Диссертация (1091328), страница 17
Текст из файла (страница 17)
3.1, процесс №4)этап 1(прогрев)этап 2расход BCl30 см3/мин5 см3/минрасход N250 см3/мин0 см3/минмощность RF100 W250 Wмощность ICP290 W290 Wдавление в камере50 мТорр2 мТоррвысота стола0 мм0 ммтемпература280°С280°Сдавление He5 мТорр5 мТоррвремя процесса5 мин5 минРецепт №2 (п. 3.2.1, процесс №4)этап 1(прогрев)этап 2расход BCl30 см3/мин1 см3/минрасход N250 см3/мин0 см3/минрасход Ar0 см3/мин5 см3/мин161мощность RF100 W150 Wмощность ICP290 W290 Wдавление в камере50 мТорр2 мТоррвысота стола0 мм85 ммтемпература100°С100°Сдавление He5 мТорр5 мТоррвремя процесса5 мин5 минРецепт №3 (п. 3.2.1, процесс №4)этап 1этап 1.1(прогрев)этап 1.2расход BCl30 см3/мин1 см3/минрасход N250 см3/мин0 см3/минрасход Ar0 см3/мин5 см3/минмощность RF100 W290 Wмощность ICP290 W0Wдавление в камере50 мТорр2 мТоррвысота стола0 мм85 ммтемпература100°С100°Сдавление He5 мТорр5 мТоррУФ источник-HSBWвремя процесса5 мин5 минэтап 2- жидкостное травление в 6% растворе HCl (10 мин);- отмывка в УЗ ванне (5 мин).Планаризация поверхности кристалла требуется после удаленияпроводников, для исключения влияния остаточного рельефа поверхности162на последующие этапы препарирования.
В зависимости от глубинырельефа могут быть использованы два основных подхода:- механическое шлифование [68];- ионно-лучевое травление (под малыми углами к поверхности) [75].Механическое шлифование может быть осуществлено при помощисистемы химико-механической полировки MultiPrep (п. 2.1) с следующимипараметрами:- тип полирующего диска:мягкий ворсовый, RED FINAL C с3мкм алмазной абразивной пастой;- скорость полирующего диска: 150 об\мин;- усилие прижима образца к диску: 50 г;- подача воды на диск: отсутствует, диск заранее смачивают водой израспылителя;- направление вращения полирующего диска: изменяется в процессешлифовки каждые 2 минуты;время шлифовки: 8 минут.Ионно-лучевое травление может быть осуществлено при помощисистемы ИЛТ типа IM-50 ф. OAR со следующими параметрами:- напряжение сетки "Screen":750 В;- напряжение сетки "Acceleration": -250 В;- ток нейтрализатора:2 А;- мощность RF плазмы:150 Вт;- расход Ar:6 см;- угол наклона поверхности об-ца:5°;- давление в камере:1,5*10-4 Барр;- вращение:вкл;- время процесса:20 мин.163Удаление межслойного и внутрислойного диэлектриков обычноосуществляется в одном процессе методом ВПТ оксида кремния.
В связи стем, что структура данных диэлектриков обычно многослойна и содержитLow-k диэлектрик, ДБС (обычно нитрид кремния) и др, желательноприменять рецепты с низкой селективностью (или ее отсутствием) книтриду кремния (например, приведенными в [6, 9]).Удаление межслойного (M1vPoly) и внутрислойного (dPoly)диэлектриков осуществляется в одном процессе методом ВПТ оксидакремния. При этом, особенностью применяемых рецептов являетсятребование по селективности к кремнию (например, приведенным в [6]).УдалениеслояпроводниковPolyможетбытьосуществленовыдерживанием кристалла в 20% растворе плавиковой кислоты (5 минут) споследующей отмывкой ацетоном в УЗ ванне.4.2.Экспериментальная проверка метода на примерекристалла ПЛИС Virtex-4 ф.
XilinxЭкспериментальная проверка метода послойного препарированиякристаллов с системой межсоединений на основе меди выполнялась напримере кристалла ПЛИС Virtex-4 ф. Xilinx.Исследование данных о конструктивных особенностях образца (п.2.2.1) позволяют утверждать, что кристалл ПЛИС Virtex-4 XC4VLX25 ф.XILINX выполнен по планарной технологии, за исключением (верхнего)слоя проводников М12, и содержит двенадцать слоев проводников.Проводники верхнего слоя (M12) выполнены из алюминия с подслояминитрида титана снизу проводника.
Проводники М11...М3 и межслойныесоединения слоев М11 - М10...М3 - М2 выполнены из меди по "двойнойдамасской" технологии. Слой проводников М2 выполнен из меди по"дамасской" технологии. Межслойные соединения М2-М1, М2-кремний164выполнены вольфрамовыми столбиками. Нижний слой проводников изполикремния. Пассивация двуслойная: нитрид кремния - оксид кремния. Втаблице4.2.1приведеныосновныепараметрыихарактеристикитопологических слоев кристалла ПЛИС Virtex-4 XC4VLX25 ф. XILINX,которые необходимо знать для его послойного препарирования.Учитывая данные о структуре и характеристиках топологическихслоев кристалла (табл. 4.2.1), был сформулирован алгоритм его послойногопрепарирования (рис.
4.2.1).Таблица 4.2.1.Основные параметры топологических слоев кристалла ПЛИС Virtex-4XC4VLX25 ф. XILINXп.п. топологический слойтолщина1.1,1 мкмПассивацияматериал1.1- верхний слой0,6 мкмнитрид кремния1.2- нижний слой0,5 мкмоксид кремния2.Слой проводников М122,1 мкм2.1- основной слой2,0 мкмалюминий2.2- нижний подслой0,1 мкмнитрид титана3.Межслойные проводники М12vМ11 1,3 мкмалюминий("колодец")4.Межслойная изоляция М12vМ111,25 мкм4.1- основной слой1,15 мкмоксид кремния4.2- нижний подслой0,1 мкмнитрид кремния5.Слой проводников М110,85 мкм5.1- основной слой0,8 мкммедь5.2- нижний подслой0,05 мкмоксид тантала6.Межслойная изоляция М11vМ101,0 мкм1656.1- основной слой0,9 мкмоксид кремния6.2- нижний подслой0,1 мкмнитрид кремния7.Слой проводников М100,82 мкм7.1- основной слой0,77 мкммедь7.2- нижний подслой0,05 мкмоксид тантала8.Межслойная изоляция М10vМ90,9 мкм8.1- основной слой0,8 мкмоксид кремния8.2- нижний подслой0,1 мкмнитрид кремнияСлой проводников М90,6 мкм9.9.1- основной слой0,55 мкммедь9.2- нижний подслой0,05 мкмоксид тантала10.
Межслойная изоляция М9vМ80,4 мкм10.1- основной слой0,3 мкмоксид кремния10.2- нижний подслой0,1 мкмнитрид кремния11. Слой проводников М80,5 мкм11.1- основной слой0,45 мкммедь11.2- нижний подслой0,05 мкмоксид тантала12. Межслойная изоляция М8vМ70,25 мкм12.1- основной слой0,15 мкмоксид кремния12.2- нижний подслой0,1 мкмнитрид кремния13.
Слой проводников М70,35 мкм13.1- основной слой0,3 мкммедь13.2- нижний подслой0,05 мкмоксид тантала14. Межслойная изоляция М7vМ60,25 мкм14.1- основной слой0,15 мкмоксид кремния14.2- нижний подслой0,1 мкмнитрид кремния15. Слой проводников М60,3 мкм16615.1- основной слой0,25 мкммедь15.2- нижний подслой0,05 мкмоксид тантала16. Межслойная изоляция М6vМ50,25 мкм16.1- основной слой0,15 мкмоксид кремния16.2- нижний подслой0,1 мкмнитрид кремния17. Слой проводников М50,3 мкм17.1- основной слой0,25 мкммедь17.2- нижний подслой0,05 мкмоксид тантала18. Межслойная изоляция М5vМ40,25 мкм18.1- основной слой0,15 мкмоксид кремния18.2- нижний подслой0,1 мкмнитрид кремния19.
Слой проводников М40,3 мкм19.1- основной слой0,25 мкммедь19.2- нижний подслой0,05 мкмоксид тантала20. Межслойная изоляция М4vМ30,25 мкм20.1- основной слой0,15 мкмоксид кремния20.2- нижний подслой0,1 мкмнитрид кремния21. Слой проводников М30,3 мкм21.1- основной слой0,25 мкммедь21.2- нижний подслой0,05 мкмоксид тантала22. Межслойная изоляция М3vМ20,25 мкм22.1- основной слой0,15 мкмоксид кремния22.2- нижний подслой0,1 мкмнитрид кремния23. Слой проводников М20,3 мкм23.1- основной слой0,25 мкммедь23.2- нижний подслой0,05 мкмоксид тантала0,25 мкмоксид кремния24. Межслойная изоляция М2vP116725. Межслойные проводники М2vP10,4 мкмвольфрам26.
Межслойные проводники М2vSi0,5 мкмвольфрам27. Слой проводников P0,1 мкмполикремний28. Защитный диэлектрик STI0,4 мкмоксид кремнияПодготовка кристалла к препарированию.После отсоединения кристалла ИС из печатной платы корпуса (п.2.2.1) и удаления остатков припоя ватным тампоном на его поверхностибыли обнаружены фрагменты коммутационных оловянных шариков и клея(рис.4.2.2),которыенеобходимоудалить.Процедураудалениявыполнялась при помощи системы микрошлифования Alied MultiPrep.Параметры шлифовки приведены в таблице 4.2.2.Таблица 4.2.2Параметры шлифовки фрагментов коммутационных шариков и клея наповерхности кристалла ПЛИС Virtex-4 XC4VLX25.ПараметрТип полирующего диска:Значениетвердый безворсовый,Скорость полирующего диска:Усилие прижима образца к диску:Подача воды на диск:Направление вращения образца:алмазным абразивом250 об/мин100 гприсутствуетпротивоположно вращению дискас3мкмПосле проведенной подготовки кристалла к препарированию, остаткикоммутационных оловянных шариков и клея были удалены.
На рисунке4.2.3 показаны изображения фрагментов топологии кристалла.168Рис. 4.2.1. Алгоритм послойного препарирования ПЛИС Virtex-4XC4VLX25 ф. XILINX.169а)б)Рис. 4.2.2. Изображения фрагментов топологии кристалла ПЛИСVirtex-4 XC4VLX25 ф. XILINX после отсоединения кристалла ИС изпечатной платы корпуса.а)б)Рис. 4.2.3.
Изображения фрагментов топологии кристалла ПЛИСVirtex-4 XC4VLX25 ф. XILINX после шлифовки - подготовки кристалла кпрепарированию(а - наклон 0°, б - наклон 52°).Анализ данных изображений показал, что поверхность пассивациировная и чистая (без остатков олова и клея). Таким образом, было приняторешение, что кристалл готов к дальнейшему препарированию.170Удаление пассивации и dM12.Пассивация и внутрислойный диэлектрик dM12 удалялась в одномпроцессе методом ВПТ на системе PlasmaLab100 с параметрами процесса(процесс ВПТ пассивации кристалла ПЛИС Virtex-4 XC4VLX25 ф.XILINX) приведенными ниже.Процесс ВПТ пассивации кристалла ПЛИС Virtex-4 XC4VLX25 ф.XILINXрасход CF436 см3/минрасход O29 см3/минрасход Ar40 см3/минмощность RF150 Wмощность ICP290 Wдавление в камере25 мТоррвысота стола0 ммтемпература20°Срасход He5 см3/минвремя процесса8 минАнализ изображений поверхности кристалла (рис.
4.2.4) показал, чтопассивация удалена полностью и равномерно. На следующем этапепрепарирования был удален слой проводников М12 (алюминий). Даннаяпроцедура выполнялась методом ВПТ с параметрами приведенными ниже(процесс ВПТ слоя проводников М12). На рисунке 4.2.5 приведеныизображения фрагментов поверхности кристалла после удаления слояпроводников М12. Анализ данных изображений показал, что слой М12удален полностью. Вместе с тем имеет место рельеф, который необходимоудалить(планаризоватьповерхность)межслойного диэлектрика М12 - М11.передначаломтравления171а)б)Рис. 4.2.4. Изображения фрагментов топологии кристалла ПЛИСVirtex-4 XC4VLX25 ф. XILINX после ВПТ пассивации.а)б)Рис. 4.2.5.
Изображения фрагментов топологии кристалла ПЛИСVirtex-4XC4VLX25ф.XILINXпослеВПТслояалюминиевыхпроводников М12 (а - наклон 0°, б - наклон 45°).Процесс ВПТ слоя проводников М12 (алюминий) кристалла ПЛИСVirtex-4 XC4VLX25 ф. XILINXрасход HBr15 см3/минмощность RF50 Wмощность ICP290 Wдавление в камере2 мТорр172высота стола0 ммтемпература40°Срасход He10 см3/минвремя процесса8 минПланаризацияповерхностикристалла(удалениеостаточногорельефа) выполнялась методом механической шлифовки с параметрами,приведенными в таблице 4.2.3. Анализ результатов планаризации (рис.4.2.6) показал, что рельеф удален.Таблица 4.2.3.Параметры шлифовки образца - планаризация после ВПТ слоя М12.ПараметрТип полирующего диска:Значениемягкий ворсовый, RED FINAL C с3мкм алмазной абразивной пастойСкорость полирующего диска:150 об\минУсилие прижима образца к диску: 50 гПодача воды на диск:отсутствует,дискзаранеесмачивают водой из распылителя.Направлениевращения изменяли в процессе шлифовкиполирующего диска:каждые 2 минутыВремя шлифовки:10 минута)б)Рис.
4.2.6. Изображения фрагментов топологии кристалла ПЛИСVirtex-4XC4VLX25послемеханическойшлифовкирельефа,образовавшегося при ВПТ слоя проводников М12 (а - х500, б - х6000).173Следующим этапом препарирования стало удаление межслойного(М12vМ11)ивнутрислойного(dM11)диэлектриков.Дляэтогоиспользовался ВПТ процесс, параметры которого приведены ниже.Процесс ВПТ межслойного (М12vМ11) и внутрислойного (dM11)диэлектриков кристалла ПЛИС Virtex-4 XC4VLX25 ф. XILINXрасход CF436 см3/минрасход O29 см3/минрасход Ar40 см3/минмощность RF150 Wмощность ICP290 Wдавление в камере25 мТоррвысота стола0 ммтемпература20°Срасход He0 см3/минвремя процесса14 минАнализ результатов ВПТ (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
