Диссертация (1091328), страница 2
Текст из файла (страница 2)
decapsulation) обычно зависит от типа корпуса ИС,доступного оборудования и типа планируемых исследований.8Если объектом исследования является ИС типа 3D-package состековым расположением кристаллов (рис. 1.1.2), то стандартные методыосуществления доступа к кристаллу не позволяют осуществить анализнижних кристаллов (кристаллы 2 - 4, рис. 1.1.2) без выполнения операцииих разделения [7].кристалл 1кристалл 2кристалл 3кристалл 4Рис.
1.1.2. Схема ИС типа 3D-package, объединяющей в одномкорпусе четыре кристалла, расположенных стеком [7].Исследования, включающие электрическое тестирование, могутбыть организованы с использованием коммутационной схемы кристалл внешние выводы (КВВ) и применением ИК микроскопии или растровойэлектронной микроскопии (РЭМ). В случае повреждения коммутационнойсхемыилинеобходимостианализавнутреннихцепейкристалла,напряжения или тестовые последовательности могут подаваться сиспользованием контактных зондов или на путях восстановления схемыКВВ [8].Анализнекоторыхвнутреннихэлементовкристалламожетпотребовать удаления группы верхних топологических слоев (например,при исследовании ячеек статического ОЗУ).После локализации области неисправности, анализ ее характераосуществляется исследованием топологических слоев. Для этого могутбыть использованы два основных подхода: исследование вертикальныхсечений, выполненных при помощи растрового ионного микроскопа(РИМ) или систем микрошлифования; и последовательный анализ9топологическихслоев,осуществляемыйвпроцессепослойногопрепарирования кристалла ИС.Таким образом, процедура послойного препарирования являетсяважным этапом анализа отказов ИС, и может быть использована приисследовании топологических слоев или электрическом тестировании (дляудаления группы верхних топологических слоев).1.2.Методы послойного препарирования кристаллов ИС1.2.1.
Требования к методам послойного препарированияОбщие требования к методам послойного препарирования кристалловИС определяются структурой его топологических слоев. На рисунке 1.2.1,на примере изображения вертикального сечения, показан примеробобщеннойсхемытопологическихслоевкристаллассистемоймежсоединений на основе алюминия.Рис. 1.2.1. Схема вертикального сечения кристалла ИС с системоймежсоединений на основе алюминия [1].Учитывая особенности структуры системы межсоединений, методыприменяемыедляпослойногопрепарированиядолжныобладать10селективностью достаточной для обеспечения полного удаления одноготопологического слоя (например, внутрислойный диэлектрик М2) приминимальном повреждении соседних (например, слоя проводников Al М2 и межслойный диэлектрика М3vМ2).Контролируемостьметодаудалениятопологическогослоянеобходима для своевременной остановки процесса, минимизирующейповреждение нижележащих слоев.Также методы препарирования должны обеспечивать равномерность,позволяющую удалять требуемый топологический слой с одинаковойскоростьюповсейплощадикристалла.Применениеметодов,обеспечивающих неравномерное удаление топологического слоя можетпривести к повреждению нижележащих топологических слоев.Необходимо отметить, что не все приведенные требования кпараметрамнеобходимовыполнятьодновременно.Например,приселективном удалении слоя проводников М3 (рис.
1.2.1), неравномерноеудаление алюминия не приведет к повреждению межслойного диэлектрикаМ3vМ2.Илиприхорошейравномерностииконтролируемости,неселективное удаление внутрислойного диэлектрика М2 не приведет кповреждению межслойного диэлектрика М2vМ1.В настоящее время для послойного препарирования кристаллов ИСиспользуют различные методики основанные на комбинации методоввакуумно-плазменного травления (ВПТ), жидкостного травления (ЖТ),ионно-лучевого травления (ИЛТ) и микрошлифования [1].Методыматериалымикрошлифованиятопологическихслоевпозволяюткристалланеселективновудалятьплоскостиегосоприкосновения со шлифующей поверхностью.
Ввиду затруднений,связанных с выставлением кристалла ИС параллельно шлифующейповерхности, возможно возникновение ситуаций, когда часть проводников11может быть повреждена (сошлифована), а другая часть неоткрыта (рис.1.2.2а). При шлифовании кристаллов ИС с непланаризованной топологией,когда элементы одного топологического слоя не представляют единойплоскости, происходит одновременное шлифование элементов несколькихтопологических слоев (рис. 1.2.2б).а)б)Рис.
1.2.2. ИзображенияфрагментовкристаллаИСпослеегопрепарирования методом микрошлифования (а - шлифующая поверхностьне параллельна слоям кристалла; б - топологические слои кристалла непланарные) [1].Методыжидкостноготравленияоснованынапримененииразличных травящих растворов. В литературе можно найти описаниебольшого количества рецептов, позволяющих реализовывать методыжидкостноготравленияматериалов,изкоторыхвыполненытопологические и технологические слои кристаллов ИС. Наиболеераспространенные рецепты приведены в таблице 1.2.1. Недостаткамиданных методов являются низкая селективность удаления некоторыхматериалов (в основном межслойной изоляции) и неравномерностьпроцесса травления, в связи с чем, в зависимости от структурытопологическихслоев,можетвозникнутьповреждения соседних слоев (рис.
1.2.3).рискнежелательного12а)б)Рис. 1.2.3. Удаление металлических проводников верхнего слояметодом жидкостного травления (а - фрагмент топологии до травления;б - фрагмент топологии после травления) [1].Таблица 1.2.1Состав растворов для травления топологических и технологических слоевкристаллов ИС [1, 4, 6, 9,10, 11]материалSi3N4SiO2AlTiTiNCuTaсостав смесиH3PO4 (85%)HF (10%)HF (20%)1: HF (48%)6: NH4F (40%)7: глицерин1: CH3COOH(98%)1: NH4F (40%)1: H2O (деионизир.)1: HCl (30%)1: H2SO4 (30%)25: H3PO4 (85%)5: CH3COOH(98%)1: HNO3 (65%)200: HNO3 (65%)1: HF (40%)9: H2O2 (30%)2: NH3 (25%)5: HNO3 (65%)1: H2O (деионизир.)1: HF (40%)1: HNO3 (65%)1: H2O2 (37%)параметры процесса примечаниеT - 160°CСелективно к SiO2Неселективно к AlT - 60-90°CНеселективно к SiO2, AlT - 20-25°CНеселективно к AlT - 20-25°CСлабая селективность к AlT - 20-25°CT - 20-50°CT - 20-70°CT - 20-25°Ct - 20-25 cT - 50-55°Ct - 2-3 минT - 20-25°CT - 20-25°Ct - 30-40 cСлабая селективность к Al.Возможно образованиекристаллов AlF3Селективно к SiO2, TiNСелективно к SiO2,Менее селективно к TiNСелективно к SiO2,Неселективно к WНеселективно к SiO213Методы вакуумно-плазменного травления позволяют с высокойселективностью,равномерностьюиконтролируемостьюудалятьбольшинство материалов топологических слоев (рис.
1.2.4).В таблице 1.2.2 приведены наиболее распространенные газовыесмеси,позволяющиереализовыватьселективныепроцессыВПТматериалов топологических слоев. Для травления диэлектрических слоев(Si3N4, SiO2 и др.), как правило, используются F-содержащие газы.Основным механизмом травления при этом является образование летучихсоединений SiF4. Для травления металлических слоев в основномиспользуются Cl-содержащие газы, которые в процессе сухого травленияобразуют летучие соединения AlCl3, Al2Cl6.а)б)в)г)Рис.
1.2.4. Изображения фрагментов кристалла ИС после удаленияразличных топологических и технологических слоев методом ВПТ (а после удаления пассивации; б - после удаления алюминия топологическогослоя проводников; в - после удаления технологического подслоя TiN/Ti; г после удаления диэлектрического слоя между кремнием/поликремнием ипервым слоем металлических проводников - PMD) [1].Методы ионно-лучевого травления позволяют неселективно удалятьматериалы топологических слоев кристалла в области взаимодействия сионным лучом. Основными недостатками метода являются низкаяскорость удаления (0,3 - 1,0) нм/с [1], небольшая разница в скоростиудаления различных материалов (приводит к формированию рельефа на14поверхности) и перераспыление одних материалов поверх других(например, при ИЛТ кристалла на поверхности которого присутствуютэлементы диэлектрических и металлических слоев, поверхность топологиипокрывается тонким слоем алюминия).
Несмотря на приведенныенедостатки, метод ИЛТ активно используется при препарированиикристалловвкачествепромежуточногоэтападляустранениямикрорельефа однородного топологического слоя (например, оксидакремния).Таблица 1.2.2Состав газовых смесей для селективного травления топологических итехнологических слоев кристаллов ИС методом ВПТ [1, 4, 6, 9,10, 11]материалПолиимидSi3N4SiO2AlCuWTaTiсостав смесиO2 + CF4O2 + C4F8CF4 + O2NF3CHF3 + ArC4F8 + O2SF6 + O2BCl3HBrSiCl4Cl2CCl4CF4 + O2SF6CHF3 + ArC4F8 + O2примечаниеОсновной компонент - O2.Слабая селективность к Si3N4 и SiO2.Основной компонент F-содержащие газы.Хорошая селективность к Al, Cu.Возможно достижение хорошей селективности к SiОсновной компонент Cl-содержащие газы.Хорошая селективность к Si, SiO2.Основной компонент F-содержащие газы.Слабая селективность к Si3N4 и SiO2.1.2.2.
Влияние характеристик топологических слоев кристалла наопределение метода его препарированияХарактеристикитопологическихслоевкристаллаиграютопределяющую роль при определении комбинации применяемых для егопослойного препарирования методов и их параметров.15Основными характеристиками топологических слоев влияющими навыборметодапрепарированияявляются:материалыиструктуратопологических слоев, их толщина, способ межслойного соединения ивзаимное положение проводников в одном слое [1].Некоторые из приведенных характеристик накладывают ограничениянаприменимостьметодовпрепарирования.Например,методжидкостного травления позволяет с высокой селективностью к оксидукремния удалять медь в растворе HNO3/H2O (см. табл.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
