Автореферат (1091323), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Список цитируемой литературы включает __77__наименований.Основное содержание работыВо введении дано обоснование актуальности темы и практической значимости работы,а также сформулированы ее цели, научная новизна, перечислены положения, выносимые назащиту.Первая глава содержит обзор литературы по теме диссертационной работы. Вчастности рассмотрены роль послойного препарирования кристаллов в технологии анализаотказов ИС, методы послойного препарирования кристаллов и селективного травления меди,а также особенности системы межсоединений ИС на основе меди.НеобходимостьисследованиякристалловвтехнологиианализаотказовИСобусловлена тем, что 50% отказов современной радиоэлектронной аппаратуры (РЭА)вызваны нарушением работоспособности ИС, значительная часть которых связана сдефектами при изготовлении кристалла.7После локализации области неисправности, ее анализ осуществляется исследованиемтопологических слоев.
Для этого могут быть использованы два основных подхода:исследование вертикальных сечений, выполненных при помощи растрового ионногомикроскопа(РИМ)илисистеммикрошлифования;ипоследовательныйанализтопологических слоев кристалла, осуществляемый в процессе послойного препарированиякристалла ИС.В настоящее время для послойного препарирования кристаллов ИС используютразличные методики, основанные на комбинации методов вакуумно-плазменного травления(ВПТ), жидкостного травления (ЖТ), ионно-лучевого травления (ИЛТ) и микрошлифования.Характеристикитопологическихслоевкристалла(материалыиструктуратопологических слоев, их толщина, способ межслойного соединения и взаимное положениепроводников в одном слое) играют определяющую роль при определении комбинацииприменяемых для его послойного препарирования методов и их параметров.Рассмотрены особенности системы межсоединений на основе меди, влияющие наметодологию послойного препарирования кристалла.
Основное отличие от системымежсоединений на основе алюминия состоит в способе формирования самих проводников.Если проводники системы межсоединений на основе алюминия формируют путем прямойфотолитографии, то при формировании медных проводников вначале наносят слоимежслойногоивнутрислойногодиэлектриков.Затемвэтихслояхспомощьюфотолитографии и процесса ВПТ создают углубления ("канавки" и "колодцы"), рисуноккоторых соответствует будущим медным проводникам и межслойным соединениям. Далеепоследовательно наносят тонкий диффузионно-барьерный слой (ДБС) и слой меди одним изметодов, позволяющих заполнить углубления в диэлектрике без образования пустот (какправило, электрохимически).
После этого проводится операция планаризации, в процессекоторой медь и ДБС удаляют с поверхности диэлектрика и остаются только внутриуглублений, в результате чего образуются медные проводники, со всех сторон заисключениемверхнейокруженныеизолирующимдиэлектриком.Данныйметодформирования медных проводников называют "двойная дамасская технология" (англ. "dualdamascene").Дано описание основных подходов к селективному травлению меди, которые можноразделить на методы жидкостного и сухого (в т.ч.
ВПТ) травления.Показано, что основным условием ЖТ меди является образование растворимого в водепродукта реакции (любая растворимая соль или растворимый комплекс). Поскольку в8электрохимическом ряду напряжений металлов медь находится за водородом и нерастворяется в большинстве неорганических и органических кислот (связано с тем, чтопротон водорода не может окислить медь до степени окисления +1 или +2), то для того,чтобы перевести медь в раствор, необходим сильный окислитель (например: кислород,перекись водорода, азотная или концентрированная серная кислоты).Показано, что основным условием ВПТ травления меди является десорбция продуктовреакции (галогенидов меди) с поверхности.
Рассмотрены основные подходы к ВПТтравлению меди, которые можно классифицировать следующим образом:- методы травления меди в хлорсодержащей плазме (Cl2, BCl3, Cl2/BCl3);- методы травления меди в плазме на основе хлорсодержащих газов в смеси снейтральными газами типа аргон;- методы травления меди в бромсодержащей плазме (HBr, Br2);- методы травления меди в йодсодержащей плазме (CH3I/HI);- методы травления меди в плазме газовой смеси кислород/гексафторидацетилацетон;- методы травления меди в плазме на основе смеси водородосодержащих газов иаргона;- методы травления меди на основе использования циклических процессов (травлениемеди и последующее удаление продуктов реакции);- методы травления меди в хлорсодержащей плазме с использованием внешнего УФизлучения.Вовторойглавеприведеноописаниеэкспериментальныхисследованийпоселективному удалению медных проводников системы межсоединений ИС методом ЖТ.Рассмотрено применяемое оборудование и его роль в исследованиях, исследованыконструктивно-технологические особенности образцов - программируемых логическихинтегральных схем (ПЛИС) фирмы XILINX Virtex-4 и Virtex-6.
Показана процедураподготовки образцов к исследованиям (рис. 1), включающая обеспечение доступа ккристаллу (извлечение кристалла из корпуса) и обеспечение доступа к медным проводникам(удаление верхних топологических слоев - пассивирующие слои, слой алюминиевыхпроводников, межслойный диэлектрик).9а)б)Рис. 1. Кристалл ПЛИС фирмы XILINX Virtex-4(а) вертикальное сечения кристалла после осуществления к нему доступа;(б) поверхность кристалла после его подготовки к исследованиям.Исследование методов ЖТ медных проводников системы межсоединений ИСпроводилось для 14-ти образцов по двум основным направлениям: на основе использованиягеля - носителя, повышающего равномерность травления, и традиционные методы.Исследования методов ЖТ на основе использования геля - носителя проводились сиспользованием системы химического травления Omnietch2 фирмы Nisene и травящей смесина основе аммиака и перекиси водорода, растворенной в геле - гидроколлоиде.
Установлено,что:- процесс травления носит неравномерный характер (рис. 2а);- травящая смесь неселективна к ДБС из тантала, что может приводить к частичномуудалению нижелележащих проводников (рис. 2б);- скорость травления меди изменяется (уменьшается) в процессе травления (рис. 2б, в).Изменение соотношения перекиси и аммиака не влияет на стабилизацию скороститравления.
Потому в качестве травителя меди был выбран аммиачный комплексдвухвалентной меди, особенностью которого является то, что в роли окислителя выступаетсама медь, а не перекись водорода. Проведенные исследования показали, что процесстравления носит равномерный характер (за исключением областей крепления образца, гдескорость протока раствора замедляется) и скорость травления медных проводников неизменяется в процессе травления.10а)б)в)Рис. 2. Изображения вертикальных сечений образца после выполнения жидкостноготравления меди травящей смесью на основе аммиака и перекиси водорода, растворенной вгеле - гидроколлоиде демонстрирующие:(а) неравномерность травления;(б) повреждение нижележащего слоя проводников;(б и в) разную скорость травления одним раствором за равный промежуток времени.ЭкспериментальныетрадиционнымиметодамиисследованияжидкостногопоудалениютравлениямедныхпроводилисьпроводниковсИСиспользованиемаммиачного комплекса двухвалентной меди (рис.
3а) и смеси соляной кислоты с перекисьюводорода (рис. 3б). Установлено, что:- скорость травления меди не изменяется в процессе травления, что позволяетпрогнозировать время полного удаления проводников;11- обе смеси позволяют удалять медные проводники ИС селективно по отношению кДБС из тантала, что позволяет полностью удалить слой проводников без риска повреждениянижележащих проводников (рис. 3).а)б)Рис. 3. Изображения вертикальных сечений образца после выполнения жидкостноготравления меди традиционными методами:(а) аммиачным комплексом двухвалентной меди;(б) в смеси соляной кислоты и перекиси водорода.Таким образом, проведенные исследования показали, что оптимальными методами ЖТмедных проводников ИС являются традиционные методы на основе аммиачного комплексадвухвалентной меди и смеси соляной кислоты с перекисью водорода.Втретьейглавеприведеноописаниеэкспериментальныхисследованийпоселективному удалению медных проводников системы межсоединений ИС методом ВПТ сиспользованием системы PlasmaLab100 фирмы OIPT.
Подготовка образцов к исследованиямосуществлялась аналогично методам ЖТ.Описаны экспериментальные исследования по двум основным направлениям:высокотемпературным методам, основанным на термодесорбции галогенидов меди, инизкотемпературным методам, основанным на фотодесорбции галогенидов меди, усилениифизической компоненты ВПТ и циклических процессах. При проведении исследованийиспользовались следующие газы и их смеси: BCl3, HBr, BCl3/HBr/Ar, BCl3/Ar, Cl2, Cl2/Ar,BCl3/N2.При использовании рекомендованных фирмой OIPT параметров процесса ВПТ меди,поверхность образца пассивировалась хлоридами меди вследствие их малой летучести (рис.4).12а)б)Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
