Фазовые превращения и дефектообразование в кремнии при локальном поверхностном нагреве тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.10, кандидат наук Корячко, Марина Валерьевна

• Корячко, Марина Валерьевна
• кандидат наук
• 2017

Оглавление диссертации кандидат наук Корячко, Марина Валерьевна

Оглавление

Введение

Глава 1. Особенности фазовых превращений и дефектообразования в полупроводниковых структурах при локальном поверхностном

нагреве

1.1. Структурные особенности основных полупроводниковых материалов и систем металлизации

1.2. Особенности системы металлизации полупроводниковых приборов и структур на основе алюминия

1.2.1. Однослойная металлизация на основе алюминия

1.2.2. Многослойные системы металлизации

1.3. Основные механизмы деградации полупроводниковых приборов

1.3.1. Классификация отказов

1.3.2. Основные деградационные механизмы, связанные с отказом системы металлизации

1.3.2.1. Электродиффузия

1.3.2.2. Механизмы контактного плавления

1.3.2.3. Электромиграция расплавленных зон

1.3.3. Дефектообразование в кремнии

Глава 2. Методика экспериментальных исследований

2.1. Исходные материалы и подготовка структур

2.2. Описание измерительного комплекса 44 2.2.1. Формирователь электрических импульсов тока различной формы

2.3. Метод регистрации тепловых процессов в системах металлизации на кремнии

Глава 3. Исследование фазовых превращений в кремнии при

тепловых ударах на его поверхности

3.1. Анализ тепловых режимов работы полупроводниковой структуры

3.2. Фазовые превращения, связанные с оплавлением систем металлизации

3.3. Контактное плавление как пример фазовых превращений на межфазной границе полупроводник-металл

Глава 4. Дефектообразование в кремнии при поверхностных тепловых

ударах

4.1. Образование дислокационных полупетель в условиях теплового

удара на поверхности кремния

4.2. Динамика дислокаций в легированном кремнии

4.3. Предполагаемая модель магнитостимулированных изменений

4.4. Влияние магнитных полей на образование и динамику

дислокаций в кремнии

4.5. Дислокационный ангармонизм в кремнии

Выводы

Список использованных источников

Приложения

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Фазовые превращения и дефектообразование в кремнии при локальном поверхностном нагреве»

Введение

Актуальность темы исследования

Одним из важнейших направлений исследований в физике полупроводников является изучение структурных и морфологических свойств материалов и приборов, в том числе при фазообразовании, как в самом полупроводнике, так и на межфазных границах. Используемые в полупроводниковой технологии материалы (монокристаллы, системы металлизации, контакты, пассивирующие пленки) являются термодинамически неравновесными, способными вступать между собой в различные реакции на границе раздела фаз. К примеру, в системе металл-полупроводник протекают гетерофазные процессы, движущей силой которых является наличие градиентов химических потенциалов в контактирующих фазах. Взаимодействие между компонентами может осуществляться как на стадии изготовления структур и последующих технологических операциях, так и в процессе эксплуатации полупроводникового прибора. Физика фазовых переходов в полупроводниках и контактных системах металл-полупроводник достигла больших успехов. В то же время, актуальными продолжают оставаться исследования процессов плавления-кристаллизации в условии нестационарного нагрева локальных участков полупроводниковых структур, процессов контактного плавления в системах металл-полупроводник, а также сопутствующие механизмы дефектообразования в полупроводнике в условиях локального плавления-кристаллизации. Это позволяет получить информацию о взаимодействии компонентов в нестационарных условиях, о механизмах динамики зарождения и миграции жидкой фазы как по поверхности, так и в объеме полупроводника. Особую значимость этим исследованиям придает то обстоятельство, что они позволяют определить оптимальные режимы работы прибора при импульсных воздействиях и разработать методики экспресс диагностики состояния полупроводниковой структуры. Именно по этой причине в последние годы усилился интерес к изучению фазовых превращений в полупроводниковых структурах.

Кроме того, рассматриваемые вопросы весьма актуальны при реализации процесса программирования постоянных запоминающих устройств (ПЗУ), в которых используются перемычки между шинами в виде пленочных проводников. Процесс программирования таких ПЗУ заключается в пережигании определенных перемычек. Электрическое пережигание перемычек не всегда обеспечивает надежное программирование ПЗУ, поскольку в процессе эксплуатации микросхемы может происходить восстановление проводимости перемычки (канала), приводящее к искажению записанной информации.

Вот почему исследования фазовых переходов в полупроводнике, в системах металлизации и на межфазных границах, а также сопутствующие механизмы дефектообразования в кремнии в условиях поверхностных тепловых ударов являются актуальными.

Степень разработанности темы

Фазовые превращения в полупроводниках и полупроводниковых приборах при их эксплуатации активно развиваются сегодня в связи с уменьшением размеров активных областей, изменением геометрии систем металлизации и поиском новых материалов. При изучении механизмов фазообразования и сопутствующей деградации наиболее подробно теоретически и экспериментально исследованы процессы контактного плавления, включая начальные этапы развития деградационных процессов, механизмы формирования и миграции оплавленных зон. Подобные процессы (включая нестационарные режимы) были зарегистрированы в течение последних 10 лет в связи с появлением соответствующей аппаратуры. Однако в литературе отсутствует детальный анализ фазовых превращений и дефектообразования в кремнии, последовательность развития процессов деградации в полупроводнике, распространение оплавленных зон как по поверхности, так и в объеме кристалла кремния при нестационарных воздействиях.

Цель диссертационной работы заключается в установлении закономерностей протекания фазовых переходов и образования структурных дефектов в кремнии в условиях теплового удара на его поверхности.

Достижение поставленной цели требует решения следующих задач:

1. Разработка измерительного комплекса для регистрации фазовых превращений в кремнии при локальном поверхностном нагреве;

2. Исследование фазовых превращений в объеме и на поверхности полупроводниковых материалов, а также структурных и морфологических особенностей разрушения систем металлизации на кремнии при воздействии импульсов тока различной формы;

3. Изучение особенностей образования дислокационных сегментов в полупроводнике в условиях тепловых ударов, а также их последующей динамики путем воздействия механических и магнитных полей.

Объекты исследования. Для изучения фазовых превращений использовались ориентированные в направлении (111) эпитаксиальные п-п+-структуры, где в качестве п+ подложки использовались легированные фосфором кремниевые пластины толщиной 400 мкм с удельным сопротивлением 0.01 Ом-см, а в качестве п-эпитаксиального слоя использовался легированный фосфором кремний толщиной 30...50 мкм с р=30...40 Омсм. На поверхности пластин методом оптической фотолитографии формировались системы металлизации на основе пленок алюминия (толщиной 1.3 мкм), нанесенных методом электронно-лучевого испарения в вакууме при остаточном давлении 2-10-4 Па. На ряде пластин перед напылением металла выращивались пиролитические пленки оксида или нитрида кремния толщиной 0,1.0,3 мкм.

Для изучения образования структурных дефектов использовались также пластины монокристаллического кремния, легированные бором или фосфором, ориентированные в направлении (111) и (100) с удельным сопротивлением р=0.01...40 Омсм.

Научная новизна диссертационного исследования заключается в следующем:

1. Выявлены основные конкурирующие механизмы, связанные с контактным

плавлением в системе кремний-алюминий и процессами оплавления металла, в

условиях прохождения токовых импульсов через дорожку металлизации: при

прохождении одиночного прямоугольного импульса тока длительностью не более

6

60 мкс и энергией 90 мДж наблюдается преобладание процессов оплавления металлической пленки над контактным плавлением на межфазной границе. Импульсы тока непрямоугольной формы длительностью от 80 мкс и выше с энергией до 250 мДж (скорость нарастания тока не более 50 мА/мкс) меняют приоритет, и начальным механизмом разрушения структур становится контактное плавление.

2. Установлен механизм перемещения межфазной границы в условиях прохождения импульса тока произвольной формы через напыленную на кремний металлическую дорожку, связанный с тепловыделением на границе твердой и жидкой фазы в процессе прохождения импульса. Экспериментально определены скорости распространения жидкой фазы по поверхности кремния (5...30 м/с) в рассматриваемых условиях.

3.Обнаружено образование приповерхностных дислокаций после прохождения через дорожку металлизации одиночного импульса тока энергией свыше 120 мДж и длительностью более 100 мкс. Впервые экспериментально зафиксировано влияние предварительной экспозиции кристаллов в постоянном магнитном поле (В=0.7 Тл, 1=30 мин) на увеличение плотности дислокаций в кремнии вблизи источника термоудара.

4.Впервые проведено исследование влияния постоянных магнитных полей на дислокационный ангармонизм монокристаллов кремния р- типа проводимости. Выявлено, что предварительная выдержка дислокационного кремния в постоянном магнитном поле приводит к изменению нелинейного модуля упругости четвертого порядка Ра. По изменению Ра экспериментально зафиксировано увеличение средней длины колеблющегося дислокационного сегмента в кремнии после экспозиции кристаллов в постоянном магнитном поле.

Теоретическая и практическая значимость работы заключается в следующем:

1. Выявлены и экспериментально подтверждены основные механизмы образования расплавленных зон на кремнии при воздействии импульсов тока различной формы.

2. Получены математические соотношения и предложена методика, позволяющая определить длину оплавленной зоны дорожки металлизации после прохождения одиночного импульса тока произвольной формы.

3. Обнаружено образование дислокационных полупетель в приповерхностных слоях кремния (до 30 мкм) после теплового удара, созданного импульсом тока прямоугольной и треугольной формы.

4. Установлено влияние предварительной экспозиции кристаллов в постоянном магнитном поле на величину нелинейного модуля упругости четвертого порядка, а также на длину колеблющихся дислокационных сегментов в кремнии.

5. Разработан измерительный комплекс, позволяющий исследовать полупроводниковые структуры при импульсном токовом воздействии.

6. На основании проведенных исследований разработана методика диагностики тонкопленочных систем на кремнии, которая успешно используется на предприятии для диагностики полупроводниковых датчиков.

Методология и методы диссертационного исследования. Осциллографический метод применялся для регистрации тепловых процессов в системах металлизации (цифровой запоминающий осциллограф ЛА-НР9100), металлографические исследования результатов деградационных процессов осуществлялись при помощи оптической микроскопии (микроскоп МЕТАМ Р1, МИИ-4), энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (рентгеновский дифрактометр D8 DISCOVER Bruker AXS и электронный микроскоп JSM-5910LV JEOL), при подготовке образцов применялись электрохимические методы. Изображение поверхности образцов было получено с помощью сканирующего электронного двухлучевого микроскопа Helios NanoLab 660. Для моделирования и проведения расчетов на ЭВМ использовались численные методы.

Положения и результаты, выносимые на защиту:

1. Скорость распространения жидкой фазы вдоль металлизированной поверхности полупроводника при прохождении импульса тока произвольной формы (длительностью от 50.. ..250 мкс и энергией от 150 мДж) составляет 5.. .30 м/с.

2. Образование отдельных дислокационных сегментов вблизи источника термоудара в кремнии начинается при прохождении одиночных импульсов тока прямоугольной и треугольной формы длительностью 100 мкс и энергией 120 мДж.

3. Предварительная выдержка дислокационного кремния (плотность дислокаций 104-106 см-2) в постоянном магнитном поле (В=0.7 Тл, t=30 мин) при комнатной температуре приводит к изменению длины колеблющегося дислокационного сегмента Ld на 30 %.

Достоверность научных результатов обеспечивается использованием независимых экспериментальных методов для исследования фазовых превращений и дефектообразования в кремнии, в том числе растровой электронной и оптической микроскопии, магнитометрическими методами. Эксперименты проводились в лабораториях на кафедрах «Физика» и «Динамика, прочность машин и сопротивление материалов», в Центре коллективного пользования Московского политехнического университета (г. Москва), в аналитической лаборатории мультимасштабной микроскопии Технопарка «Сколково» (г. Москва), в научном центре волоконной оптики РАН (г. Москва) на калиброванном оборудовании.

Обработка результатов измерений производилась с использованием лицензионных пакетов программ MS Office, Mathcad Professional, программной системы конечно-элементного анализа ANSYS.

Апробация работы

Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на следующих международных и всероссийских конференциях:

1. Всероссийская конференция по испытаниям и исследованиям свойств материалов «ТестМат-2012» (ФГУП «ВИАМ», Москва, 2012).

2. Международный симпозиум «Физика кристаллов 2013», посвященный 100-летию со дня рождения профессора М. П. Шаскольской. (НИТУ «МИСИС», Москва, 2013).

3. IV Международная научно-техническая конференция «Технологии микро- и наноэлектроники в микро- и наносистемной технике» (ИНМЭ РАН, Москва, 2014).

4. 85-ая Международная конференция ААИ «Будущее автомобилестроения в России» (Университет машиностроения, Москва, 2014).

5. V Международная конференция «Современные концепции научных исследований» (Евразийский союз ученых, Москва, 2014).

6. Международная научно-практическая конференция «Естественные и математические науки в современном мире» (Инновационный центр развития образования и науки, Уфа, 2014).

7. 11-я Международная научно-техническая конференция «Актуальные проблем электронного приборостроения» (СГТУ имени Ю. А. Гагарина, Саратов, 2014).

8. XI Международная научно-практическая конференция «Актуальные вопросы развития инновационной деятельности в новом тысячелетии» (Международный независимый институт математики и систем, Новосибирск, 2014).

9. XII Международная научно-практическая конференция «Научное обозрение физико-математических наук и технических наук в XXI веке» (Международное научное объединение «Prospero», Москва, 2014).

10. IX Международная конференция «Современные концепции научных исследований» (Евразийский союз ученых, Москва, 2014).

11. VI Международная конференция «Кристаллофизика и деформационное поведение перспективных материалов», посвященная 90-летию со дня рождения профессора Ю.А. Скакова (НИТУ МИСИС, Москва, 2015).

12. XXVIII Международная научная конференция «Математические методы в технике и технологиях» (РГРТУ, Рязань, 2015).

Публикации. Основное содержание диссертации отражают 6 статей в журналах, включенных в перечень ВАК, 15 докладов, представленных на международных конференциях.

Внедрение результатов

Полученные экспериментальные результаты использованы на предприятии ООО

«ОНПЦ «ИТ-Керамика»» для диагностики полупроводниковых датчиков

температуры, используемых при сушке керамики, а также при разработке экспресс

10

методик определения теплопроводящих свойств керамик (Приложение 1); при подготовке отчетов НИР по теме «Электромиграционные процессы в полупроводниках с участием жидкой фазы: поиск новых методов создания проводящих зон и каналов» (ГК №16.740.11.0514); НИР по теме «Экспериментальное изучение магнитопластического эффекта в металлах и полупроводниках. Поиск новых методов управления структурно-чувствительными свойствами кристаллов» (проект 7.5397.2011); гранта РФФИ №15-07-02788 «Магнитная память в полупроводниках с дислокациями. Поиск элементной базы для квантового компьютера»; гранта РФФИ №13-07-00514 «Спин-зависимые состояния в подсистеме структурных дефектов в монокристаллах кремния»; НИР по теме «Влияние постоянного магнитного поля на механизмы формирования структурно-чувствительных свойств диамагнитных кристаллов» (проект 9.8392.2017/БЧ) и внедрены в учебный процесс в Московском политехническом университете по направлениям подготовки бакалавров 27.03.04 «Управление в технических системах» и 10.03.01 «Информационная безопасность» (Приложение 2).

Глава 1. Особенности фазовых превращений и дефектообразования в полупроводниковых структурах при локальном поверхностном нагреве

В данном разделе представлен обзор научных проблем, посвященных особенностям фазовых переходов и процессам деградации полупроводниковых структур при работе в условиях высоких плотностей тока. Проанализированы основные материалы, используемые в полупроводниковых приборах, в том числе и в качестве системы металлизации, а также основные причины отказов полупроводниковых приборов.

1.1. Структурные особенности основных полупроводниковых материалов и

систем металлизации Среди многообразия представленных полупроводниковых материалов и соединений [1], рассмотрим основные наиболее часто применяемые для приборов МЭ.

Основным материалом для изготовления интегральных микросхем (ИМС) до настоящего времени остается кремний. Он обладает рядом свойств, позволяющих легко создавать на нем диэлектрические слои для маскирования от проникновения примесей и защиты поверхности от влияния внешней среды, обеспечивающих высокие рабочие температуры (до 150 °С) [2].

Кремний имеет алмазоподобную кристаллическую решетку, которая может быть представлена как две гранецентрированные кубические решетки, сдвинутые относительно друг друга на 1/4 большой диагонали куба. Параметр решетки куба а равен 0,54 нм (длина ребра куба), а расстояние между двумя ближайшими соседними атомами составляет 0,23 нм [1, 2]. Каждый атом связан с четырьмя ближайшими соседями ковалентными связями, расположенными по отношению к этому атому в вершинах правильного тетраэдра (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1. Схематическое представление кристаллической решетки кремния

(слева) и арсенида галлия (справа) [1]

ф - атомы с тетраэдрической ориентацией ковалентных связей; - примесь замещения

Одним из перспективных материалов является также GaAs (класс соединений AIIIBV). Он занимает второе место (после кремния) по своему значению в современной электронной технике [3]. Арсенид галлия имеет неплохие теплофизические характеристики, достаточно большую ширину запрещенной зоны, высокую подвижность электронов, благоприятные особенности зонной структуры, обуславливающие возможность прямых межзонных переходов носителей заряда. Рассматривая соединения типа AIIBVI, по масштабам применения, выделяются сульфид цинка и сульфид кадмия CdS. Первый является основой для многих промышленных люминофоров, а второй используется для изготовления фоторезисторов, обладающих высокой чувствительностью в видимой области спектра. Узкозонные полупроводники типа AIIBVI представляют интерес для создания приемников далекого ИК-излучения. Пленки из селенида и теллурида ртути, благодаря высокой подвижности электронов, применяют для изготовления высокочувствительных датчиков Холла. Карбид кремния ^Ю) - полупроводник, позволяющий создавать приборы с характеристиками, недостижимыми для других типов полупроводников. Его основные преимущества: по сравнению с Si и GaAs обладает большой шириной запрещенной зоны, что означает больший диапазон рабочих температур (теоретически до ~1000°С); по сравнению с кремнием, при одном и том же значении напряжения пробоя уровень легирования SiC-диода может

быть на два порядка выше, чем кремниевого; высокая радиационная стойкости SiC-приборов (по сравнению с и ОаЛБ); высокая теплопроводность, что упрощает проблему теплоотвода; наличие собственной подложки большого размера [3] .

Несмотря на ряд преимуществ указанных материалов, основную долю в полупроводниковой микроэлектронике продолжает занимать кремний [4]. Это связано с его технологичностью, высокими электрофизическими характеристиками, дешевизной и экологичностью.

Выбор материала системы металлизации для полупроводниковых кристаллов во многом определяется требованиями, связанными с типом и условиями эксплуатации полупроводникового прибора [5]. В кремниевых полупроводниковых приборах для металлизации часто используют алюминий и его сплавы. Это обусловлено их низким удельным сопротивлением при комнатной температуре (2.7 мкОмсм) [6], хорошей адгезией к кремнию и таким диэлектрикам как SiO2 и SiзN4, а также низкой стоимостью. Проблемы коррозии и электромиграции решаются, как правило, подбором характеристик осаждаемых материалов и разработкой методов изготовления и герметизации сверхбольших интегральных микросхем [7]. Для металлизации полупроводниковых структур используются также золото и многокомпонентные соединения, такие как ТьР1:, ТьРё-Ли, ТьР1-Ли. Для контакта с электродом затвора или подзатворным диэлектриком обычно используют тугоплавкие металлы (Мо, ') и их силициды (Т1Б12, ТаБ12, WSi2, МоБЬ), а также их сочетания с легированным поликристаллическим кремнием [7, 8 ].

При изготовлении полупроводниковых приборов и интегральных схем для получения омических контактов к кремнию, межсоединений и контактных площадок, а также электродов затвора метал-оксид-полупроводниковых структур широкое распространение получили пленки алюминия, что обусловлено следующими достоинствами этого металла: низкой стоимостью А1 и высокой технологичностью; электропроводностью пленок А1; хорошей адгезией А1 к кремнию и его окислам; возможностью создания низкоомных контактов А1 с кремнием р- и п-типов проводимости; отсутствием в системе химических

соединений; химической стойкостью А1 в окислительной среде [9].

14

Наряду с ранее перечисленными достоинствами металлизация А1 обладает рядом существенных недостатков: малая величина энергии активации самодиффузии атомов А1, вызывающая электромиграцию при плотностях тока примерно 106 А/см2 и повышенных температурах, в результате чего появляются обрывы шин металлизации в процессе эксплуатации интегральных схем; возможность короткого замыкания через диэлектрик в многоуровневых системах металлизации вследствие образования острых выступов на пленке в результате электромиграции и рекристаллизации А1; опасность гальванической коррозии А1 при одновременном использовании других металлов; большая скорость диффузии А1 по границам зерен, ограничивающая температуры использования до 300°С; интенсивное химическое взаимодействие А1 с двуокисью кремния при температуре около 500°С; низкая точка плавления в эвтектике систем алюминий — кремний (около 577°С); большое различие (~ 6 раз) коэффициентов термического расширения А1; невозможность присоединения выводов с помощью пайки; высокое пороговое напряжение в металл-оксид-полупроводниковых структурах в связи с большой работой выхода [6].

Из-за перечисленных недостатков алюминиевая металлизация в настоящее время практически не применяется в интегральных схемах с мелкими эмиттерными переходами, а также в МДП интегральных схемах для создания затворных электродов. Для этой цели применяют однослойные и многослойные системы из различных металлов (в том числе А1 в качестве верхнего слоя).

Преимущества и недостатки наиболее распространённых металлов, используемых для однослойных и многослойных структур межсоединений представлены в таблице 1. 1.

Таблица 1.1

Основные свойства металлов системы металлизации полупроводниковых _структур [1,7]_

Параметры и свойства Ag Аи А1 W Мо N1 Р1 Сг Т1 Си

Удельное сопротивление нОм*м (при 20°С) 15 24 27 56 57 61 98 141 154 17

Т °С Тпл, С 960 1063 660 3410 2625 1455 1779 1890 1820 1083

Коэффициент линейного расширения 10-6 К -1 19,2 14,1 23,2 4,2 5,0 12,7 8,9 8,4 8,5 16,6

Коэффициент теплопроводи-мости, W (см*К) 4,2 3,1 2,4 1,7 1,4 0,9 0,69 0,87 0,2 3,9

Адгезия Слаб. Слаб. Оч. выс. Выс. Выс. Выс. Слаб. Выс. Выс. Выс.

Энергия активации 1,98 1,96 1,48 4,9 4,9 2,4 - - - 1,1

Удельная электропроводность, МСм/м 62,5 45,5 37 18,2 18,5 11,5 9,35 0,893 1,27 59

Из таблицы 1. 1 видно, что практически все металлы, за исключением алюминия, золота и серебра, имеют довольно низкую проводимость, ограничивающую возможность их использования в однослойных системах межсоединений, несмотря на хорошую адгезию к подложке и низкую электромиграцию. Низкая теплота образования окислов серебра и золота свидетельствует об их плохой адгезии и о невозможности использования в однослойных системах межсоединений [7,10].

Поэтому, одно из решений проблемы межсоединений связано с поиском многослойных систем. К примеру, исследования систем [7, 11] на основе золота показали, что одним из факторов, ограничивающих возможности их использования, является вероятность диффузии золота через нижний адгезионный слой в кремний (температура плавления эвтектики Аи^ равна 377°С). Увеличение толщины нижнего слоя хрома или титана до 100 нм и более задерживает эту диффузию, но одновременно снижает проводимость системы вследствие взаимной диффузии

металлов. А при уменьшении толщины нижнего слоя до 50 нм хорошая проводимость системы сохраняется, но значительно возрастает вероятность диффузии золота в кремний.

Для системы ТьР1-Аи характерным является возрастание сопротивления при условии, если толщина слоя платины сравнима с толщиной слоя золота. Известно [1,12, 13], что даже при наличии реакции между титаном и платиной, платиной и золотом при повышенных температурах увеличение сопротивления может быть незначительным при уменьшении толщины платиновой пленки до минимума, достаточного для сохранения ее барьерных свойств.

Однако при указанных плюсах по использованию эффективного барьера из тугоплавких металлов системы на их основе не могут полностью решить проблему получения высоконадежных межсоединений интегральных микросхем, так как происходит диффузия кремния в золото через дефекты нижнего слоя на кромках контактных окон даже при температурах ниже эвтектической.

Высокую стабильность при термообработках до температуры 600°С и длительном хранении при 200°С имеют многослойные системы Р^БьТьМо-Ли. В системах Ть'-Аи титан используется для создания диодов Шоттки, вольфрам для согласования коэффициента теплового расширения титана и золота, а также создания надежной металлической связи между ними. В системах типа ТьР для предотвращения нежелательной реакции образования интерметаллических соединений на границе раздела этих металлов используется промежуточный слой нитрида титана, эффективность барьера которого настолько высока, что достаточна толщина пленки 10 нм. Тонкий слой этого соединения можно использовать для защиты подзатворного окисла перед осаждением титана [13].

Несмотря на определенные успехи в использовании систем металлизации без участия А1, есть целый комплекс не решенных проблем, связанный со сложной технологией и высокой стоимостью их нанесения. Поэтому, алюминиевая металлизация по-прежнему остаётся преобладающей проводниковой системой в микроэлектронике [1,7].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Корячко, Марина Валерьевна, 2017 год

Список использованных источников

1. Громов Д.В., Краснюк А.А. Материаловедение для микро- и нано-электроники. М.: МИФИ, 2008. 156 с.

2. Мильвидский М.Г. Полупроводниковый кремний на пороге XXI века.//Известия ВУЗов. Материалы электронной техники. 2000. №1. С.4-14.

3. Полищук А.А. Полупроводниковые материалы и приборы для жёстких условий эксплуатации// Современная электроника. 2006. №4. С.20-23.

4. Технология СБИС. Под. ред. Зи С. М.: Мир. Т.2. 367 с.

5. Zhang W., Song C., Xue K. Silicon interposer process development for advanced system integration//Microelectronic Engineering. 2016. Vol. 156. P. 50-54.

6. Захарова И.Б. Физические основы микро- и нанотехнологий. Спб.:Политехнический университет, 2010. 382с.

7. Громов Д. Г. Металлизация ультрабольших интегральных схем. М.: БИНОМ., 2015. 280 с.

8. Достанко А. П., Баранов В. В., Шаталов В. В. Пленочные токопроводящие системы СБИС. Минск.: Выш. шк., 1989. 238 с.

9. Schneider-Ramelow M., Ehrhardt C. The reliability of wire bonding using Ag and Al//Microelectronics Reliability. 2015. P. 33-38.

10. Герасименко Н.Н. Кремний - материал наноэлектроники. М.: Техносфера, 2007. 351 c.

11. Shacham-Diamand Y., Osaka T., Okinaka Y., Sugiyama A., Dubin V. 30 Years of electroless plating for semiconductor and polymer micro-systems//Microelectronic Engineering. 2015. Vol. 132. P. 35-45.

12. Валиев К.А., Орликовский А.А., Васильев А.Г., Лукичев В.Ф. Проблемы создания высоконадежных многоуровневых соединений СБИС. //Микроэлектроника. 1990. Вып.2. т. 19. С. 116-131.

13. Terry L.E., Wilson R.W. Metallization systems materials for IC.//Proceedings of the technical program. NY. 1970. P. 3 -15.

14. Стриха В.И., Бузанева Е.В. Физические основы надежности контактов металл-полупроводник в интегральной электронике. М.: Радио и связь. 1987. - 256 с.

15. Хансен M., Андерко К. Структуры двойных сплавов. Справочник. М.:Металлургиздат, 1962. 760 с.

16. Рубцов А. Е. Структурные дефекты компонентов БИС. Обзоры по ЭТ. Сер. 6. Материалы. 1982. №4 (897). 49 с.

17. Liu, S., Zhou, X., Wu, W., Zhu, X., Duan, Y., Li, H., Wang, X. Molecular dynamics study on the nucleation of Al-Si melts on sheet substrates at the nanoscale//Nanoscale. 2016. Vol. 8(8). P.4520-4528.

18. Budnitzki, M., Kuna, M. Stress induced phase transitions in silicon/Journal of the Mechanics and Physics of Solids.2016. Vol. 95.P. 64-91

19. Huo, P., Rey-Stolle, I. Ti/Pd/Ag Contacts to n-Type GaAs for High Current Density Devices/Journal of Electronic Materials.2016. P. 1-7.

20. Okabe, H., Yoshida, M., Tominaga, T.High temperature reliability of the SiC-MOSFET with copper metallization//Materials Science Forum. 2014. Vol.778-780. P. 955-958.

21. Ройзин Н.М., Моставлянский Н.С. Исследование физических процессов в мощных транзисторах, определяющих их надежность в импульсных режимах. //Полупроводниковые приборы и их применение. Вып. 10. М.: Сов. радио. 1963. с. 131-166.

22. Мьюрарка Ш. Силициды для СБИС. М.: Мир, 1986.176 с.

23. МОП-БИС. Моделирование элементов и технологических процессов/ Под ред. П. Антонетти и др. М.: Радио и связь, 1988. 496 с.

24. Vanyukhin, K.D., Zakharchenko, R.V., Kargin, N.I., Pashkov, M.V., Seidman, L.A. Processes during annealing of Ti-Al-Ni and Ti-Al-Ni-Au contact metallization systems//Russian Microelectronics. 2015. Vol. 44(8). P.564-568.

25. Wang, J.-C., Chiu, C.-H., Chen, W.-F. Thickness-optimized multilevel resistive switching of silver programmable metallization cells with stacked SiO2//IEEE Transactions on Electron Devices. 2015. Vol. 62 (5). P. 1478-1483.

26. Сапожников В. В., Сапожников Вл.В., Шаманов В. И. Надежность систем

114

железнодорожной автоматики, телемеханики и связи. Москва, Маршрут, 2003. 285 с.

27. Миллер Ю.Г. Физические основы интегральных схем. М.: Сов. Радио, 1976. 320 с.

28. Саратовкин Д.Д., Савинцев П.А. Образование жидкой фазы в месте контакта двух кристаллов, составляющих эвтектическую пару. // Докл. АН СССР. 1941. Т. 33. № 4. С. 303-304.

29. Саратовкин Д.Д., Савинцев П.А. Эффект контактного плавления как причина низкоплавкости эвтектик. // Докл. АН СССР. 1947. Т. 58. № 9. С. 1943-1944.

30. Савинцев П.А. К вопросу о контактном плавлении веществ, дающих эвтектики. // Изв. ТПИ. 1951. Т. 68. Вып. 1. С. 190-193.

31. Савинцев П.А., Исаков Ж.А., Зильберман П.Ф. Контактное плавление ионных кристаллов. // Укр. хим. журнал. 1980. Т. 46. № 7. С. 716-720.

32. Савинцев П.А., Корендясев М.И. О контактном плавлении льдосолевых систем. // Изв. ВУЗов СССР Физика. 1959. № 4. С. 169-170.

33. Берзина И.Г., Савинцев П.А. Контактное плавление щелочно-галоидных солей с тугоплавкими соединениями.//Изв. ВУЗов СССР Физика. 1965. №1. С. 77-79.

34. Ахкубеков А.А., Орквасов Т.А., Созаев В.А. Контактное плавление металлов и наноструктур на их основе. М.:ФИЗМАТЛИТ. 2008. 152 с.

35. Bowden F.P., Persson P.A. Deformation heating and melting of solids in highspeed friction. //Proc Roy. Soc. 1961. Vol. A260. P. 433-451.

36. Bowden F.P. Thomas F.R.S. and P.H. The Surface temperature of sliding solids. //Proc Roy Soc. 1954. Vol. A233. P. 29-40.

37. Dachille F, Roy R. High-pressure phase transformations in laboratory mechanical mixers.// Nature. 1960. Vol. 186. P. 39-71.

38. Гуров К.П., Карташкин Б.А., Угасте Ю.Э. Взаимная диффузия в многофазных металлических системах. М.: Наука, 1981. 350 с.

39. Савинцев П.А., Вяткина А.В. Скорость контактного плавления // Изв. ВУЗов. Черная металлургия. 1959. № 11. С. 89-92.

40. Савицкая Л.К. Расчет скорости контактного плавления в эвтектических

системах.// Изв. ВУЗов Физика. 1962. №6. С.132-138.

115

41. Савинцев П.А., Аверичева В.Е., Костюкевич М.В. О скорости контактного плавления щелочного галоидных кристаллов. // Изв. ВУЗов Физика. 1960. №4. С.107-109.

42. Гетажеев К.А., Оганов А.Е., Савинцев П.А. К вопросу о контактном плавлении кристаллов в стационарном режиме. // Электронная техника, серия «Технология и организация производства». 1970. № 1. С. 20-25.

43. Темкин Д.Е. Кинетика процесса контактного плавления в стационарном режиме. // Изв. АН СССР. Металлы. 1967. №3. С.219-225.

44. Вершок Б.А., Новосадов В.С. Расчет нестационарной кинетики процесса контактного плавления. // ФизХОМ. 1974. № 2. С. 61-65.

45. Скворцов А.А., Орлов А.М., Мурадов В.Е. Особенности контактного плавления в многослойных тонкопленочных структурах при импульсном токовом воздействии. //ПЖТФ. 2010. Т.35. Вып.3. С.41-48.

46. Zhao Y. S, Chen W.Z., Sun F.R., Chen Z.Y. Analysis of contact melting driven by surface heat flux around a cylinder. //Journal of Thermal Science. 2008. Vol. 17. № 1. P.64-68.

47. Dominic Groulx, Marcel Lacroix. Effects of convection and inertia on close contact melting. //International Journal of Thermal Sciences. 2003.Vol. 42. Issue 12. P. 1073-1080.

48. Нилова Н.Н., Бартенев Г.М., Матвеев Ю.Е. Исследование контактного плавления в системе галлий-цинк. // Докл. АН СССР. 1968. Т. 80. № 2. С. 394-397.

49. Гегузин Я.Е., Дзюба А.С. Кинетика контактного плавления в эвтектических системах Bi-Cd и Bi-Sn. // Металлофизика. 1980. Т. 2. № 1. С. 105-108.

50. Хайрулаев М.Р. Диффузионный механизм контактного плавления.// Расплавы. 2009. вып.2. С.68-73.

51. Залкин В.М. О двух теориях начальной стадии контактного плавления. //Расплавы. 2004. №2. с. 93-95.

52. Белоусов О.К. О природе энтальпии плавления металлов. //Металлы. 1993. №3. С.29-34.

53. Майборода В.П. Структура алюминия вблизи температуры плавления. //Металлы. 1993. №3. С.43-45.

54. Орлов А.М., Скворцов А.А., Костишко Б.М. Массоперенос серебра в германии с участием жидкой фазы. //Известия РАН. Теплофизика высоких температур. 1997. Т.35. №3. С.404-407.

55. Лозовский В.Н. Зонная плавка с градиентом температуры. - М.: Металлургия, 1972. 240 с.

56. Степанов Г.В., Шевченко О.Ф., Мукаилов Н.С. Исследование массопереноса материала электродов по поверхности кремния и в объеме двуокиси кремния. //Поверхность. Физика, химия, механика. 1983. №4. С. 79-81.

57. Ларионов И.Н., Ройзин Н.М., Ногин В.М., Аврасин Э.Т. О направлении перемещения расплавленного металла по поверхности германия и кремния под действием электрического тока. //Физика и техника полупроводников. 1967. Т.1. №9. С.1414-1420.

58. Lloyd I.R. Elektromigration failure. //J. Phys. 1991. V.69. №11. Р. 7601-7604.

59. Cenut M., Li Z., Baner C.L., Mahajan S., Tang P.F., Milnes A.G. Characterisation of the early stages of electromigration at grain boundary triple junctions. //Appl. Phys. Lett. 1991. №21. Р. 2354-2356.

60. Shingubara Sh., Kaneko H., Saitoh M. Elektromigration-inducied abrupt changes in electrical resistance associated with vjid dynamics in alluminium interconnections. //J. Appl. Phys. 1991. №1. Р. 207-212.

61. Oates A.S. Elektromigration in multilayer metallization. Drift-Controlled degradation and the electromigration threshold of Al-Si-Cu/TiHO /TiSi2 contacts. //J. Appl. Phys. 1991. №10. Pt.1, p.5369-5373.

62. Lytle S.A., Oates A.S. The effect of stress-inducid voiding on electromigration. //J. Appl. Phys. 1992. №1. Р.174-179.

63. Глазов В.М., Земсков В.С. Физико-химические основы легирования полупроводников. //М.: Наука. 1967. 371 с.

64. Rodbell K.P., Shotynsky S.R. Electromigration in Sputtered Al-Si thin films. //Thin Solid Films. 1983. V. 108. Р.95-102.

65. Дзюба А.С. Движение макроскопического включения в поле структурной неоднородности в кристалле. //ФТТ. 1977. Т.19. №1. С.78-82.

66. Орлов А.М., Белащенко Д.К., Оборин Л.А. Поверхностный массоперенос с участием жидкой фазы. //Изв. АН. СССР. Неорган. материалы. 1989. Т. 25. №2. С. 851-854.

67. Орлов А.М., Белащенко Д.К., Шиманский А.Ф., Оборин Л.А. Особенности миграции жидких капель на поверхности ионного кристалла в электрическом поле. //Изв. АН. СССР. Неорган. материалы. 1989. Т. 25. №3. С. 437-439.

68. Anthoni T.R., Cline H.E. Random walk of liquid droplets migrating in silicon//J. Appl. Phys. 1976. V.47. № 6. Р. 2316-2323.

69. Васильев Н.И., Гугучкин В.В., Нигматуллин Б.И. Взаимодействие капель жидкости с нагретой поверхностью. // Теплофизика высоких температур. 1993. Т. 31. № 5. С. 801-807.

70. Гегузин Я.Е., Кривоглаз М.А. Движение макроскопических включений в твердых телах. //М.: Металлургия. 1971. 344 с.

71. Белащенко Д.К., Орлов А.М., Пархоменко В.И. Миграция жидких включений в монокристаллах А3В5. //Изв. АН. СССР. Неорганические материалы. 1975. Т.11. № 10. С. 1728-1731.

72. Орлов А.М. Механизм вытеснения расплавленных зон током из объема монокристаллической матрицы. //Электроперенос и его приложения. Новосибирск. Наука. 1982. С. 129-132.

73. Орлов А.М., Аникина В.И., Белащенко Д.К. Миграция расплавленных включений фаз системы Ge-Ga в монокристаллическом германии. //Изв. АН СССР. Неорганические материалы. 1983. Т. 19. № 8. С. 1237-1240.

74. Ho Mon-Shu, Hwang Ing-Shouh, Tsong Tien T. Direct observation of electromigration of Si magic clusters on Si(111) surfaces. //Phys. Rev. Lett. 2000. V.84. №25, 5792-5795.

75. Nowok G. Analysis of atomic diffusion in liguid metals at melting temperatures in capillary - like media. //Acta met. et mater. 1994. №12. Р.4025-4028.

76. English A.T., Kinsbron E. Electromigration transport mobility associated with pulsed direct current in fine-grained evaporated Al-0.5%Cu thin films. //J. Appl. Phys. 1983. №1. Р. 275-280.

77. Красников Г.Я. Система кремний диоксид кремния субмикронных СБИС / Г.Я. Красников, Н.А. Зайцев М.: Техносфера, 2003. C. 384.

78. Рейви К. Дефекты и примеси в полупроводниковом кремнии. М.:Мир. 1984. 467 с.

79. Talanin V.I., Talanin I.E. Nucleation, transformation and growth of microdefects in FZ-Si // Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics. 2004. V. 7, N 1. P. 16-21.

80. Shiraki H. Silicon wafers annealing effects in loop defects generation / H. Shiraki // Jap. Appl. Phys. 1974. Vol.13, №10. P.1514 - 1523.

81. Новиков Н.Н. Рентгенодифракционные исследования особенностей кинетики роста кислородсодержащих преципитатов в CZ - кремнии //ФТТ. 2007. том 49, вып.2. с.208 - 212.

82. Misiuk A. Stress-depended transformation of interstitial oxygen in CZ - Si / A. Misiuk, C.A. Londos, J. Bak-Misiuk // Nuclear Inst. and Methods in Physics Research. 2006. B, 253 (1). P. 205-209.

83. Tankut, A/ Karaman, M., Yildiz, I., Canli, S., Turan, R. Effect of Al vacuum annealing prior to a-Si deposition on aluminum-induced crystallization//Physica Status Solidi (A) Applications and Materials Science. Vol. 212 (12). 2015. P. 2702-2707.

84. Zhang, J., Jiang, S.-M., Zhang, Q.-F., Liu, C.-S. Effect of Temperature on Microstructure and Formability of Al-10 mass % Si Coatings//Journal of Iron and Steel Research International. Vol. 23 (3) . 2016. P. 270-275.

85. Varentsov V.D. The annealing of defects clusters in CZ-Si and Si<Ge> samples / V.D. Varentsov, G.P. Gaidar, P.G. Litovchenko // Ukr. J. Phys. 2007. V.52. N 4. P. 372 -377.

86. Taishi T. Influence of seed/crystal interface shape on dislocation generation in Czochralski Si crystal growth / T. Taishi, Y. Ohno, I. Yonenaga [etc] //

Physica B: Physics of Condensed Matter. 2007. №401. P.560-563.

119

87. Орлов А.М. Перераспределение дислокаций в кремнии вблизи концентраторов напряжение / А.М. Орлов, А.А. Соловьев, А.А. Скворцов [и др.] // ФТТ. 2005. том 47. вып.11. С.1967 - 1972.

88. Marek T. Dislocation structure in Si / T. Marek, M. Werner, G. Gerth // Cryst. Res. Technol. 2000. №35. P. 769 - 773.

89. Плебанович В.И. Создание бездислокационных ионно-легированных слоев кремния // ФТТ. 2008. том 50. вып.8. С. 1378 - 1382.

90. Физические основы технологии полупроводниковых приборов и интегральных микросхем: учебное пособие/ А.М. Орлов, Б.М. Костишко, А.А. Скворцов. 2-е издание, перераб. и доп. Ульяновск: УлГУ, 2015. 423 с.

91. http://www.melytec.ru/

92. http://www.ufaras.ru/

93. http://www.ckp-rf.ru/

94. http://www.rudshel.ru/

95. Nguyen T.A., Joubert P.-Y., Lefebvre S., Chapliera G., Rousseau L. Study for the non-contact characterization of metallization ageing of power electronic semiconductor devices using the eddy current technique //Microelectronics Reliability. 51 (2011) 1127-1135.

96. Скворцов А.А., Орлов А.М., Зуев С.М. К вопросу диагностики деградационных процессов в системе металл-полупроводник. //Микроэлектроника. 2012. Т.41. №1. С.36-40.

97. Скворцов А.А., Каленков С.Г., Корячко М.В. Фазовые превращения в системах металлизации при нестационарном тепловом воздействии// Письма в ЖТФ. 2014. Т.40.№18.с.24-32.

98. Скворцов А.А., Орлов А.М., Рыбин В.В. Образование петлевых дислокаций в кремнии вблизи локальных тепловых источников//Известия РАН. Неорганические материалы. 2006. Т.42.№6. с. 647-651.

99. Коренев Б.Г. Задачи теплопроводности и термоупругости: решения в Бесселевых функциях. М.: Изд.-во физ.-мат. лит. 1980. 400 с.

100. Шкумбатюк П. С. Перенос металла в Si тепловым действием непрерывного CO2 лазерного излучения. // Журнал технической физики. 1999. Т. 69. Вып. 10. С.135-137.

101. Skvortsov A., Zuev S., Koryachko M., Glinskiy V. Thermal shock and degradation of metallization systems on silicon// Microelectronics International. 33 (2). 2016. P. 102-106.

102. Орлов А.М, Скворцов А.А., Соловьев А.А. Поведение дислокаций в кремнии при наличии механических и магнитных возмущений. //ЖЭТФ. 1999.Т.123. №3. С.590-598.

103. Орлов А.Н. Введение в теорию дефектов в кристаллах. М.: Высшая школа. 1983. 144 с.

104. Судзуки Т., Есинага Х., Такеути С. Динамика дислокаций и пластичность. М.:Мир. 1989. 296 с.

105. Ультразвуковые методы исследования дислокаций. Сборник статей. Под ред. Л.Г. Меркулова. М. Издательство иностранной литературы. 1963. 371 с.

106. Jianfeng Zhang, Fu-Zhen Xuan. A general model for dislocation contribution to acoustic nonlinearity. Europhysics Letters. 105. 5. 2014.

107. Xiang Yanxun, Deng Mingxi, Xuan Fu-Zhen. Journal of applied physics. 115. 4. 044914 .2014.

108. Chen Zimu, Qu Jianmin. Journal of applied physics. 114. 16. 164906 2013.

109. Vanhellemont, J., Swamakar, A.K.,Van Der Biest, O.Temperature dependent Young's modulus of Si and Ge//ECS Transactions. Vol. 64 (11). 2014. P. 283-292.

110. Скворцов А.А., Орлов А.М., Никитин К.Е., Литвиненко О.В. Дислокационный ангармонизм в кремнии. //Письма в ЖТФ. 2000. Т.26. Вып.21. С.82-88.

111. Альшиц В.И., Даринская Е.В., Колдаева М.В., Петржик Е.А. Магнитопластический эффект: основные свойства и физические механизмы. //Кристаллография. 2003. Т.48. №5. С.838-867.

112. Головин Ю.И., Дмитриевский А.А., Сучкова Н.Ю. Влияние типа и

концентрации легирующей примеси на динамику бета-индуцированного изменения

121

микротвердости кремния. //ФТТ. 2006. Т.48. №2. С.262-265.

113. Головин Ю.И., Дмитриевский A.A., Иванов В.Е., Сучкова Н.Ю., Толотаев Н.Ю. Влияние слабых магнитных полей на динамику изменений микротвердости кремния, индуцируемых малоинтенсивным бета излучением. //ФТТ. 2007. Т.49. №5. С.822-823.

114. Меженый М.В., Мильвидский М.Г., Резник В.Я. Особенности генерации и движения дислокаций в монокристаллах кремния, легированных азотом. //ФТТ. 2002. Т.44. №7. С.1224-1229.

115. Орлов AM., Скворцов A.A., Фролов ВА. Aкyстическая эмиссия в дислокационном кремнии при токовых и тепловых воздействиях.// Письма в ЖТФ. 1999. Т.25. Вып.3. С.28-32.

116. Шпейзман В.В., Смирнов Б.И., Солнцева И.Ю. О движении дислокаций в монокристаллах кремния при комнатной температуре. //Изв. академии наук СССР. Сер. Физ. 1987. Т.51. №4. С.768-773.

117. Mil'stein S. Dislocations in Microelectronics. //Phys. Stat. Sol. (a). 1999. Vol.171. №2. P.371-376.

118. Malecki I., Ranachowski J. Application of Acoustic Emission (AE) Method for Monitoring the Electrical Power Devices. //Ultrason. World Congr. Berlin. 1995. Proc. Pt.2. P.609-610.

119. Грешников ВА., Дробот Ю.Б. Aкyстическая эмиссия. М.: Стандарты. 1976. 228 с.

120. Ультразвук. Маленькая энциклопедия. Глав. ред. Голямина И.П. М.: Советская энциклопедия. 1979. 400 с.

121. Чишко KA. Переходное излучение звука винтовой дислокацией, выходящей на поверхность изотропной пластины.// ФТТ. 1989. Т.31. Вып.1. С.223-229.

122. Лльшиц В.И., Даринская Е.В., Перекалина Т.М., Урусовская A.A. О движении дислокаций в кристаллах NaCl под действием постоянного магнитного поля.// ФТТ. 1987. Т. 29. Вып.2. С.467-471.

123. Головин Ю.И. Магнитопластичность твердых тел. М.: Машиностроение.

122

2003. 107 с.

124. Головин Ю.И., Моргунов Р.Б. Влияние магнитного поля на структурно-чувствительные свойства реальных диамагнитных кристаллов. //Материаловедение. 2000. №3-6.

125. Зельдович Б.Я., Бучаченко А.Л., Франкевич Е.Л. Магнитно-спиновые эффекты в химии и молекулярной физике. //УФН. 1988. Т.155. №1. С.3-45.

126. Альшиц В.И., Даринская Е.В., Петржик Е.А. «In situ» изучение магнитопластического эффекта в кристаллах NaCl методом непрерывного травления.// ФТТ. 1991. Т.33. Вып.10. С. 3001-3010.

127. Молоцкий М.И. Возможный механизм магнитопластического эффекта. //ФТТ. 1991. Т. 33. №10. С.3112- 3115.

128. Бучаченко А.Л., Сагдеев Р.З., Салихов Е.М. Магнитные и спиновые эффекты в химических реакциях. Новосибирск: Наука. 1978. 324 с.

129. Альшиц В.И., Даринская Е.В. Магнитопластический эффект в кристаллах LiF и продольная релаксация спинов.// ПЖЭТФ. 1999. Т.70. Вып.11-12. С.749-753.

130. Головин Ю.И., Моргунов Р.Б., Иванов В.Е., Жуликов С.Е., Дмитриевский А.А. Электронный парамагнитный резонанс в подсистеме структурных дефектов как фактор пластификации кристаллов NaCl. //Письма в ЖЭТФ. 1998. Т.68. №5. С.400-405.

131. Головин Ю.И., Моргунов Р.Б., Иванов В.Е., Дмитриевский А.А. Радиочастотные спектры парамагнитного резонанса, детектируемые по смещению дислокаций в монокристаллах NaCl. //ФТТ. 1999. Т.41. №10. С.1778-1784.

132. Осипьян Ю.А., Моргунов Р.Б., Баскаков А.А., Орлов А.М., Скворцов А.А. и др. Магниторезонансное упрочнение монокристаллов кремния. //Письма в ЖЭТФ.

2004. №2. С.857-864.

133. Никитенко В.И., Осипьян Ю.А. Проблемы современной кристаллографии. Сб. статей, М. Наука, 1975. 239 с.

134. Меженый М.В., Мильвидский М.Г., Павлов В.Ф., Резник В.Я. Динамические свойства дислокаций в термообработанных при низких температурах

пластинах кремния. //ФТТ. 2001. Т.43. №1. С.47-50.

123

135. Бадылевич М.В., Иунин Ю.Л., Кведер В.В. и др. Влияние магнитного поля на стартовые напряжения и подвижность индивидуальных дислокаций в кремнии. // ЖЭТФ. 2003.Т.123. №3(9). С.664-670.

136. Орлов А.М, Скворцов А.А., Соловьев А.А. Динамика поверхностных дислокационных ансамблей в кремнии при наличии механических и магнитных возмущений. //ФТТ. 2003.Т.45. №4. С.613-617.

137. Осипьян Ю.А., Бредихин С.И., Кведер В.В. и др. Электронные свойства дислокаций в полупроводниках. М.: Эдиториал УРСС. 2000. 285 с.

138. Скворцов А. А., Орлов А М., Соловьев А.А., Белов Д.И., Магнитопластический эффект в кремнии: поиск новых методов управления структурно-чувствительными свойствами элементарных полупроводников//ФТТ. 2009.Т. 51. вып. 12. С. 2304-2308.

139. Бабич В М, Блецкан Н И, Венгер Е Ф. Кислород в монокристаллах кремния. Киев Интерпрес.1997. 240 с.

140. Cazcarra V., Zunino P. Influence of Oxygen on Silicon Resistivity // J. Appl. Phys.1980.V.51.N 8.-P. 4206-4211.

141. Никитин К. Е. О механизме аномального роста модуля Юнга при деформации кристаллов //ФТТ.1994. т. 36 №12. С.3587-3595.

142. Бонч-Бруевич В.Л., Калашников С.Г. Физика полупроводников. М.: Наука. 1990. 688 с.

143. Скворцов А.А., Каризин А.В. Магнитопластичность и диффузия в монокристаллах кремния //ЖЭТФ. 2011.Т.140. 6(12). С.96-100.

144. Скворцов А.А., Каризин А.В., Волкова Л.В., Корячко М.В. Влияние постоянного магнитного поля на дислокационный ангармонизм в кремнии//ФТТ. 2015. №5, т.57. С.898-902.

145. Шаскольская М.П. Кристаллография. М.: Высшая школа. 1976. 387 с.

146. Скворцов А.А., Орлов А.М., Гончар Л.И. Влияние слабого магнитного поля на подвижность дислокаций в кремнии. //ЖЭТФ. 2001. Т.120. Вып.1(7). С.134-138.

Опытный научно-производственный центр

«ИТ-Керамика»

1.100'СЧГЦ МТ-Нер-даинУ ИНН 772483.4570 К1 II

•'•лрк". 115СВ2, г. Мтхил. уп .ЦигглоЕоил, ¿..Ы, и=сп. пф/- 1-1/ Гчл.: (4ЧЧ; /ог-Ы-ое Г- га,- • иггсд-<егл-|1ка.|ц

АКТ11в

и внедрении эезугьт.тл! диссерта-монной работ-.1 Кирячко М В. «Фазовые пррн:мщсиия и дефектообразоьйь ие в кремнии при локальном -оверхиогтном пагреве»

Нлпонщи* актом подтверждается, тто результаты диссертационной работы аспирантки кафедры "Физика» федеральною госудавственчогп бюджетного обрааолли-льмсго учреждения ямпп.'щ ибразооания "Московски* политехническим униесрстет» Кпрлчкп М.В иФолииые -реврашенил и дефси «образование в кремнии при локальном поверхности*, нлрезе« не пользуются 1-ами при выголненли эяда роОо . } именно

Д. Для диагног'ики полуироыздникэвы* датчиков температуры, используемых ' ри сушке керамики;

I При разработке экспресс V с и дик определений теглопрсводящях гяойгтя керами< посредством 1сп/юыых удар о б на ее позер хности.

Генеральный ди рент,

* ¡<Ьл 2016 г.

ООО "ОНПЦ ' ИТ-Кер,

В.( Орлов

«у ВЕРЖДАЮ»

Hckiор Московского

:нко

АКТ

о внедрении в учеПнмй процесс речулыачон чиси^лалиогдой работь-Корнчко М.В. «Фазовые прекращения и дефекгообрачоваине в кремнил при локальном шиерхпостном н.н-рене»

Насшищим актом подчверждле гея. что ре-чулыачы диссертационной работы Корнчко Mapi.iiu Валсрьенны и чему: «Фатоаые прекращения н дсфогшобрнчинание з кремнии при шкальном поверхностном нагреве», выполненной на кафедре «Фнчмка» Московского политехнического унивсрсичеча л представленной на со не канне ученой степени кандидата фичнко-матемигнческнх наук, ппедрены в учебный процесс на основании рекомендации каоедрь.

Выявленные закономерности фааоных переходов и обрачч>вание структурных дефектоп п кремнии н условиях теплового удара на его поверхности, а также особенности оунклипнировашя иолу про вед н и ко во i \ структуры ирг ««действии гмнульеок чока рачгнчиой формы, чч-чачичееккх и мг.мгитныч полей испо.ч:,чуючо1 злекционных г. практических чан» тя>- чри подготовке бакалавров по направлениям нолготозхи 2".03.04 «Управление в технических снспемах» по курсу «Фичика полупроводников», 10.0Л.01 «Ипформ.ч шинная бстоиасносгь» но курсу «Введение в физику

ПОЛ VпроводниКОк».

Заведующий кафедрой «Фа--------

В.П. Красин

История технологии многослойной металлизации [7,14,16]

Началом этапа развития многослойной системы металлизации кремниевых интегральных схем стала двухслойная структура, в которой в качестве контактного слоя к полупроводнику стал использоваться силицид переходного металла, а токоведущие межсоединения были алюминиевыми. Однако достаточно быстро выяснилось, что термическая стабильность такой структуры недостаточна и ограничивается 500 °С. Причиной этого является реакция между алюминием и силицидом, которая приводит к образованию интерметаллидов алюминия с металлом силицида и свободного кремния, выпадающего в виде второй фазы в алюминии. Кроме того, также наблюдается проникновение алюминия в кремниевую подложку. Использование алюминия, легированного кремнием, вместо чистого алюминия не замедляло существенно взаимодействия алюминий-кремний [22]. После этого в составе системы металлизации появился тонкий диффузионно-барьерный слой, и достаточно длительное время система металлизации имела структуру, которую можно видеть на рисунке П.3.1.

Рисунок П.3.1. а - структура многослойной металлизации с проводящим слоем на основе алюминия: 1 - межсоединения на основе алюминия; 2- диффузионно-

барьерный слой; 3 - контактный слой. б - образование пустот при формировании проводящего слоя методом физического осаждения из газовой фазы: 1 - медь; 2- диффузионно-барьерный слой;

3 - пустота; 4 - диэлектрик [7]

4

а

б

Переход размеров элементов в субмикронную область привел к появлению двух проблем. Первая — это невозможность осуществить токоведущую разводку в рамках одного слоя, что повлекло создание многоуровневой системы межсоединений и, как следствие, возникновение дополнительных проблем, связанных с осуществлением фотолитографии. Вторая проблема была обусловлена изменением аспектного отношения высоты межсоединения (И) к его горизонтальному размеру (Ь) от величины К1 к величине £>1. Результатом такого рода изменения стало превращение контактного окна в колодец, который необходимо полностью заполнить проводящим материалом, формируя, по существу, вертикальный проводник. Выяснилось, что ставшие уже традиционными для микроэлектроники методы физического осаждения из газовой фазы, и в частности метод магнетронного распыления, оказались непригодными для заполнения окон с высоким аспектным отношением. Из-за узости и большой глубины скорость осаждения на стенках и дне окон оказывается ниже, чем на поверхности диэлектрика, и заполнение происходит с возникновением пустот, как это показано на рис. П.3.1.б.

Таким образом, уменьшение размеров элементов достаточно существенно усложнило как саму систему металлизации, так и технологию ее формирования.

Первыми на подложке селективно формируются контактный слой силицида и

полицидный затвор по самосовмещенной технологии, далее -осаждается толстый

межслойный диэлектрик. После этого методом физического осаждения из газовой

фазы конформно осаждается тонкий диффузионно-барьерный слой. Далее

необходимо заполнить контактные колодцы металлом. Для заполнения контактных

колодцев был использован вольфрам, который осаждается поверх диффузионно-

барьерного слоя методом химического осаждения из газовой фазы . После

осаждения слоя вольфрама проводится глобальная планаризация рельефа. На эту

структуру наносится проводящий слой, основу которого составляет алюминий.

Важно отметить особенность, что межсоединения на основе алюминия

формируются путем прямой фотолитографии по осажденному проводящему слою и

последующего «сухого» травления его в хлорсодержащей плазме. Таким образом

128

формируется первый уровень межсоединений. Следующим этапом является формирование второго уровня межсоединений, для чего последовательно осуществляются нанесение слоя межуровневого диэлектрика, планаризация рельефа, фотолитография и вскрытие контактных окон в слой межуровневого диэлектрика к первому уровню межсоединений, нанесение слоя вольфрама и формирование вольфрамовой пробки путем планаризации рельефа, нанесение второго проводящего слоя, фотолитография и его «сухое» травление. Последующие уровни межсоединений формируются аналогичным образом [1,7,22].

Электроперенос в тонких пленках и при КП

В настоящее время трудности, связанные с этим явлением электропереноса, успешно преодолеваются в полупроводниковых приборах. Но поскольку дальнейшая микроминиатюризация вынуждает увеличивать плотность тока в межсоединениях, опасность отказов интегральных схем вследствие электродиффузии продолжает существовать. В алюминии, не содержащем примесей, электродиффузия наблюдается в наиболее характерном виде [27].

Влияние электрического тока на развитие контактного плавления материалов (температура, скорость процесса, концентрационное распределение компонентов в контактной прослойке) известно в литературе [27]. Если через образующуюся при контактном плавлении жидкую прослойку протекает электрический ток, то появляется дополнительные потоки вещества, связанные с процессами электропереноса.

Механизм перемещения ионов является диффузионным, но силы, вызывающие направленный дрейф, обусловлены, главным образом, взаимодействием электронов проводимости с ионами. Это взаимодействие приводит к дополнительному переносу ионов и обычно называется эффектом электронного «ветра» или увлечения ионов электронами по аналогии с электрон-фононным увлечением. Увлечение ионов электронами проводимости в металлах настолько велико, что положительно заряженные ионы металла движутся, как правило, в сторону анода, против электрического поля, подобно атомам с большим отрицательным зарядом.

Понятно, наряду с электронным увлечением на подобный ион действует и электрическое поле напряженностью Е, которое заставляет смещаться положительно заряженный ион к отрицательному электроду. Наиболее отчетливо это проявляется в ионных кристаллах и полупроводниках. Конкуренция двух противоположно направленных сил обеспечивает результирующее перемещение иона к одному из электродов. Все это приводит к необходимости введения понятия эффективного заряда Zэфф, отражающего результирующую скорость и направление

перемещения иона в электрическом поле [113]. Исследования явлений электропереноса привели к принципиальному пересмотру представлений о механизме ионной подвижности в металлах. При этом по электродиффузионному отклику представилось возможным судить о чисто электронных процессах. С другой стороны, особенности взаимодействия электронов проводимости с диффундирующим атомом открывают новый подход к изучению диффузии.

Рассмотрим подробнее природу эффективного заряда на примере однородного металла, не содержащего примесей. При этом будем рассматривать невозбужденную (или слабо возбужденную) частицу, не выходящую за пределы потенциальной ямы, и возбужденную частицу, энергия которой превышает глубину потенциальной ямы.

Потенциальная энергия иона, находящегося в поле кристаллической решетки, представлена на рисунке П.4.1. Результирующая средняя сила Р(ь действующая на нормальный ион в потенциальной яме, равна нулю. Это связано с тем, что сила, действующая на заряд иона со стороны внешнего электрического поля РЁ = егЕ, в среднем уравновешивается силой электронного ветра Рп = еп1п(о п) • Е. так что = РЕ + Рп = 0. Здесь подстрочный индекс «0» относится к собственным атомам матрицы, а угловые скобки - к невозбужденным ионам со средним значением

энергии; п и 1п -концентрация и длина свободного пробега электронов, Оп -сечение рассеяния электронов на ионе. Однако активизированный ион (рисунок П.4.1), вышедший за пределы потенциальной ямы, отличается от «нормального» иона прежде всего более высоким значением сечения рассеяния оп>(оп). Поэтому результирующая сила

и(х)

FE

X

Рисунок П.4.1. Результирующая сила, действующая на «нормальный» (Ре=Бп) и активированный ф Рп) ионы; U(x) -потенциальная энергия иона

Р0 = Рё + Рп =(е20 - еп1пОп )• Е ф 0.

В работе было показано, что эффективный заряд собственных атомов матрицы

2эфф " 20

/ Л

1 -А

V \ап/У

(П.4.1)

должен быть величиной отрицательной, поскольку <ап> всегда меньше ап возбужденного иона. Так что в чистых металлах электроперенос массы вещества всегда должен осуществляться к положительному электроду, несмотря на истинный положительный заряд его ионов.

В полупроводниках картина усложняется тем, что, несмотря на значительно большее значение а электронов и дырок, их концентрация (особенно при низких температурах) незначительна. Так что эффективный заряд собственных атомов определяется конкурирующим влиянием Fn и БЕ и может быть как положительным, так и отрицательным. При смешанной проводимости эффективный заряд определяется как

2 эфф = 2о1 - Шп ап + Р1рар). (П.42)

В твердотельной электронике электроперенос создает большие проблемы при эксплуатации полупроводниковых и других сильноточных приборов, поскольку, «вымывая» ионы, он разрушает слои металлизации, разрушая в итоге приборы.