон 5 ко второму уровню металлизации; методом магнетронного напыления наносят второй проводящий слой алюминия, толщиной 1,5 мкм (см. фиг. 5), и формируют методом фотолитографии требуемую конфигурацию металлизации 6.
Для оценки качества планаризации замеряют пробивное напряжение планаризующего изолирующего диэлектрика.