Отзыв оппонента - Вяткин (Технологические основы и методики послойного травления кристаллов интегральных схем с системой межсоединений на основе меди)

ОТЗЫВ официального оппонента на диссертацию Милованова Романа Александровича на тему: Технологические основы и метр ики послойного авления к исталлов интег альных схем с системой межсое. инений на основе ме и поспециальности05.27.06- Технология и обо ~ рвание ля и оизво ства пол и ово ников мате иалов и и ибо ов элект риной техники на соискание ученой степени кандидата технических наук.

Актуальность избранной темы. Современная микроэлектроника по многим своим параметрам уже давно трансформировалась в наноэлектронику и поэтому многие проблемы микроэлектроники приобрели новое звучание как потому, что размеры элементов современных микросхем ушли в нанометровые области, так и потому, что в составе микросхем появились новые материалы. Это относится в том числе и к металлическим межсоединениям, которые изготавливаются из меди. Микроминиатюризация элементов микросхем, являясь основной тенденцией современной микроэлектроники, отражается и на структуре металлических межсоединений, которая представляет собой многоуровневую ~более 10 слоев) систему металлической разводки, разделенную диэлектрическими прослойками.

Очевидно, что в такой сложной системе возможны нарушения, приводящие к отказам микросхем. По этой причине становятся актуальными задачи поиска и устранения причин отказов микросхем, которые могут быгь реализованы путем послойного травления областей микросхем, в которых созданы системы металлических межсоединений. Содержание диссеригации. В главе 1 диссертации представлен обзор литературы, описывающей основные проблемы, которые встречаются на пути послойного препарирования кристаллов микросхем, и методов их решения. Существенно, что для правильной ориентации в методах послойного препарирования важно понимать, как устроена структура кристалла и какими методами она создавалась.

По этой причине почти половина первой главы посвящена описанию этих процессов и структур. Вторая часть первой главы посвящена описанию существующих методов и технических решений, связанных с послойным травлением кристаллов микросхем. Анализируются методы сухого и жидкостного гравления для осуществления послойного препарирования. Под сухими подразумеваются методы вакуумно-плазменного травления. Указаны ограничения методов жидкостного травления. уже применяющихся на практике, сформулированы направления необходимых дополнительных исследований.

Рассмотрены многочисленные варианты вакуумно-плазменного травления в зависимости от состава компонентов плазмы. Оценены методы травления меди на основе использования циклических процессов и методы травления меди в хлорсодержащей плазме с использованием внешнего УФ излучения. Вторая глава описывает и анализирует собственные экспериментальные исследования по селективному удалению медных проводников системы межсоединений ИС методом жидкостного травления. Описывается комплект технологического и диагностического оборудования, использованного в работе в составе системы вакуумно-плазменного травления системы химико-механической полировки, системы жидкостного травления. растрового электронно-ионного микроскопа, растрового электронного микроскопа, системы локального рентгено-спектрального анализа.

В качестве образцов для экспериментальных исследований в области травления медных проводников системы межсоединений ИС использовались реальные образцы современных изделий микроэлектроники— кристаллы ПЛИС ф. Х11 1г1Х Ч1г1ех-4 и Ч1г1ех-6. Подробно описана методика подготовки кристаллов для последующих процессов травления. Установлено, что в качестве проводящего (нижнего) диффузионно-барьерного слоя (ДБС) в ПЛИС ф. Х11шх Чи~ех-4 используется тантал, а в качестве диэлектрического 1верхнего) ДБС используется нитрид кремния.

Нижние межслойные контакты (контакты между первым слоем металлических проводников М1 и активными элементами схемы) выполнены из вольфрама и имеют размеры 90 нм. На !4 образцах кристаллов с охарактеризованной структурой были проведены процессы жидкостного травления в различных режимах, описанных в первой главе. В результате установлено, что наиболее подходящими методами травления медных проводников ИС являются традиционные методы жидкостного травления на основе использования аммиачного комплекса двухвалентной меди и смеси соляной кислоты с перекисью водорода. В главе 3 проанализированы материалы экспериментальных исследований по селективному удалению медных проводников системы межсоединений ИС методом сухого травления.

Исследования выполнялись на реальных образцах с использованием того же комплекта технологического и диагностического оборудования, который был использован при выполнении работ, описанных во второй главе. Были использованы и исследованы как высокотемпературные (основанные на термодесорбции галогенидов меди), так и низкотемпературные методы (основанные на фотодесорбции галогенидов меди, усилении физической компоненты вакуумно-плазменного травления и циклических процессах) с вариацией условий осуществления процессов травления. Определено, что селективное, относительно ДБС, удаление меди возможно за счет термодесорбции хлоридов меди при использовании в качестве рабочего газа — ВС!ь при температуре образца 280'С и давлении 2 мТорр. Уменьшение температуры приводит к образованию хлоридов меди на поверхности кристалла, негативно влияющих на процесс травления.

Понизить температуру В1П меди за счет использования циклических процессов, в которых на первом этапе формировались галогениды меди, а на втором происходило их удаление физическим распылением, не удалось. равно как и за счет использования внешнего УФ излучения. В главе 4 разработан технологический маршрут 1обобщенная схема) послойного препарирования кристаллов в технологии анализа отказов современных ИС с системой межсоединений на основе меди и проведена экспериментальная проверка метода на примере кристалла ПЛИС Ъ'п1ех-4 ф.

Х1йпх. В результате показано, что разработанные методы селективного травления медных проводников системы межсоединений современных кристаллов, обеспечивают качественное выполнение послойного препарирования кристаллов с целью исследования топологических слоев на предмет локализации отказов катастрофического типа. Стеиень обоснованности научных положений, выводов и рекомендаций. Анализ материалов диссертации на предмет установления обоснованности научных положений, выводов и рекомендаций позволяет сделать следующие заключения.

Подробно исследованы особенности топологических слоев кристаллов с системой межсоединений на основе меди. Разработаны методики жидкостного травления медных проводников системы межсоединений кристаллов ИС селективного к диффузионным барьерным слоям, в том числе высокотемпературные, основанные на термодесорбции галогенидов меди, низкотемпературные. основанные на физическом распылении галогенидов меди. Проведена экспериментальная проверка разработанной методики для кристалла ПЛИС ф. Х1йпх Ипех-4, которая продемонстрировала возможность послойного препарирования кристаллов с медной системой межсоединений и тем самым показала обоснованность разработанных в диссертации научных положений, выводов и рекомендаций. Достоверность и новизна.

Представленную диссертацию отличает большой объем экспериментальных исследований, проведенных на образцах реальных кристаллов современных микросхем, что обеспечивает необходимые обоснования для доказательства их достоверности. Разработанные в работе методики жидкостного и сухого травления как низкотемпературные„ так и высокотемпературные отличает очевидный уровень новизны и определяет значимость для науки и практики полученных автором результатов. Копкретные рекомендаиии ио исиользовапшо результатов и выводов. Постановка задачи данной диссертационной работы с самого начала определяла практическую ее направленность.

Полученные результаты позволили сформулировать конкретные практические рекомендации„ отработать соответствующие технологические маршруты и провести экспериментальнунз проверку работоспособности всех технологических циклов послойного препарирования кристаллов с медной системой межсоединений. Достоинства и недостатки.

Грамотная постановка задачи и актуальность исследований, использование в работе широкого спектра современного технологического и диагностического оборудования, квалифицированный анализ результатов и формулировка основных выводов и практических рекомендаций — это то, что характеризует с лучшей стороны данную диссертационную работу и высокий научный уровень диссертанта. Официальный оппонент„ заместитель директора ФГБУН, ИПТМ РЛИ, доктор физико"матема'гических Наук, профессор Вяткин Л.Ф.

18.02.2016 г. тел: 8(095)962-80-74, 8(903) 2562236 е-ша11: чуа11с1п91рпп.ги 142432, Московская область, Ногинский район, Черноголовка, ул. Институтская, д. 6. Как и почти лкэбая диссертационная работа, посвященная исследованиям сложных практических задач, какой является задача разработки технологических основ и методик послойного травления кристаллов интегральных схем с системой межсоединений на основе меди, данная работа не свободна ог недостатков, Основным из которых, на мой взгляд, является перегруженность диссертационной работы различными данными экспериментальны~ исследований, главным ооразом микрофотографиями, полученными в сканирующем электронном микроскопе.

Большинство из них появляются в работе все-таки как украшение. а не иллюстрация, помогающая читателю понять мысли и рассуждения автора на тему исследуемых явлений и процессов. Диссертантом уже в предисловии к диссертации сказано *'Методы послойного препарирования кристаллов с системой межсоединений на основе алюминия хорошо изучены и описаны во множестве источников", тем не менее даже в основных выводах диссертации тема травления алюминиевой металлизации звучит как одно из основных достижений, хотя по сути это лишь небольшой фрагмент исследований в данной работе, Заключение. В целом данная диссертационная работа соответствует критериям, установленным Положением о порядке присуждения ученых степеней, утвержденного Постановлением Правительства РФ от 30.01.2002 г. № 74 ( с изменениями, внесенными Постановлением Правительства РФ от 20.06,2011 г.

№ 475). Таким образом, диссертация Милованова Романа Александровича на соискание ученой степени кандидата технических наук является научно- квалификационной работой, в которой содержится решение задачи разработки технологических основ и методик послойного травления кристаллов интегральных схем с системой межсоединений на основе меди, имеющей существенное значение для современной микроэлектроники, что соответствует требованиям п.7 " Положения о порядке присуждения ученых степеней", а ее автор заслуживает присуждения искомой ученой степени, .