Диссертация (1091328), страница 18
Текст из файла (страница 18)
4.2.7) показал, что диэлектрик удаленполностью, слой проводников М11 - открыт.а)б)Рис. 4.2.7. Изображения фрагментов топологии кристалла ПЛИСVirtex-4 XC4VLX25 ф. XILINX после ВПТ межслойного (М12vМ11) ивнутрислойного (dM11) диэлектриков (увеличение х1300, наклон 52°).174Удаление слоя проводников М11 (медь) выполнялась методом ВПТ спараметрами приведенными ниже.Процесс ВПТ слоя проводников М11этап 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 минАнализ изображений фрагментов поверхности кристалла после ВПТслоя проводников М11 (рис.
4.2.8) показал, что слой М11 удаленполностью.а)б)Рис. 4.2.8. Изображения фрагментов топологии кристалла ПЛИСVirtex-4 XC4VLX25 ф. XILINX после ВПТ слоя медных проводников М11(а - наклон 0°, б - наклон 45°).175Вместе с тем имеет место рельеф, который необходимо удалить(планаризовать поверхность) перед началом травления межслойногодиэлектрика М11 - М10.На следующих этапах, аналогичным образом последовательноудалялись слои металлических проводников типа М X (в некоторыхслучаях, из-за наличия поверх проводников межслойных столбиков,использовался метод жидкостного травления смесью соляной кислоты иперекиси водорода), межслойный и внутрислойный диэлектрики (и dM Х), атакже осуществлялась планаризация межслойных диэлектриков типаМХvМX-1.
На рисунках 4.2.9 - 4.2.12 приведены изображения поверхностиобразца после выполненных этапов.а)б)Рис. 4.2.9. Изображения фрагментов топологии кристалла ПЛИСVirtex-4XC4VLX25ф.XILINXпосле(а - увеличение х12000, б - увеличение х20000).планаризацииМ11vM10176а)б)в)г)д)е)Рис. 4.2.10. Изображения фрагментов топологии кристалла ПЛИСVirtex-4 XC4VLX25 ф. XILINX после ВПТ М11vM10 и dM10 (а, б), ЖТМ10 (в), ВПТ М10vM9 и dM9 (г), ВПТ М9 (д), планаризации М9vM8 (е).177а)б)в)г)д)е)Рис. 4.2.11. Изображения фрагментов поверхности кристалла Virtex-4после ВПТ М9vM8 и dM8 (а), планаризации М8vM7 (б), ВПТ М8vM7 иdM7 (в), планаризации М7 vM6 (г), ВПТ М7vM6 и dM6 (д), ВПТ М6vM5 иdM5 (е).178а)б)в)г)д)е)Рис.
4.2.12. Изображения фрагментов топологии кристалла Virtex-4после ВПТ М5vM4 и dM4 (а), планаризации М4vM3 (б), ВПТ М4vM3 иdM3 (в), планаризации М3vM2 (г), ВПТ М3vM2 и dM2 (д), ВПТ M2 (е).179Удалениемежслойного(М2vP1)ивнутрислойного(dP1)диэлектриков выполнялось методом ВПТ на системе PlasmaLab 100.Параметры процесса приведены ниже.Процесс ВПТ межслойного (М2vP1) и внутрислойного диэлектриков(dP1) кристалла ПЛИС Virtex-4 XC4VLX25 ф. XILINXрасход CHF370 см3/минрасход Ar30 см3/минмощность RF200 Wмощность ICP0Wдавление в камере90 мТоррвысота стола50 ммтемпература20°Срасход He0 см3/минвремя процесса8 минАнализ результатов процесса (рис.
4.2.13) показал, что межслойный(М2vP1) и внутрислойный (dP1) диэлектрики удален полностью.а)б)Рис. 4.2.13. Изображения фрагментов топологии кристалла ПЛИСVirtex-4 XC4VLX25 ф. XILINX после ВПТ диэлектриков М2vP1 и dP1(а - увеличение х24000, наклон 0°; б - увеличение х60000, наклон 46°).180УдалениеслояполикремневыхпроводниковP1выполнялосьметодом жидкостного травления. Кристалл был погружен в пластиковыйхимический стакан с плавиковой кислотой (20%) на 5 минут. Далее, послеотмывки кристалла ацетоном в УЗ ванне, анализ его поверхности (рис.4.2.14) показал, что слой проводников P1 удален полностью.а)б)Рис. 4.2.14. Изображения фрагментов топологии кристалла ПЛИСVirtex-4 XC4VLX25 ф. XILINX после ЖТ слоя P1 (а - увеличение х8000,наклон 0°; б - увеличение х16000, наклон 46°).4.3.1. КонкретнаяВыводы к главе 4реализацияметодапослойногопрепарированиякристалла ИС с системой межсоединений на основе меди зависит отконструктивныхособенностейобразца(например,наличиедополнительного верхнего слоя проводников на основе алюминия и др.) идоступного оборудования.2.
В обобщенном виде схема послойного препарирования кристалла(количество проводящих слоев - Х) с системой межсоединений на основемеди включает следующие основные этапы: 1) подготовка кристалла кпрепарированию, 2) удаление пассивации, 3) удаление внутрислойногодиэлектрика dMX, 4) удаление верхнего слоя проводников MX, 5)181планаризация поверхности кристалла, 6) удаление межслойного (M(XY+1)vM(X-Y)) и внутрислойного (dM(X-Y)) диэлектриков, 7) удалениеслоя проводников M(X-Y), 8) циклическое повторение п.п. 5-7 (количествоциклов равно X-1), 9) удаление межслойного (M1vPoly) и внутрислойного(dPoly) диэлектриков, 10) удаление слоя проводников Poly.3.
Разработанныепроводниковсистемыметодыселективногомежсоединенийтравлениясовременныхмедныхкристаллов,обеспечивают качественное выполнение послойного препарированиякристаллов с целью исследования топологических слоев на предметлокализации отказов катастрофического типа.182ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ РАБОТЫ1. Исследованы особенности топологических слоев кристаллов ссистемой межсоединений на основе меди. Показаны их отличия откристаллов с системой межсоединений на основе алюминия:- основной материал проводника (вместо алюминия используетсямедь);- конструкция проводника (алюминиевые проводники представляютиз себя гетероструктуру TiN/Al/TiN/Ti, в то время как медные проводникисовсехсторонокруженыдиффузионно-барьернымислоями-проводящими снизу и по краям, и диэлектрическим сверху);- способ формирования проводников (алюминиевые проводникиформируются путем прямой фотолитографии, в то время как в меднойметаллизации вначале осаждается слои внутрислойного и межслойногодиэлектриков, далее, в этом слое, с помощью фотолитографии и ВПТ,создаются углубления, в которые последовательно наносятся ДБС и,электрохимически, слой меди, излишки которого удаляются ХМП).2.
Исследованы существующие методы послойного препарированиякристаллов ИС с системой межсоединений на основе алюминия.Основными являются:- методы жидкостного травления, которые применяются, в основном,дляселективногоудаленияпроводниковсистемымежсоединенийкристаллов ИС;- методы вакуумно-плазменного травления, которые применяются дляселективного травления большинства топологических слоев кристалловИС (проводящих и диэлектрических);183- методымикрошлифования,которыеприменяютсядлянеселективного удаления топологических слоев кристаллов, а также дляпланаризации поверхности кристалла между процессами препарирования;- методыионно-лучевоготравления,которыеприменяются,восновном, для планаризации поверхности кристалла между процессамипрепарирования.3.
Разработана методика селективного к ДБС жидкостного травлениямедных проводников системы межсоединений кристаллов ИС, основаннаяна применении аммиачного комплекса двухвалентной меди и смесисоляной кислоты с перекисью водорода. В процессе экспериментальныхисследований было установлено что:- скорость травления меди не зависит от времени хранения растворов,что позволяет прогнозировать время полного удаления проводников;- обе смеси удаляют медные проводники ИС селективно поотношению к ДБС из тантала, что позволяет полностью удалить слойпроводников, без риска повреждения нижележащих проводников.4.
Для системы ВПТ PlasmaLab100 разработаны следующие методикиселективногокДБСтравлениямедныхпроводниковсистемымежсоединений кристаллов ИС:- высокотемпературные, основанные на термодесорбции галогенидовмеди (результаты равномерного удаления медных проводников былиполучены с применением использовании в качестве рабочего газа - BCl 3, ипри температуре образца 280°С);- низкотемпературные,основанныенафизическомраспылениигалогенидов меди (получены результаты равномерного удаления меди длярабочей смеси BCl3/Ar при температуре образца 100°С), а также наприменении циклических процессов с этапом ЖТ (на первом этапе184происходит формирование хлоридов меди, а на втором их удалениеметодом ЖТ).5.
Разработана методика послойного препарирования кристаллов ИС ссистемой межсоединений на основе меди, включающая применениеметодов послойного препарирования для кристаллов с алюминиевойсистемоймежсоединений(удалениедиэлектриковипланаризацияповерхности), а также разработанные методики селективного к ДБСтравлениямедныхпроводников.Экспериментальнаяпроверкаразработанной методики для кристалла ПЛИС ф. Xilinx Virtex-4 показалавозможность послойного препарирования кристаллов с медной системоймежсоединений с применением указанной методики.185Список литературы1. Милованов Р.А., Буробин В.А., Щука А.А.. Роль послойногопрепарирования кристаллов в анализе отказов современных интегральныхсхем // Наукоемкие технологии, 2013.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
