应用散射技术测试复杂Spacer结构
ldown可预测的栅极电阻在0.68ohm/square之内;对于PFET则在1.4 ohm/square之内。图像的CPQ范围大约在3和4之间。Vother是主要的误差来源。即使在Vx的精度组件已确定并且并入Vx时也是如此。 此实验数据的物理解释是,由于pulldown增加,更多的栅极需面临以后的硅化物形成(氧化物隔板在硅化物成形前将去除)。形成更多的硅化物后,栅极电阻由于硅化物的高传导性而降低。 M1测试:栅极电阻 图5对M1测试时测得的栅极电阻与多晶硅MCD进行比较。这一次,TPE和CPE两种度量都再次显示多晶硅MCD可预测栅极电阻到0.88ohm/square以内 (NFET),或1.3ohm/square以内(PFET)。与氮化物pulldown比较,CPQ (~2-3) 值略低。这表示数据范围足以显示某些级别的关联。此关联的物理解释为:栅极CD更大,则其栅极顶部的表面区域也更多,以方便未来硅化物成形,这样会造成更低的栅极电阻。 M1测试:Lpoly M1测试:晶体管电流
栅极电阻也会在 M1测试时进行测量,图4是它和氮化物spacer pulldown的关系。TPE和CPE显示,对NFET来说,氮化物pulldown可预测栅极电阻在0.73ohm/square之内;对于PFET则在0.82ohm/square内。CPQ的范围大约在3到4之间。再次对应于某个数据范围,足以显示出其间良好(但不是极佳)的关联性。此关联的物理解释和在PS测试中的解释相同。
Lpoly是在M1测试中基于电容的栅极长度电性测量,它和栅极多晶硅MCD散射测量相关联(图6)。CPE 略小于TPE,因此电性测量误差非常小,但对整体误差却有明显影响。多晶硅MCD测量能够预测Lpoly的测量,对于NFET和PFET来说,其误差都在~1.5 nm以内。NFET的CPQ为~2-3,这表示数据范围对显示某些量级的关联已足够;PFET的CPQ为~5,这表示数据范围足以显示其良好的关联。Lpoly的测量表示它能够准确地测量物理栅极长度,因此应该与散射多晶硅MCD测量相关联。
图7显示了进行M1测量时,通过NFET (nIon) 的晶体管电流和氮化物pulldown测量相关联。再次发现CPE仅略小于TPE。氮化物pulldown测量预测NFET晶体管电流误差范围在~40μA/μm 以内,~2-3的CPQ值表示数据范围已足够显示某些关联。如前文所示,此实验数据的物理解释为:spacer被过度刻蚀,使得氮化物pulldown增加,导致掺杂的SOI层上层氧化物损耗增加。由于氧化物层减少,源漏掺杂剂向外扩散,更薄的氧化物导致更多的掺杂剂向外扩散。源漏中的掺杂剂变少会降低传导性,导致NFET源漏中的电流 (nIon) 减少。由于PFET中的搀杂剂差异,在pIon和PFET氮化物pulldown之间看不到类似的关联。
预测分析方法可用于预测一个基于其它测量(称为自变量)的测量(因变量),因此不可避免会出现预测测量误差。
散射技术可成功的为复杂的NFET和PFET spacer结构建模。散射测量数据是从非标准工艺硅片上收集的,以探索结构变量和电性参数之间的关系。栅极电阻Lpoly和晶体管电流 (Ion) 的电性测量,与用散射测量方式对氮化物spacer pulldown和栅极多晶硅MCD进行的在线测量相关联。在每种情况中,都可使用散射测量预测电性测量,具备相关的3σ置信范围。通过对spacer进行在线监控来预测器件性能,从而改善器件性能和良率。
此工作证实了电性测量是判断复杂结构的散射测量的适当方法。由于有了这些功能,使用电性测量对这些复杂结构参数进行在线测试将会变得更普遍。
致谢
本文参考了《Proceedings of SPIE 2007 Metrology, Inspection, and Process Control for Microlithography XXI Conference》卷 6518 同名标题的原版 SPIE 出版物。IBM 的 Chas Archie 为本文的预测分析发展部分提供了清晰明确的建议;IBM 的 Blaze Messer 协助收集和分析过许多数据;IBM 的 RonFiege 和 Clem Bottini 协助收集过光谱,而 IBM 的 Ben Himmel 还提供过电性测试工具匹配数据。作者在此向以上人员致谢。最后,我们还要感谢 KLA-Tencor 的 Jesus Rivas,他曾帮助我们提取薄膜光学常数。
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