Многослойные токопроводящие пленки полупроводниковых приборов и интегральных микросхем

Исследовано явление стресс-миграции в пленках сплава Al–Si, которое проявляется при протекании тока высокой плотности (порядка 105 А/мм2). По результатам исследований предлагается техническое решение, которое позволяет повысить качество получаемых пленочных структур. Его сущность заключается в формировании в пленках ловушек для мигрирующих атомов алюминия при протекании тока высокой плотности за счет формирования пассивирующего слоя TiN на поверхности слоя, например Al–1,5 %Si. При наличии развитого рельефа поверхности современных интегральных микросхем, например с субмикронными размерами элементов топологии, толщина и структура металлических токопроводящих пленок на ступеньках рельефа отличается от расположенных на планарных участках. Это приводит к появлению существенных градиентов механических напряжений, которые являются движущей силой стресс-миграции. Температурный коэффициент линейного расширения алюминия примерно в 20 раз больше, чем диоксида кремния, что обуславливает активную генерацию точечных дефектов в слое сплава на основе алюминия, который намного пластичнее диоксида кремния. Под действием градиента остаточных напряжений существующие в пленках точечные дефекты, например, вакансии, приходят в движение преимущественно по границе раздела металл-диэлектрик и со временем под влиянием тока высокой плотности приводят к образованию групповых дефектов в пленке сплава, в частности пустот, бугорков и др. Так как процессы стресс-миграции на этих участках происходят наиболее интенсивно, то в результате происходит разрыв пленок преимущественно на ступеньках топологического рельефа. Результаты исследования прошли апробацию и могут быть использованы при изготовлении кремниевых полупроводниковых приборов и интегральных микросхем.

1. Баранов, В.В. Приборы твердотельной электроники, тестирование, измерения. Биомедицинские диагностические технологии / В. В. Баранов // Доклады БГУИР. – 2014. – № 2 (80). – С. 23–31.

2. Emelyanov, V.A. Evolution of VLSIs Materials and Packaging Technology Correlated with Progress of Thin Films Deposition and Outlets Bonding Methods / V.A. Emelyanov, V.V. Baranov, F. V. Emelyanov // Proceedings of the 2nd Electronics System-Integration Technology Conference – ESTC-2008. – London, 2008. – P. 779–783.

3. Колешко, В. М. Массоперенос в тонких пленках / В.М. Колешко, В.Ф. Белицкий. − Минск: Наука и техника, 1980. − 296 с.

4. Емельянов, В.А. Технология микромонтажа интегральных схем / В. А. Емельянов; под ред. В.В. Баранова. – Минск: Беларус. навука, 2002. – 335 с.

5. Достанко, А. П. Распределение остаточных механических напряжений в тонких пленках / А. П. Достанко, В. В. Баранов, Я. А. Соловьев // Докл. Нац. акад. наук Беларуси. – 2002. – Т. 46, № 4. – С. 119–122.

6. Баранов, В.В. Изделия силовой электроники, датчики, биомедицинские технологии / В. В. Баранов // Докл. БГУИР. – 2019. – № 3 (121). – С. 70–75.

7. Достанко, А. П. Пленочные токопроводящие системы СБИС / А.П. Достанко, В. В. Баранов, В.В. Шаталов. − Минск: Высш. шк., 1989. − 238 с.