Диссертация (Технологические основы и методики послойного травления кристаллов интегральных схем с системой межсоединений на основе меди), страница 12

2.3.3). Далее был запущен процесс (процесс №8) со следующимипараметрами:скорость протока100;температура термостата25°С;время процесса60 сек;образецобразец №9 (кристалл ПЛИС Virtex-6).На рисунке 2.3.19 приведены изображения сечений образца №9 послепроведенного процесса №8.а)б)Рис. 2.3.19 Изображения сечения поверхности образца №9 послетравления меди в процессе №8 (наклон образца 52°).104Анализ данных изображений показывает, что удаление медныхпроводников стало более равномерным, остаточная толщина медныхпроводников различной ширины различается незначительно, также слоймедных проводников М10 удален не полностью. Таким образом, дляполного удаления медных проводников М10 образца №10, было приняторешение увеличить время процесса в два раза.Образец №10Подготовленный, аналогично образцу №1, образец №10 (кристаллПЛИС Virtex-6) был помещен в емкость для образцов установки Omnietch2(рис.

2.3.3). Далее был запущен процесс (процесс №9) со следующимипараметрами:скорость протока100;температура термостата25°С;время процесса120 сек;образецобразец №10 (кристалл ПЛИС Virtex6).На рисунке 2.3.20 приведены изображения сечений образца №10после проведенного процесса №9.а)б)Рис. 2.3.20 Изображения сечения поверхности образца №10 послетравления меди в процессе №9 (наклон образца 52°).105Анализданныхизображенийпоказывает,чтобольшинствопроводников М10 удалено полностью, также частично или полностьюудалены межслойные проводники М10vМ9. Вместе с тем, необходимоотметить, что в областях расположения удерживающих образец штырьков,наширокихпроводникахсохранилсятонкийслоймеди.Предположительно этот эффект связан с меньшей скоростью протокасмеси в указанных областях.

Для устранения эффекта скорость протокасмеси в следующем эксперименте была увеличена до 350.Образец №11Подготовленный, аналогично образцу №1, образец №11 (кристаллПЛИС Virtex-6) был помещен в емкость для образцов установки Omnietch2(рис. 2.3.3). Далее был запущен процесс (процесс №10) с параметрами:скорость протока350;температура термостата25°С;время процесса120 сек;образецобразец №11 (кристалл ПЛИС Virtex-6).а)б)Рис.

2.3.21 Изображения сечения поверхности образца №11 послетравления меди в процессе №10 (наклон образца 52°).106На рисунке 2.3.21 приведены изображения поверхности и сеченийобразца №11 после проведенного процесса №10. Анализ данныхизображений показывает, что узкие проводники М10 удалены полностью,также частично удалены межслойные проводники М10vМ9.

Вместе с темна широких проводниках сохранился тонкий слой меди. Из анализарезультатов экспериментальных исследований смеси на основе "тестовогорецепта №2" (образцы №№9 - 11) видно, что скорость травления медныхпроводников не зависит от "возраста" смеси и количества экспериментов.Для дальнейших экспериментов было принято решение не использоватьустановку Omnietch2 а также не использовать растворы на основе геляносителя.2.4.ДляТрадиционные методы жидкостного травленияэкспериментальныхисследованийпоудалениюмедныхпроводников ИС методами жидкостного травления использовались:аммиачный комплекс двухвалентной меди и смесь соляной кислоты сперекисью водорода.Образец №12Образец №12 представляет из себя кристалл ПЛИС Virtex-6 (п.

2.2.2),подготовленныйаналогичнообразцу№1.Дляэкспериментальныхисследований по травлению медных проводников ИС при помощиаммиачного комплекса двухвалентной меди использовался следующийраствор:- деионизованная вода-15 мл;- 25% водный раствор аммиака-30 мл;- CuSO4*5H2O-0,4 г.Раствор был заранее приготовлен в стеклянном стакане. Послетщательного перемешивания до полного растворения осадка (рис. 2.3.18а),107образец №12 был помещен в стакан на 2 минуты. Далее образец был отмытв УЗ ванне последовательно деионизированной водой и ацетоном.На рисунке 2.4.1 приведены изображения поверхности и сеченийобразца №12 после проведенного процесса. Анализ данных изображенийпоказывает, что проводники М10 удалены полностью, также полностьюудалены межслойные проводники М10vМ9.

Необходимо отметить, чтонижележащий слой медных проводников М9 не поврежден. Диффузионнобарьерный слой из тантала также не был удален.а)б)Рис. 2.4.1. Изображения поверхности (а) и сечения (б) поверхностиобразца №12 после травления меди методом жидкостного травленияаммиачным комплексом двухвалентной меди (наклон образца 52°).Образец №13Образец №13 представляет из себя кристалл ПЛИС Virtex-6 (п. 2.2.2),подготовленныйаналогичнообразцу№1.Дляэкспериментальныхисследований по травлению медных проводников ИС при помощи смесисоляной кислоты и перекиси водорода был приготовлен следующийраствор:- HCl(к)-100 мл;- медицинская перекись водорода (37%)-1 мл;108Соотношение 100:1 было выбрано т.к. во-первых, не приводит крезкому разложению перекиси водорода при появлении меди в растворе,во-вторых, низкая скорость травления и прозрачность раствора позволяютконтролировать процесс оптическим микроскопом.

Также ожидаетсявысокая равномерность травления, т.к. сначала на поверхности медидолжна образоваться тонкая пленка нерастворимого монохлорида меди, азатем произойти окисление монохлорида перекисью до растворимогобихлорида (лимитирующая стадия процесса).Раствор был заранее приготовлен в стеклянном стакане. Послетщательного перемешивания раствора, образец №13 был помещен встакан. Через 2 минуты кристалл ИС изменил цвет с оранжевого назеленый. Далее образец был извлечен из стакана и отмыт в УЗ ваннепоследовательно деионизированной водой и ацетоном.

На рисунке 2.4.2приведены изображения сечений образца №13 после проведенногопроцесса.а)б)Рис. 2.4.2. Изображения сечения поверхности образца №13 послетравления меди методом жидкостного травления в смеси соляной кислотыи перекиси водорода в течении 2-х минут (наклон образца 52°).109Анализ данных изображений показывает, что проводники М10удалены полностью, также полностью удалены межслойные проводникиМ10vМ9.Необходимоотметить,чтонижележащийслоймедныхпроводников М9 не поврежден. Диффузионно-барьерный слой из танталатакже не был удален.Образец №14Образец №14 представляет из себя кристалл ПЛИС Virtex-6 (см.п.

2.2.2), подготовленный аналогично образцу №1. Данный образецобрабатывался аналогично образцу №13 в течении 4 минут. Увеличениевремени процесса обусловлено проверкой возможности повреждениянижележащих медных проводников М9. На рисунке 2.4.3 приведеныизображения поверхности и сечения образца №14 после проведенногопроцесса. Анализ данных изображений показывает, что проводники М10удалены полностью, также полностью удалены межслойные проводникиМ10vМ9.

Нижележащий слой медных проводников М9 и ДБС попрежнему не повреждены.а)б)Рис. 2.4.3. Изображения поверхности (а) и сечения (б) поверхностиобразца №14 после травления меди методом жидкостного травления всмеси соляной кислоты и перекиси водорода в течении 4-х минут(а - наклон образца 0°; б - наклон образца 52°).110Проведенныеэкспериментальныеисследованияпозволяютутверждать, что жидкостное травление медных проводников системымежсоединений ИС предпочтительней осуществлять в смеси солянойкислоты и перекиси водорода.

При реализации данного метода, ДБС изтантала выступает в качестве стоп-слоя и предотвращает травлениенижележащих проводников. Также необходимо отметить, что принеобходимости удаления только слоя проводников (таким образом, чтобымежслойные контакты остались не поврежденными), контролироватьпроцесстравлениястановитсязатруднительным.Этосвязаноснеравномерностью процесса травления, которая объясняется влияниемкристаллической ориентации зерен меди на скорость травления.2.5Выводы к главе 21. Для проведения экспериментальных исследований в областижидкостного травления медных проводников системы межсоединений ИС,использовалось следующее оборудование:- система вакуумно-плазменного травления PlasmaLab 100;- система химико-механической полировки MultiPrep;- система жидкостного травления Omnietch2;- растровый электронно-ионный микроскоп Quanta 200 3D;- растровый электронный микроскоп NovaNanoSem230;- система локального рентгено-спектрального анализа QUANTAX.2.

Экспериментальныеисследованияпроводилисьнареальныхобразцах современных изделий микроэлектроники - кристаллах ПЛИСф. XILINX Virtex-4 и Virtex-6, подготовка которых включала:- обеспечение доступа к кристаллу (извлечение кристалла из корпуса);- обеспечение доступа к медным проводникам (удаление верхнихтопологических слоев).1113. В процессе экспериментальных исследований по селективномуудалению медных проводников ИС были опробованы различные методы:традиционногожидкостноготравленияитравлениянаосновеиспользования геля-носителя.4. В результате проведенных экспериментальных исследований поудалению медных проводников ИС на системе Omnietch2 ф.Nisene сиспользованием геля-носителя и травящей смеси на основе аммиака иперекиси водорода (рекомендованная ф.Nisene смесь для ЖТ меди), былоустановлено что:- процесс травления носит неравномерный характер;- травящая смесь неселективна к ДБС из тантала, что можетприводить к частичному удалению нижелележащих проводников;- скорость травления меди уменьшается с увеличением временихранения раствора.5.

Экспериментальныеисследованиятрадиционныхметодовжидкостного травления медных проводников ИС на основе использованияаммиачного комплекса двухвалентной меди и смеси соляной кислоты сперекисью водорода было установлено что:- скорость травления меди не зависит от времени хранения раствора,что позволяет прогнозировать время полного удаления проводников;- обе смеси позволяют удалять медные проводники ИС селективно поотношению к ДБС из тантала, что решает задачу полного удаления слояпроводников, без риска повреждения нижележащих слоев.6. Проведенныеэкспериментальныеисследования,позволяютутверждать, что наиболее подходящими методами травления медныхпроводников ИС являются традиционные методы ЖТ на основеиспользования аммиачного комплекса двухвалентной меди и смесисоляной кислоты с перекисью водорода.112Глава 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОСЕЛЕКТИВНОМУ УДАЛЕНИЮ МЕДНЫХ ПРОВОДНИКОВСИСТЕМЫ МЕЖСОЕДИНЕНИЙ ИС МЕТОДОМ СУХОГОТРАВЛЕНИЯВнастоящемразделедиссертациипредставленырезультатыэкспериментальных исследований в области сухого травления медныхпроводников системы межсоединений ИС, выполненных с применениемсистемы ВПТ PlasmaLab100.

Исследования выполнялись на реальныхобразцах современных изделий микроэлектроники - кристаллах ПЛИСф. XILINXVirtex-4иVirtex-6.Экспериментыбазировалисьнарассмотренных в разделе 1 теоретических исследованиях.Для проведения экспериментальных исследований использовалосьследующее оборудование:- система вакуумно-плазменного травления PlasmaLab 100 (п. 2.1);- система химико-механической полировки MultiPrep (п.