Автореферат (Технологические основы и методики послойного травления кристаллов интегральных схем с системой межсоединений на основе меди)

На правах рукописиМИЛОВАНОВ Роман АлександровичТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И МЕТОДИКИ ПОСЛОЙНОГО ТРАВЛЕНИЯКРИСТАЛЛОВ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ С СИСТЕМОЙ МЕЖСОЕДИНЕНИЙ НАОСНОВЕ МЕДИСпециальность05.27.06Технология и оборудование для производстваполупроводников, материалов и приборовэлектронной техникиАвтореферат диссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМОСКВА - 2015 год2Работа выполнена в учебно-научном объединении "Электроника" федеральногогосударственногобюджетногообразовательногоучреждениявысшегообразования«Московский государственный университет информационных технологий, радиотехники иэлектроники» (МИРЭА).Научныйруководитель:член-корреспондент РАН,доктор физико-математических наукЛукичев Владимир ФедоровичОфициальные оппоненты:доктор физико-математических наук,Вяткин Анатолий Федоровичзаместитель директора по научной работе Институтапроблем технологии микроэлектроники и особочистыхматериалов РАН (ИПТМ РАН)кандидат технических наук,Гасников Алексей Олеговичнаучный сотрудник Научно-образовательного центра«Нанотехнологии» Санкт-Петербургскогогосударственного электротехнического университета«ЛЭТИ» имени В.

И. УльяноваВедущая организация:Научно-производственноеМосквапредприятие«Пульсар»,Защита состоится ___ ___________ 2016 г. в ___часов___ мин. на заседанииДиссертационного совета Д212.131.02 в Московском государственном университетеинформационных технологий, радиотехники и электроники по адресу: 119454, г. Москва,проспект Вернадского, д. 78. Автореферат диссертации размещен на сайте МИРЭАwww.mirea.ruС диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИРЭААвтореферат разослан «___» _________2015 г.Ученый секретарьдиссертационного совета Д212.131.02к.ф-м.н., доцентЮрасов А.Н.3Общая характеристика работыАктуальность темы.Современные интегральные схемы (ИС) представляют собой сложные структуры,производство которых состоит из множества разнообразных технологических процессов.Наиболее ёмким, с точки зрения производства, является процесс изготовления кристалловИС. Учитывая большие объемы производства современных заводов-изготовителей,уменьшение процента выхода годных ИС из-за нарушения работоспособности кристаллов(отказа), делает процесс анализа их отказов (англ.

failure analysis - FA) одним изприоритетных направлений деятельности в производстве.Основным этапом анализа отказов катастрофического типа является анализ системымежсоединений элементов схемы, которая представляет собой многослойную структуру изпроводников, разделенных (внутри одного слоя и между слоями) диэлектриком.Нарушения в системе межсоединений (возникновение замыканий или обрывов впроводниках) приводит к искажению электрической схемы ИС, что, как правило, негативносказывается на ее работоспособности.

Выявление областей появления подобных нарушенийявляется необходимым условием дальнейшего анализа их возникновения и принятия мер поустранению причин, вызвавших неисправность.Учитывая, что система межсоединений имеет многослойную структуру, одним изметодов ее анализа является послойное препарирование с последующим исследованиемповерхности топологических слоев с использованием различных типов микроскопов(оптический, растровый электронный, сканирующий зондовый и др.).При производстве современных ИС неуклонно растет доля кристаллов с системоймежсоединений на основе меди. Замена алюминия как основного материала проводящихслоев кристаллов ИС на медь в основном обусловлена необходимостью уменьшения временизадержкираспространениясигналов(RC-задержка),котороерезковозрастаетсуменьшением топологических норм изготовления кристаллов и ограничивает значениетактовой частоты ИС.Учитывая широкое распространение ИС с системой межсоединений на основе меди,актуальным является разработка методов анализа отказов кристаллов, в том числе, в областипослойного препарирования.

Вместе с тем, анализ литературных источников показал, чтосуществующие работы носят фрагментарный характер, в то время как фундаментальныеисследования по теме послойного препарирования таких кристаллов отсутствуют.4Цель работы заключается в исследовании технологических основ и разработкеметодик послойного препарирования кристаллов ИС с системой межсоединений на основемеди для повышения процента выхода годных в производстве ИС и при разработке новыхИС. Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:1.

Обобщить структурные особенности топологических слоев кристаллов с системоймежсоединений на основе меди;2. Проанализировать существующие методы послойного препарирования кристалловИС с системой межсоединений на основе алюминия;3. Исследовать процессы селективного к диффузионно-барьерному слою (ДБС)жидкостного травления (ЖТ) медных проводников системы межсоединений кристаллов,проанализировать их особенности и разработать соответствующие методики;4. Исследовать процессы селективного к ДБС вакуумно-плазменного травления (ВПТ)медныхпроводниковсистемымежсоединенийкристаллов,проанализироватьихособенности и разработать соответствующие методики;5.

Усовершенствовать технологию послойного препарирования кристаллов ИС ссистемой межсоединений на основе меди за счет включения в состав методик селективного кДБС травления медных проводников;6. Провести апробацию разработанных методик послойного препарирования кристаллаИС с системой межсоединений на основе меди.Обоснованностьи достоверностьполученных результатовподтверждаютсяпроведенными экспериментальными исследованиями, согласованностью их результатов стеоретическими данными и отсутствием между ними противоречий.Научная новизна.1. Впервые показано, что при жидкостном травлении меди, применение аммиачногокомплексадвухвалентноймеди(II),выступающегоодновременноокислителемикомплексообразователем одновалентной меди (I), позволяет селективно к ДБС из танталаудалять медные проводники системы межсоединений кристаллов ИС;2.

Установлено, что при жидкостном травлении меди в смеси соляной кислоты иперекиси водорода увеличение концентрации H2O2 до 1% приводит к протеканию процессатравления через две стадии: образования нерастворимой пленки монохлорида меди наповерхности и последующим доокислением CuCl до растворимого CuCl2, что позволяетравномерно и селективно к ДБС удалять медные проводники системы межсоединенийкристаллов ИС;53. Впервые продемонстрирована возможность селективного к low-k диэлектрику типаSiOCH ВПТ медных проводников системы межсоединений кристаллов ИС при температуреобразца 280°С за счет термодесорбции галогенидов меди при понижении давления вреакторе до ~0,25 Па и применении плазмообразующего газа HBr;4. Впервые продемонстрирована возможность селективного к ДБС ВПТ медныхпроводников системы межсоединений кристаллов ИС при температуре образца 280°С за счеттермодесорбции галогенидов меди при понижении давления в реакторе до ~0,25 Па иприменении плазмообразующего газа BCl3;5.

Впервые показана возможность снижения температуры селективного к ДБС ВПТмедных проводников системы межсоединений кристаллов ИС в смеси BCl 3/Ar до 100°С засчетувеличенияфизическойкомпонентыпроцессаврезультатедобавкикплазмообразующему газу аргона;6. Показана потенциальная возможность понижения температуры селективного к ДБСудаления медных проводников системы межсоединений кристаллов ИС до ~20°С за счетиспользования циклического процесса, включающего этапы ВПТ и ЖТ.Практическая ценность работы.

Полученные результаты позволяют увеличитьпроцент выхода годных кристаллов при производстве современных ИС с медной системоймежсоединений за счет локализации отказов катастрофического типа.Основные положения, выносимые на защиту.1. Новая методика селективного к ДБС жидкостного травления медных проводниковсистемымежсоединенийкристалловИСсприменениемаммиачногокомплексадвухвалентной меди, выступающего одновременно окислителем и комплексообразователемодновалентной меди (I);2. Новая методика селективного к ДБС жидкостного травления медных проводниковсистемы межсоединений кристаллов ИС с применением смеси соляной кислоты и перекисиводорода, включающая две стадии: образование нерастворимой пленки монохлорида меди наповерхности и последующее доокисление CuCl до растворимого CuCl2;3.

Новая методика селективного к ДБС ВПТ медных проводников системымежсоединенийкристалловИСсприменениемплазмообразующегогазаBCl3итемпературой образца 280°С;4. Новая методика селективного к ДБС ВПТ медных проводников системымежсоединений кристаллов ИС с применением плазмообразующей смеси BCl 3/Ar итемпературой образца 100°С;65. Новая методика селективного к ДБС удаления медных проводников системымежсоединений кристаллов ИС с достижимой температурой образца 20°С на основециклического процесса, включающего этапы ВПТ и ЖТ.Апробация работы.Основные результаты диссертации изложены в 12 работах (из них 8 в списке ВАК),которые приведены в списке опубликованных работ, а также докладывались на следующихконференциях и семинарах:1.

Международная конференция "Микро- и наноэлектроника - 2012", Москва Звенигород, 1-5 октября 2012 г.2. 4-я международная научно-техническая конференция "Технологии микро- инаноэлектроники в микро- и наносистемной технике", Москва, 27-28 марта 2014 г.3. Международная конференция "Микро- и наноэлектроника - 2014", Москва Звенигород, 6-10 октября 2014 г.Личный вклад автора. Автору принадлежат основные идеи, положенные в основуисследования особенностей послойного препарирования кристаллов ИС с системоймежсоединений на основе меди, их реализация и апробирование.Объем и структура работыДиссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка публикацийавтора, списка цитируемой литературы. Объем работы составляет __192__ страницы,включая __161__ рисунок, __19__ таблиц.