Способ контроля многопороговых МДП БИС Советский патент 1993 года по МПК H01L21/66 G01R31/28 

Изобретение относится к области микроэлектроники, в частности к контролю технологического процесса производства МДП БИС в ходе их изготовления.

Одной из основных характеристик МЛП транзистора является пороговое напряжение, определяющее границу между включенным и выключенным состояние траизистора НДП интегральные микросхемы строятся на основе МППтранзисторов различных типов, с пили р-кангплом, причем каналы создают или частично индуцированные за счет инвертирования типа проводимости подложки, или встроенные, получаемые путем неглубокого, равномерного легирования, например, ионным, подложки

При всем разнообразии типов МЛПтранзисторов, применяемых в одной БИС, огромную роль в работоспособсоности НЛП БИС играет сохранение разNDности пороговых напряжений разнопороговых МДП-транзисторов одной схемы.

а

Известен способ определения поро00гового напряжения МДП-транзисторов,

о включающий построение передаточной характеристики, Тое, зависимости тока стока (. от напряжения на затворе Ui при постоянном напряжении на стоке в координатах4 1 Т, ( f (U) и графическую экстраполяцию характеристики в области малых токов до пересечения с осью напряжений.

Кроме того, в известном- способе в МДП-транзисторах со встроенными

каналами для упрощения определения характеристики тран исторг, определяют ток стока насыщения, коррелирующий с пороговым напряжением транзистора и измеряемый при нулевом напряжении на затворе при постоянном напряжении стока, т,Ко определение порогового напряжения МЛП-транзистора со зстроенным каналом методом графической экстраполяции перехолной характеристики в области малых токов практически не дает достаточной точности вследствие конечной ненулевой проводимости инвертированного легированного канала с,

Недостатком известного способа является высокая трудоемкость его осу1цествления и низкая точность контроля о

Из известных наиболее близким по технической сущности является способ измерения порогового напряжения МДПтранзисторов, включающий подачу напряжения на стоки и затворы двух транзисторов тестовой ячейки, последуюм|ее изменение напряжения на затворах транзисторов, определение тока стока насыщения и порогового тока стока и сравнение значений напряжения затвора, соответствующего пороговому току стока, и тока стока насыщения с заранее установленными значениями.

Известный способ позволяет производить оценку годности отдельных МДПтранзисторон по результатам сравнени порогового напряжения и,, и тока стока 1 с заранее установленными критериями, но не дает необходимой точности при контроле разнопороговых МДП-БИС, т,к„ в случае ряда предельных отклонений контрольных параметро от среднего в пределах нормы, разность пороговых напряжений испытуемых транзисторов может отличаться от значения, при котором обеспечивается работоспособность БИС,

«роме того, разделение операций измерения напряжения затвора и стока на разнопороговых транзисторах снижает оперативность всей операции контроля Н,ПП ВИС

С целью повышения точности, в способе контроля многопорогоаых МЛП БИС, включающем подачу напряжения на стоки и затворы двух транзисторов тестовой ячейки, последующее изменение напрях(ения на затяорах транзисторов и определение их токов стока, на затворы обоих транзисторов подают одинаковое напряжение и одновременно изменяют его до момента равенства токов стока транзисторов, а годность /1ЛП БИС определяют путем сравнения Полученных значений тока стока и напряжения затвора с номинальными значениями, при этом параметры транзисторов тестовой ячейки выбирают из соотношения:

(u,u,,)o(s,-sp,

5 и

и„ пороговое напряжение

П 5 первого и второго транзисторов соответственно-, S - крутизна первого и

S

«

второго транзисторов соответственно

Ня чертеже изображены переходные характеристики двух НДП-транзисторов с различной крутизной; с индуцированным каналом (поЗо1) и встроенным каналом (поз, 2) п-типа в ркремнии, показанные с учетом технологического разброса порогового напряжения (MJ) с

Данный способ контроля многопороговых МДП БИС включает в себя следующие операции: подачу напряжения стока на два НДП-транзистора с различными величинами порогового напряжения; одновременную подачу и одинаковое изменение величины напряжения затвора на двух упомянутых разнопороговых транзисторах до равенства их токов стока; по достижению равенства токов стока измеряют токи стока и напряжение затворов и сравнивают их с заранее установленными критериями. Способ основан на том, что в случае произвольных отклонений технологического процесса, например окисления кремния, приводящих к изменению заряда в диэлектрическом слое, (двуокиси кремния на кремнии), пороговые напряжения обоих типов НЛП-транзисторов изменяются одинаковым образом на ДЧщ (см. чертеж) разность их пороговых напряжений остается постоянной, и переходные характеристики разнопороговых транзисторов смещаются параллельно оси напряжений При этом точка пересечения переходных характеристик разнопороговых транзисторов, отвечающая равенству их токов стока гакме смещается по

51

определенной линии, отвечающей определенному значению тока стока (I с,), которое не зависит от изменений порогового напряжения при неизменной их разности,. Если же отдельные специальные операции техпроцесса по созданию транзистороЕз со встроен. ным каналом, например, ионное легирование, проведены некорректно, их пороговое напряжение изменяется на . UUnZ Изменяется и разность пороговых напряжений, а следовательно, и значение тока стока Icz. одинаковое для двух разнопороговых транзисторов При этом соответствующее ему напряжение на затворах U также будет отличаться от установленного критерия„ Эти отличия тока стока напряжения затвора Uj и служат основой оценки корректности проведения техпроцесса и соответственно годности разнопороговых транзисторов для их совместной работы в Н,П.П БИС.

Рассмотрим применение способа контроля на примере изготовления двухпороговой БИС серии К581 на основе кремния р-типа ,5-12 Пм см„ Для контроля годности БИС используют МДП-транзисторы с индуцированным каналом с топологическим размером (lOxfO) мкм и .со встроенным каналом размером () мкм, полученные путем ионного легирования фосфором с дозой 0,06 мкк/см о На истоки и стоки НДП-транзисторов с помощью многозондовой установки МЯУ, подают постоянное напряжение t5 В„ Затем одновременно подают и одинаковым образом изменяют величину напряжения затвора на транзисторах, одновременно измеряют их токи стоков и сравнивают их например с помощью нуль-индикатора мостовой схемы. По достижению равен66

ства токов стока определяют их величину, измеряют напряжение затворов . и сравнивают их с заранее установленными критериями, например 160+3О мкА для тока стока и для напряжения затвора 2-3 В для МДП БИС серии K58U

:При попадании измеренных значений напряжения затворов и тока стока в

указанные интервалы МДП БИС считается годной, в противном случае на основе полученных результатов проводят корректировку технологического процесса,

По сравнению со способом-прототипом предложенный способ обладает следую1цими преимуществами:

более высокой точностью контроля за счет измерения напряжения затворов при равенстве токов стока вместо раздельного определения порогового напряжения и стока тока соответственно, у двух разнопороговых транзисторов;

более высокой оперативностью за счет непосредственного измерения напряжения затворов двух транзисторов взамен поочередного измерения порогового напряжения одного и тока стока другого транзистора.

Применение предложенного способа позволяет уменьшить трудоемкость и повысить оперативность измерения основных параметров НДП-транзисторов и

внесения по результатам измерений необходимых коррекций в технологический процесс, тем самым увеличивая производительность труда ориентировочно в 2 раза.

Одновременно, применение предложенного способа на 20, повышает точность определения годности НЛП БИС после операции контроль параметров на МЗУ, что в конечном итоге позволяет повысить выход годных БИС„

СПОСОБ КОНТРОЛЯ МНОГОПОРОГОВЫХ МДП БИС, включающий подачу напряжения на стоки и затворы двух транзисторов тестовой ячейки, последующее изменение напряжения на затворах транзисторов и определение их токов стока, отличаю и; ийся тем, что, с целью повышения точности, на затворы обоих транзисторов подают одинаковое напряжение и одновременно изменяют его до момента равенства токов стока транзисторов, а контроль МПП БИС проводят путем сравнения полученных значений тока стока и напряжения затвора с номинальными значениями при этом параметры транзисторов тестовом ячейки выбирают из соотношения (,,)0(S,-S ), пороговое напряжение . где Un, , Un2. первого и второго транзисторов соответ-ственно; крутизна первого и ( второго транзисторов С/ соответственно с