Диссертация (1091328), страница 7
Текст из файла (страница 7)
1.4.17) показывает, что приотсутствии УФ излучения высота медных линий увеличивается за счетобразования хлоридов меди - CuClX. Травление меди в данном случаеблокируется образовавшимся слоем. Однако, при использовании УФизлучения, высота медных линий уменьшается с увеличением временипроцесса. Что является индикатором того, что происходит травление меди(медных линий).Также в работе [55] была получена зависимость скорости травлениямедных линий с использованием УФ излучения от температуры (85°С 225°С) образца (рис.
1.4.18).50Рис. 1.4.18. Зависимость скорости травления (etch rate) медных линийот температуры образца при использовании процесса с УФ излучением[55].Анализполученнойзависимостипоказывает,чтосростомтемпературы образца, скорость травления увеличивается. При этом,энергия активации процесса (0,12 eV), на порядок меньше тепловойэнергии сублимации CuCl в газообразный Cu3Cl3 (1,6 эВ) [56]. Такимобразом, можно сделать вывод, что процесс травления меди, в случаеиспользования УФ излучения, является не простым тепловым процессом, аразновидностью нетепловой фотодесорбции.Учитывая предполагаемую зависимость процесса фотодесорбциихлоридов меди от мощности УФ излучения, в работе [55], изменяямощность излучения оптическими аттенюаторами, была исследованазависимость скорости травления от мощности УФ излучения (рис.
1.4.19).Параметры процесса травления следующие:- RF мощность ICP: 500 Вт;- давление: 2 мТорр;- температура: комнатная;- отношение Cl2/N2: 1,5.51Рис. 1.4.19. Зависимость скорости травления (etch rate) медных линийот мощности УФ излучения - UV intensity (RF мощность ICP: 500 Вт;давление: 2 мТорр; температура: комнатная; отношение Cl2/N2: 1,5) [55].Анализ полученной зависимости (рис. 1.4.19) показал, что скоростьтравления меди растет почти линейно при малых значениях интенсивностиУФ излучения, и входит в насыщение при больших значенияхинтенсивности - в данном случае скорость травления меди ограничиваетсятолько скоростью образования CuCl. Характер зависимости может бытьобъяснен тем, что учитывая, что энергетический спектр применяемой УФлампы содержит значения энергии 2 эВ - 4 эВ (соответствует длине волны580 нм - 300 нм), превышающие энергию сублимации Cu 3Cl3 (≈ 1,6 эВ) иCuCl (≈ 2,2 эВ) [57], и CuCl обладает низкой отражательной способностьюв указанном диапазоне, большая часть энергии УФ фотонов поглощается,что усиливает сублимацию CuCl нетепловой фотодесорбцией [58].В связи с зависимостью характеристик травления меди от параметровпроцесса сухого травления (мощность, давление смещение, расход хлора),был проведен ряд экспериментов по исследованию их влияния на скоростьтравления.
На рисунке 1.4.20 приведена зависимость скорости травлениямеди от мощности ICP при следующих параметра процесса:- давление: 2 мТорр;52- температура: комнатная;- отношение Cl2/N2: 1,5.Рис. 1.4.20. Зависимость скорости травления (etch rate) медных линийот мощности - RF power (давление: 2 мТорр; температура: комнатная;отношение Cl2/N2: 1,5) [55].Увеличение мощности ICP источника приводит к росту скороститравления меди.
Известно, что увеличение ICP-мощности увеличиваетплотность ионов и радикалов хлора [59]. Следовательно, можно говорить отом, что скорость травления меди зависит от плотности ионов и радикаловхлора. Таким образом можно сделать вывод, что при достаточной длятравления меди интенсивности УФ излучения, лимитирующим процессомявляется химическая реакция меди с хлором [55].Увеличение давления в реакторе приводит к увеличению скороститравления меди (рис.
1.4.21) при параметрах процесса: RF мощность ICP:300 Вт; температура: комнатная; отношение Cl2/N2: 0,25.Для таких электроотрицательных газов, как хлор характерны высокиескорости рекомбинации ионов в газовой фазе [60], поэтому увеличениедавления приводит к уменьшению плотности ионов и росту количестварадикалов, которые увеличивают хлор (х) в хлоридах меди CuCl X [61] искорость образования CuClX [57]. Для соединений CuClX с увеличением х уменьшается отражательная способность УФ излучения, т.е. степень53абсорбции УФ фотонов повышается и, как следствие, десорбция продуктовреакции (хлоридов меди) улучшается [55].Рис.
1.4.21. Зависимость скорости травления (etch rate) медных линийот давления в ректоре - pressure (мощность ICP: 300 Вт; температура:комнатная; отношение Cl2/N2: 0,25) [55].На рисунке 1.4.22 показана зависимость скорости травления меди отпроцентного содержания хлора в смеси Cl2/N2. Анализ данной зависимостипоказывает, что скорость травления увеличивается с ростом отношенияхлор/азот. Такой характер зависимости может быть объяснен тем, что приувеличении отношения Cl2/N2 количество радикалов хлора растет [55] и,аналогично давлению в реакторе, увеличивает скорость травления.Рис.
1.4.22. Зависимость скорости травления (etch rate) медных линийот процентного содержания хлора в смеси Cl2/N2 - "Cl2 % in total flow"(мощность ICP: 300 Вт; температура: комнатная; давление: 2 мТорр) [55].54Таким образом, обобщая исследования, результаты которых показанына рисунках 1.4.21 и 1.4.22, можно утверждать, что плотность радикаловхлора играет очень важную роль в процессе травления меди.На рисунке 1.4.23 показана зависимость скорости травления меди отвеличины смещения на нижнем электроде (RF bias). Скорость травленияслабо увеличивается с ростом "RF bias".
Значение смещения оказываетслабое влияние на плотность радикалов хлора, однако увеличиваетэнергию ионов.Рис. 1.4.23. Зависимость скорости травления (etch rate) медных линийот величины смещения на нижнем электроде RF bias - "RF bias" (мощностьICP: 300 Вт; температура: комнатная; отношение Cl2/N2: 0,25) [55].Известно, что высокоэнергетические ионы подавляют травление меди[61],однако,впроведенныхвработе[55]экспериментальныхисследованиях, травление меди осуществлялось в режиме ограниченияскорости травления реакцией медь-хлор (из-за воздействия УФ излучения),что стало причиной увеличения скорости травления.Врезультатепроведенныхисследований,авторами[55]былпредложен процесс сухого травления меди, обеспечивающий скорость ееудаления 300 нм/мин.
На рисунке 1.4.24 приведены изображения образца55(рис. 1.4.16) после выполненного процесса с использованием (рис. 1.4.24а)и без использования УФ излучения (рис. 1.4.24б).а)б)Рис. 1.4.24. РЭМ изображения образца с медными линиями послевыполнения процесса сухого травления меди с использованием УФизлучения (а) и без (б) [55].Параметры процесса сухого травления меди следующие:- RF мощность ICP: 300 Вт;- давление: 5 мТорр;- температура: комнатная;- отношение Cl2/N2: 2;- смещение: -60 В;- скорость травления меди: 300 нм/мин.Методы травления меди на основе циклических процессовВ работе [62] показана возможность низкотемпературного (<20°C)сухого травления меди при использовании циклического процесса,содержащего следующие основные этапы:- сухое травление меди в плазме Cl2 (образование продуктов реакциитипа CuCl2);- удаление продуктов реакции в плазме H2 (перевод CuCl2 в Cu3Cl3 иего последующая десорбция).56Процесс выполнялся в ICP-реакторе (рис.
1.4.11) для медных пленоктолщиной 9 нм и 400 нм, осажденных на адгезионный слой из титана,толщиной 1 нм и 20 нм соответственно. В таблице 1.4.8 приведеныосновные параметры указанного циклического процесса.Таблица 1.4.8Параметры процессов сухого травления меди на основе циклического процесса вплазме Cl2/H2 [62].Толщина CuRF-мощностьICP-мощностьРасход Cl2Расход H2ДавлениеТемператураВремяКол-во цикловОст. толщина CuОбразец 1Образец 1Этап 1Этап 29 нм9 нм150 Вт150 Вт500 Вт500 Вт310 см /мин0 см3/мин30 см /мин10 см3/мин20 мТорр20 мТорр12-15°С12-15°С2 мин2 мин1 цикл0 нмОбразец 2Образец 2Этап 1Этап 2400 нм400 нм150 Вт150 Вт500 Вт500 Вт310 см /мин0 см3/мин30 см /мин10 см3/мин20 мТорр20 мТорр12-15°С12-15°С2 мин5 мин10 циклов30,8 нмПри травлении медного слоя, толщиной 9 нм (образец 1), полноеудаление меди происходило после выполнения одного цикла (этап 1 и этап2).
Контроль удаления осуществлялся методом XPS - рентгеновскойфотоэлектронной спектроскопии (рис. 1.4.25).Рис. 1.4.25. XPS спектр образца с медной пленкой толщиной 9 нм дотравления (before etching) и после одного цикла (after etching) [62].57При травлении медного слоя, толщиной 400 нм (образец 2), послевыполнения десяти циклов травления (этап 1 и этап 2), толщина медногослоя составила 30,8 нм (рис. 1.4.26).Рис. 1.4.26. XPS спектр образца с медной пленкой толщиной 400 нмдо травления (before etching) и после 10 циклов травления (after etching)[62].В процессе выполнения экспериментальных исследований авторы [62]обнаружили, что скорость удаления меди нелинейно зависит от количествациклов травления (рис.
1.4.27). Причины такой нелинейности авторы невыяснили.Рис. 1.4.27. Зависимость толщины медной пленки от количествациклов травления [62].Еще одним методом низкотемпературного травления меди на основециклического процесса является метод объединяющий в себе этапы сухогои жидкостного травления.58В работе [63] упоминается циклический метод, включающийследующие этапы:- сухое травление меди в плазме на основе HBr;- жидкостное травление бромидов меди в растворе HCl.На первом этапе осуществляется сухое травление меди, частичномаскированной слоем фоторезиста, в реакторе типа RIE (рис. 1.4.28) соследующими параметрами процесса:- мощность: 600 Вт;- давление: 20 мТорр;- температура: 25°С;- расход HBr: 20 см3/мин;- время: 1 минута.Рис.
1.4.28. Схема диодного плазменного реактора типа RIE (reactiveion etch).На рисунке 1.4.29а приведено изображение фрагмента образца послевыполнения 1-го этапа. Анализ данного изображения показывает, что медьпреобразовалась в продукты реакции (reaction product), в то время как слойфоторезиста (PR - photoresist) выглядит не поврежденным.59На втором этапе продукты реакции (различные бромиды меди типаCuBrX) были удалены раствором 6%-ной соляной кислоты (HCl), афоторезист - стандартным растворителем на основе ацетона.
На рисунке1.4.29б приведено изображение фрагмента образца после выполнения 2-гоэтапа. Анализ данного изображения показывает, что немаскированныеобласти медного слоя были удалены.а)б)Рис. 1.4.29. РЭМ изображения образца после выполнения 1-го этапапроцесса - бромирования меди (а) и после выполнения 2-го этапа процесса- удаления продуктов реакции в растворе HCl и фоторезиста (б) [63].По результатам проведенных в работе [63] исследований, можносделать следующие выводы:- исследуемый циклический процесс позволяет добиться высокихскоростей удаления меди (до 400 нм/мин);- скорость реакции (процесс бромирования меди) увеличивается сростом давления и мощности;- концентрация(бромированиебомбардировки;Brмеди)оказываетвбольшейвлияниестепениначемскоростьэнергияреакцииионной60- удаление толстых слоев меди может осуществляться повторениемнескольких циклов описанного процесса.Аналогичный приведенному в источнике [63] подход к травлениюмеди приведен в [64 -66].
В данных работах на 1-м этапе циклическогопроцесса травления меди вместо плазмы на основе HBr использоваласьплазма на основе хлоросодержащих газов (HCl и Cl2).1.5.Выводы к главе 11. Наиболее емким, с точки зрения производства ИС, является процессизготовления кристаллов. Учитывая объемы производства современныхзаводов-изготовителей, нарушение работоспособности кристаллов (отказ)приводит к серьезным финансовым потерям, что делает процесс иханализа отказов одним из приоритетных направлений деятельности впроизводстве.2. Нарушения в системе межсоединений (возникновение замыканийили обрывов в проводниках) приводит к искажению электрической схемыИС, что, как правило, влечет за собой нарушение ее работоспособности.Выявлениеобластейпоявленияподобныхнарушенийявляетсянеобходимым условием дальнейшего анализа их возникновения ипринятия мер по устранению причин вызвавших неисправность.3. Учитывая, что система межсоединений имеет многослойнуюструктуру,однимпрепарированиеизсметодовеепоследующиманализаявляетсяисследованиемпослойноеповерхноститопологических слоев.4.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
