Диссертация (Технологические основы и методики послойного травления кристаллов интегральных схем с системой межсоединений на основе меди), страница 11

РЭМ изображения фрагментов поверхности образца №3после травления меди в процессе №3.93а)б)в)г)Рис. 2.3.9. РИМ изображения сечения поверхности образца №3 послетравления меди в процессе №3 (наклон образца 52°).Для проверки данной гипотезы медные проводники образца №4удалялись в процессе №1 (процесс, который использовался для удалениямедных проводников образца №1).Образец №4Подготовленный, аналогично образцу №1, образец №4 был помещен вемкость для образцов установки Omnietch2 (рис.

2.3.3). Далее был запущенпроцесс (процесс №4) со следующими параметрами:94скорость протока100;температура термостата25°С;время процесса35 сек;образецобразец №4 (кристалл ПЛИС Virtex-4).На рисунках 2.3.10 и 2.3.11 приведены изображения поверхности исечений образца №4 после проведенного процесса №1. Анализ данныхизображений показывает, что слой медных проводников М10 по прежнемуудален не полностью. Данные наблюдения подтверждают, что применяятравитель, рекомендованный производителем, скорость травления медибыстро снижается со временем. Для проверки данного рецепта навозможностьперетравапроводников)при(удалениезначительномнижележащихпревышениислоеввременимедныхпроцесса,проводники образца №5 удалялись в течении 280 секунд.а)б)Рис.

2.3.10. Изображения фрагментов поверхности образца №4 послетравления меди в процессе №1 (а - РЭМ изображение, наклон образца 51°;б - РИМ изображение, наклон образца 52°).95а)б)в)г)Рис. 2.3.11. Изображения сечения поверхности образца №4 послетравления меди в процессе №1 (а, б, в - РИМ изображения, наклон образца52°; г - РЭМ изображение, наклон образца 51°).Образец №5Подготовленный, аналогично образцу №1, образец №5 (кристаллПЛИС Virtex-6) был помещен в емкость для образцов установки Omnietch2(рис.

2.3.3). Далее был запущен процесс (процесс №4) со следующимипараметрами:скорость протока100;96температура термостата25°С;время процесса280 сек;образецобразец №5 (кристалл ПЛИС Virtex-6).На рисунке 2.3.12 приведено изображение поверхности образца №5послепроведенногопроцесса№4.Анализданногоизображенияпоказывает, что слой медных проводников М10 удален полностью. Также,через межслойные контакты, был частично удален нижележащий слойпроводников М9.Рис. 2.3.12. Изображение фрагмента поверхности образца №5 послетравления меди в процессе №4.Для уменьшения проникновения травителя через межслойныеконтакты, было решено увеличить вязкость раствора. Таким образом, вследующейсерииэкспериментальныхисследованийбылорешеноизменить соотношение объемов геля и травителя, и снизить количествоводы в травящей смеси, т.к. избыток воды может способствоватьпроникновению травителя в нижние слои металлизации.Тестовый рецепт №1:- деионизованная водаотсутствует;- 25% водный раствор аммиака-15 мл;97- медицинская перекись водорода (37%)-15 мл.Раствор был заранее приготовлен в стеклянном стакане.

Послетщательного перемешивания в течение 10 минут, 30 мл растворапорционно добавляли к 200 граммам геля-носителя (carrier medium 36-6)непрерывно перемешивая и добиваясь максимальной гомогенизациисмеси. После добавления последней порции раствора смесь периодическиперемешивали в течении часа, для равномерного распределения травителяв геле-носителе. Далее смесь загрузили в специальный резервуарустановки.Для достижения воспроизводимых рабочих параметров травлениямеди был запущен процесс со следующими параметрами:скорость протока100;температура термостата25°С;время процесса10 мин;образецотсутствует.Образец №6Подготовленный, аналогично образцу №1, образец №6 (кристаллПЛИС Virtex-6) был помещен в емкость для образцов установки Omnietch2(рис.

2.3.3). Далее был запущен процесс (процесс №5) со следующимипараметрами:скорость протока100;температура термостата25°С;время процесса25 сек;образецобразец №6 (кристалл ПЛИС Virtex-6).На рисунках 2.3.13 и 2.3.14 приведены изображения поверхности исечений образца №6 после проведенного процесса №5.98а)б)Рис. 2.3.13. Изображения фрагментов поверхности образца №6 послетравления меди в процессе №5 (а - РЭМ изображение, наклон образца 0°;б - РИМ изображение, наклон образца 52°).а)б)Рис.

2.3.14. РИМ-изображения сечения поверхности образца №6 послетравления меди в процессе №5 (наклон образца 52°).Анализ данных изображений показывает, что несмотря на повышениевязкости раствора, процесс травления не стал более равномерным. Такжеслой медных проводников М10 удален не полностью. Для следующегообразца было решено увеличить время процесса на 10 секунд.99Образец №7Подготовленный, аналогично образцу №1, образец №7 (кристаллПЛИС Virtex-6) был помещен в емкость для образцов установки Omnietch2(рис. 2.3.3). Далее был запущен процесс (процесс №6) со следующимипараметрами:скорость протока100;температура термостата25°С;время процесса35 сек;образецобразец №7 (кристалл ПЛИС Virtex-6).На рисунке 2.3.15 приведены изображения поверхности и сеченийобразца №7 после проведенного процесса №6.а)б)Рис.

2.3.15. Изображения поверхности (а) и сечения (б, в, г)поверхности образца №7 после травления меди в процессе №6 (а - РЭМизображение топологии; б - РИМ изображение сечения).Анализданныхизображенийпоказывает,чтослоймедныхпроводников М10 по прежнему удален не полностью. Для следующегообразца было решено увеличить скорость протока состава со 100 до 400.100Образец №8Подготовленный, аналогично образцу №1, образец №8 (кристаллПЛИС Virtex-6) был помещен в емкость для образцов установки Omnietch2(рис.

2.3.3). Далее был запущен процесс (процесс №7) со следующимипараметрами:скорость протока400;температура термостата25°С;время процесса35 сек;образецобразец №8 (кристалл ПЛИС Virtex-6).На рисунках 2.3.16 и 2.3.17 приведены изображения поверхности исечений образца №8 после проведенного процесса №7. Анализ данныхизображений показывает, что слой медных проводников М10 по прежнемуудален не полностью. Равномерность травления визуально не изменилась.а)б)Рис. 2.3.16. Изображения фрагментов поверхности образца №8 послетравления меди в процессе №7 (а - РЭМ изображение, наклон образца 0°;б - РИМ изображение, наклон образца 52°).101а)б)Рис. 2.3.17.

Изображения сечения поверхности образца №8 послетравления меди в процессе №7 (наклон образца 52°).Резкое падение скорости травления меди в последних экспериментахможет быть связано с тем, что в смеси аммиака и перекиси водорода ионымеди в растворе катализируют разложение перекиси. Поэтому былопринято решение проверить смесь, рекомендованную производителемустановки ("Copper etch recipe") на стабильность. Пластинку меди сопределенным весом выдерживали в смеси перекиси и аммиака в течение 1минуты.

Далее определялся ее вес, и через 10 минут повторяли процедурувыдерживания и взвешивания. В результате проведенных исследованийбыло установлено, что при попадании ионов меди в раствор, перекисьначинает бурно разлагаться. Через 10 минут скорость травления меди вэтом растворе падает более чем в 10 раз. Изменение соотношения перекисии аммиака к желаемой стабилизации скорости травления не привело.Потому было принято решение использовать в качестве травителяаммиачный комплекс двухвалентной меди.

Особенностью данноготравителя является то, что в роли окислителя выступает сама медь, а неперекись водорода. При реакции не выделяется газ, а значит ожидается102более равномерное растворение меди. Ниже приведен состав травителямеди на основе аммиачного комплекса двухвалентной меди:тестовый рецепт №2:- деионизованная вода-30 мл;- 25% водный раствор аммиака-60 мл;- CuSO4*5H2O-0,8 г.Раствор был заранее приготовлен в стеклянном стакане.

Послетщательного перемешивания до полного растворения осадка (рис. 2.3.18а),раствор порционно добавляли к 270 граммам геля-носителя (рис. 2.3.18б)непрерывно перемешивая и добиваясь максимальной гомогенизациисмеси. После добавления последней порции раствора смесь периодическиперемешивали в течении часа, для равномерного распределения травителяв геле-носителе. Далее смесь загрузили в специальный резервуарустановки.а)Рис.2.3.18.б)ПодготовкаустановкиOmnietch2кработе(а - приготовленный раствор "тестовый рецепт №2"; б - добавлениетравящей смеси в гель-носитель).103Для достижения воспроизводимых рабочих параметров был запущен10 минутный процесс:скорость протока100;температура термостата25°С;время процесса10 мин;образецотсутствует.Образец №9Подготовленный, аналогично образцу №1, образец №9 (кристаллПЛИС Virtex-6) был помещен в емкость для образцов установки Omnietch2(рис.