Разработка материалов и процессов формирования высокостабильных элементов и структур изделий электронной техники тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.18 ВАК РФ

НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК БЕЛАРУСИ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

Для служебного пользования Экз. № _//

УДК 539.216:621.315.592

ЗЕЛЕНИН ВИКТОР АЛЕКСЕЕВИЧ РАЗРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ И ПРОЦЕССОВ

сППРМИРПТ*ЛТШЯ НМГ'О^ПГТ Л КМ ТГКШЛ V ^ПРЛ/ПЛ ТТП« ы

* » А 1 • Ч А Ж X Х.Л Л.Л. А.* Л. Л-* I ЧУ УУЖ V V-/ Ж I ЧД 4.«/ 11/ 1. Л А* А. 4 к Ч_/ ^ » ж у I Т11Л А А V * V * «.

СТРУКТУР ИЗДЕЛИЙ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ

02.00.18 — Химия и физика поверхности; 05.27.0 чология полу

материалов электронной техники

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Минск - 1999

Работа выполнена в Физико-техническом институте НАН Беларуси

НАУЧНЫЙ КОНСУЛЬТАНТ -

доктор технических наук, профессор, член-корреспондент НАН Беларуси ГУРСКИЙ Л. И.

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ: доктор технических наук,

профессор БАРАНОВ В. В.

доктор технических наук, профессор КОЛЕШКО В. М.

доктор физико-математических паук,

профессор, члсн-коррсспондент НАН

Беларуси КОМАРОВ Ф. Ф.

ОППОНИРУЮЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ -

НИКТП «БЕЛМИКРОСИСТЕМЫ» НПО «ИНТЕГРАЛ»

Защита диссертации состоится декабря 1999 г. в 14

на заседании совета но защите диссертаций Д 01.18.01 в Физико-техническом институте НАН Беларуси по адресу: 220141, г. Минск, Купревича, 10.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Физико-технического института ПАН Беларуси

Автореферат разослан " ноября 1999 г.

Ученый секретарь совета по защите диссертаций, доктор технических наук

Ц.Г'Л М. К. МИЦКЕВИЧ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. Успехи многих отраслей техники определяются уровнем знаний о строении и свойствах поверхностей твердых тел (ТТ), о механизмах и кинетике протекающих в приповерхностных слоях и на поверхностях раздела физико-химических процессов.

Результаты исследований, связанных с поверхностью ТТ, используются в машиностроении, станко- и приборостроении, однако наиболее полно и всесторонне - в микроэлектронике. Ежегодное удвоение степени интеграции СБИС привело к необходимости использования при их изготовлении сверхтонких слоев и многослойных структур с элементами субмикронных размеров. Наличие большого количества термодинамически неравновесных поверхностей раздела в таких структурах, представляющих собой обусловленные обрывом ковалентных связей дефекты трехмерной структуры ТТ, резко обострило проблему обеспечения стабильности параметров изделий электронной техники (ИЭТ).

По мере уменьшения размеров элементов все более мелкие по размерам дефекты начинают сказываться на надежности изделий. Сильное влияние начинают оказывать дефекты и топология поверхности кремниевых подложек. По этой причине вопросы снижения плотности дефектов и уровня механических напряжений в активных областях приборов, а также проведение операций геттерировапия, т. е. захвата и связывания примесей в неактивных областях подложки, становятся все более актуальными.

Дальнейшее развитие микроэлектроники требует проведения комплексных экспериментальных и теоретических исследований всей совокупности процессов, протекающих в объеме и на границах раздела при проведении основных технологических операций изготовления и при эксплуатации ИЗТ. Установление природы явлений, определение закономерностей и особенностей их протекания в многослойных структурах позволит осуществить поиск новых научно-обоснованных технических решений при проектировании и разработке технологий формирования высокостабильных структур с повышенными эксплуатационными свойствами.

В связи с этим исследования, направленные на разработку составов функциональных слоев и процессов формирования многослойных структур ИЭТ с высокостабильными свойствами, актуальны. Их проведение диктуется необходимостью решения народнохозяйственной задачи повышения эксплуатационных свойств и конкурентоспособности продукции различных отраслей промышленности Республики.

Связь работы с крупными научными программами, темами. Работа непосредственно связана с тематикой НИОКР в области разработки новых материалов для покрытий, тонкопленочного материаловедения и технологии микроэлектроники, выполняющихся в ФТИ НАН Беларуси.

Исследования проводились в рамках республиканских комплексных программ по следующим темам: "Получение и исследование структуры и физических свойств тонких металлических пленок, применяемых в микроэлектронике" (1970 - 1972 гг.), "Исследование процессов в объеме и на границах раздела многослойных твердотельных структур" (1978-1981 гг.), "Исследование энергетической структуры и свойств многослойных твердотельных систем с различными дефектами" (1982-1985 гг.), "Исследование стабильности структуры и свойств многослойных и многокомпонентных систем на основе кремния и двуокиси кремния" (1986-1988 гг.), "Исследование дефектов на границе раздела в многокомпонентных и многослойных структурах на основе кремния, двуокиси кремния и различных металлов" ("Электроника 27", 1989-1992 гг.). В рамках РНТП 27.01р (1984 г), по госзаказу Республики Беларусь "Разработать новые многокомпонентные материалы, технологии их изготовления и организовать опытно-промышленное производство мишеней для предприятий микроэлектроники и других отраслей промышленности" (1992 -1994 гг.), по РПФИ «Материал», «Поверхность», «Электроника» (1996 -1999 гт).

Цель и задачи исследования. Целыо работы является исследование закономерностей фазовых и структурных превращений и процессов, протекающих в объеме многокомпонентных и на границах раздела многослойных структур, разработка на их основе новых материалов и технологических процессов формирования высокостабильных элементов и структур ИЭТ.

Для достижения поставленной цели необходимо провести исследования и решить следующие основные задачи:

разработать новые многокомпонентные сплавы для формирования резистивных пленок однородного химического состава, изучить закономерности протекающих в них структурных и фазовых превращений и их влияние на стабильность электрофизических свойств пленок;

разработать новые материалы, конструкции и технологии изготовления мишеней MPC для формирования токопроводящих систем (ТС) ИЭТ, исследовать термостабильность и электромиграционную стойкость ТС;

исследовать влияние кристаллографических факторов на процессы изготовления высококачественных кремниевых пластин (резки слитков, гетгерирования примесей, наращивания эпитаксиальных слоев (ЭС) кремния) и на процессы формирования высокостабильных многослойных структур;

исследовать влияние остаточных напряжений на стабильность свойств ИЭТ, разработать способы контроля и снижения уровня напряжений в кремниевых структурах интегральных микросхем;

разработать на основе полученных результатов исследований технологические процессы изготовления, сборки и стабилизации свойств ИЭТ, провести испытания стабильности их электрофизических параметров, среднего времени наработки на отказ (СВНО), интенсивности отказов и надежности.

Объект и предмет исследования. Объектом исследований являются ИЭТ. Предметом исследований является разработка многокомпонентных материалов и процессов формирования многослойных тонкопленочных структур с высокостабильными свойствами на их основе. Предметом исследования являются также закономерности, механизмы и кинетика различных физико-химических процессов, протекающих в объеме многокомпонентных и на границах раздела многослойных структур и оказывающих влияние на стабильность характеристик и надежность ИЭТ.

Методология и методы проведенного исследования. При решении поставленных задач использовали как широко известные методы исследования элементного, фазового состава, микроструктуры и электрофизических свойств многокомпонентных сплавов, пленок и тестовых структур, так и специально разработанные методы, способы и устройства.

Контроль элементного и фазового состава осуществляли методами химического анализа, микрозондового анализа и электронографии с помощью приборов ФЭК-56М, РЭМП-2, "Бурег-ргоЬс -733", ЭВР-1 и ЭМР-100. Исследование структуры, рельефа поверхности, измерение толщины пленок проводили методами оптической, электронной просвечивающей и сканирующей микроскопии с помощью приборов МЮРНОТ 2, профило-графа-профилометра марки М 201, МИИ-4,~ЭМВ-100Л, .ШМ-120, РЭМ-200 и В8-350. Сканирование пластин при геттерировании быстродиффунди-рующих примесей (БДП) осуществляли с помощью установки лазерного генерирования ЭМ-227 и установки лазерной обработки ЭМ-210.

Для исследования уровня и распределения остаточных напряжений в кремниевых структурах были разработаны способы приготовления образцов и контроля локальных напряжений, позволяющие оценивать 1« величину в различных участках топологии интегральных микросхем (а. с. 1510630, 1662298, 1729253).

С учетом результатов исследований пленок и тестовых структур изготавливали опытные партии изделий - резисторов, СВЧ транзисторов, интегральных микросхем и жидкокристаллических индикаторов (ЖКИ), стабильность параметров, СВНО, интенсивность отказов и надежность которых определяли по действующим на предприятиях методик-ям контроля и проведения ускоренных испытаний.

Для исследования влияния режимов импульсной тренировки (ИТ) на стабильность параметров резисторов были разработаны устройство и способ импульсной стабилизирующей обработки резисторов (а.с. 1358653, 1457683).

Научная новизна и значимость полученных результатов.

Наиболее существенные результаты работы, имеющие приоритетный научный характер, следующие:

1. Предложена научная концепция создания новой серии сплавов для формирования резистивных слоев изделий электронной техники методами

испарения. В ее основу положены особенности фазового перехода ж —> пар наиболее термодинамически стабильных соединений, заключающиеся в их конгруэнтной диссоциации и последующем переходе в паровую фазу с сохранением стехиометрии исходных соединений. Установлены закономерности процессов испарения сплавов, представляющих собой смеси термодинамически стабильных соединений.

2. Развиты представления о механизмах структурных и фазовых превращений, протекающих при термообработке разупорядоченных (аморфных) пленок. Установлены закономерности их влияния на долговременную стабильность электрических параметров изготовленных на их основе резисторов.

3. Установлены особенности формирования микрорельефа и механизмы формирования бугорков на поверхностях пленок алюминия высокой чистоты и легированных пленок. Показано, что образование бугорков на поверхности легированной пленки происходит путем выдавливания более пластичного основного слоя по дефектам структуры ее приповерхностного слоя.

4. Определены механизмы формирования морфологических дефектов при наращивании ЭС кремния. Установлено, что образующиеся выступы-островки являются результатом неоднородного по поверхности подложки образования эпитаксиальных зародышей, слиянию которых в сплошную пленку препятствует адсорбция легирующей примеси (фосфина), приводящая к "отравлению" активной поверхности подложки.

5. Установлены закономерности влияния кристаллографических факторов на процессы лазерного геттерирсвания БДП, на конфигурацию и скорость формирования ямок на поверхности кремниевых пластин при термообработке структур Si/SiO¿/Al.. Получены уравнения для расчета шага сканирования пластин с учетом размеров зон рекристаллизации и активных зон кремниевых структур, а также уравнение, позволяющее определить глубшгу плоскодонных ямок, формирующихся на поверхности кремниевой пластины ориентации (111).

6. Установлен механизм формирования сверхструктуры Mo3Si в переходном слое Si/Mo при термообработке. Показано, что образование сверхструктуры происходит без существенных перестроек кристаллической решетки молибдена и возможно при температурах Т0 > 873 К.

7. Установлены особенности образования соединения YA13 на границах раздела слоистых пленок Y/A1 и A1/Y. Показано, что снижение уровня сжимающих напряжений в пленках Y/A1 является результатом локального формирования соединения YA13 с плотной упаковкой атомов.

Практическая значимость полученных результатов заключается в:

разработке методов расчета составов и способа приготовления сплавов, обеспечивающих при их свободном испарении в вакууме получение однородных многокомпонентных пленок постоянного химического состава;

создании новых сплавов на основе алюминия для формирования ТС ИЭТ, разработке конструкций и технологий изготовления мишеней из сплавов на основе ашоминия, а также сборных (мозаичных) и композиционных мишеней из хрупких и труднообрабатываемых материалов;

разработке способов резки слитков монокристаллов кремния на пластины, газофазного осаждения и контроля дефектности ЭС кремния, геттерирования примесей в кремниевых структурах;

разработке способов снижения и контроля уровня остаточных напряжений в кремниевых структурах, позволяющих оперативно определять величину и распределение напряжений по площади структур пленка - подложка;

разработке способа изготовления и устройства для импульсной стабилизирующей обработки пленочных резисторов, позволяющего осуществлять циклический режим воздействия на исследуемый образец импульсов нарастающего напряжения с регистрацией изменения сопротивления образца после каждого импульса;

разработке способов и отработке режимов проведения сборочных операций (посадки кристаллов СБИС, формирования микросварных соединений пленка - вывод, сборки ячеек ЖКИ), обеспечивающих высокую надежность и стабильность электрических параметров ИЭТ.

Экономическая значимость полученных результатов. Результаты исследований внедрены и апробированы на предприятиях п/я Р-6825, п/я Р-6007, п/я А-1624, п/я Ф-7095, ПО "РЕОМ", Омском НИИ приборостроения и п/я М -5199. Экономический эффект в 1978 г. составил 31500 руб.; в 1982 г. - 3072054 руб. в 1986 г. - 439600 руб.; в 1987 г. -308000 руб.; в 1988 г. — 611690 руб. Экономический эффект от использования а. с. № 1600189 на Минском заводе "Транзистор" составил в 1989 г. - 115992 руб., в 1990 г - 208553 руб. Разработанные и изготовленные в соответствии с проведенными НИР мишени различных конструкций прошли промышленную проверку на предприятиях п/я М-5199, НПО "Планар", НИИЭВМ, НПО "Интеграл" и на др. предприятиях.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту. Автор защищает:

1. Научную концепцию разработки новых материалов на основе термодинамически стабильных соединений для нанесения функциональных слоев ИЭ'Г методами испарения. Закономерности процессов испарения сплавов, представляющих собой смеси термодинамически стабильных соединений, и разработанные на их основе метод расчета и способ приготовления сплавов.

2. Результаты исследований механизмов рекристаллизации и фазовых превращений, протекающих при термообработке аморфных пленок, закономерности их влияния на величину и долговременную стабильность электрических параметров изготовленных на их основе резисторов.

3. Предложенные механизмы формирования бугорков на поверхности пленки алюминия и легированных пленок алюминия, полученных методом

магнетронного распыления. Результаты исследований электрофизических свойств ТС, изготовленных из новых сплавов на основе алюминия

4. Закономерности влияния кристаллографических факторов на:

процесс резки слитков монокристаллов кремния на пластины;

процесс осаждения и дефектность ЭС кремния;

процесс лазерного гетгерирования примесей в кремниевых пластинах.

5. Особенности и механизмы процессов, протекающих на границах раздела:

слоистых пленок Y/A1 и A1/Y с образованием соединения YA13, и способ подавления роста бугорков на поверхности слоистых пленок;

структур Si/Mo с формированием сверхструктуры Mo3Si;

структур SÍ/SÍO2/AI с образованием ямок на поверхности кремниевых пластин.

6. Методы расчета остаточных напряжений в структурах SÍ/S1O2, способы изготовления образцов, контроля величины и распределения локальных напряжений по площади структур пленка — подложка.

7. Разработанные способы и режимы проведения импульсной стабилизирующей обработки резисторов и сборочных операций (посадки кристаллов СБИС, формирования микросварных соединений пленка - вывод, сборки ячеек ЖКИ), обеспечивающие высокую надежность и стабильность электрических параметров ИЭТ.

Личный вклад соискателя. Изложенные в работе результаты теоретических и экспериментальных исследований механизмов и стадий протекания структурных и фазовых превращений в многокомпонентных пленках и процессов взаимодействия на границах раздела многослойных структур получены автором самостоятельно. Ряд экспериментальных работ проведен совместно с аспирантами ФТИ НАН Беларуси. Анализ, обработка, и научная трактовка результатов работ выполнены автором самостоятельно.

Апробация результатов диссертации. Основные положения работы докладывались на Первой и Второй РНТК «Применение электронной микроскопии в науке и технике», г. Минск, 1980 и 1988 гг.; НТК НТОРЭС им. Попова, г. Минск, 1979 г.; VII МК по микроэлектронике, г. Минск, 1990 г.; IX Всесоюзной НТК по микроэлектронике, г. Казань, 1980 г.; НТК «Проблемы применения современных радиофизических методов для повышения эффективности производства и автоматизации научных исследований» г. Минск, 1981 г.; Всесоюзной конференции АПМ-81 «Интеграция и нетермическая стимуляция технологических процессов микроэлектроники», г. Зеленоград, 1981 г.; II и III ВНТС «Пути повышения стабильности и надежности микроэлементов и микросхем», г. Рязань, 1981 и 1984 гг.; VI и VII ВНТК «Взаимодействие атомных частиц с твердым телом», г. Минск, 1981 и 1984 гг.; Республиканском семинаре «Методы нанесения тонких защитных покрытий для повышения износо- и коррозионной

стойкости деталей машин, инструментов и оборудования», г. Минск, 1983 г.; XIX ВК по эмиссионной электронике, г. Ташкент, 1984 г.; III ВС «Физика отказов», г. Суздаль, 1984 г.; НТК «Вакуумные покрытия - 88», г. Минск, 1988 г.; ВНТК «Микроэлектроника в машиностроении», г. Ульяновск, 1989 г.; ВН'ГК «Новые материалы для микроэлектроники», г. Туапсе, 1995 г.

Опубликованиость результатов. Но теме диссертации опубликовано 87 работ, в том числе 2 монографии, 28 статей в научных журналах и сборниках, 17 тезисов докладов и выступлений на конференциях, 39 авторских свидетельств СССР и один патент РЬ. Общее количество страниц опубликованных по теме диссертации материалов более 780, вместе отчетами по НИР, прошедшими госрегистрацию, — бо 1800.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, общей характеристики работы, пяти глав, основных результатов, списка использованных источников и приложений. Изложена на 389 стр., в том числе на 200 стр. основного текста. Содержит 141 рисунок, 46 таблиц, 9 приложении п список использованных источников, включающий 273

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение содержит обоснование актуальности рассматриваемой проблемы, цель работы и основные этапы решения задач повышения эксплуатационной надежности и стабильности параметров ИЭТ.

В первой главе приведен анализ состояния разработки материалов и процессов формирования многослойных структур для ИЭТ. Показано, что основной тенденцией развития технологии производства БИС является уменьшение размеров топологических элементов. По мере приближения размеров элементов к фундаментальным пределам усложняете;! решение проблем обеспечения надежности изделий. В связи с тгим требуется дальнейшее углубление теоретических представлений о механизмах и кинетике процессов структурных и фазовых превращений многокомпонентных пленочных материалов, о строении и свойствах поверхностей, о протекающих на поверхностях твердых тел и на границах раздела многослойных структур реакциях и процессах.

Рассмотрены термодинамические аспекты разработки новых материалов с высокостабильными свойствами. Показано, что вакуумные методы нанесения пленок можно разбить на два класса: методы испарения (фазовые переходы тт—> ж -> пар) и методы распыления (фазовый-переход тт пар). Фракционирование сплавов при испарении приводит к разбросу элементного состава и параметров пленок. Основным направлением повышения воспроизводимости состава пленок, формируемых методом испарения,

является исследование и использование закономерностей фазового перехода ж —> пар, разработка методов расчета новых сплавов на их основе. Дня повышения воспроизводимости элементного состава пленок, получаемых методами распыления, необходимо исследование закономерностей фазового перехода тт пар при распылении мишеней, совершенствование их конструкций и технологий изготовления.

Впервые поставлена задача разработки новых материалов для ИЭТ с учетом электронного строения и стабильности свойств исходных компонентов, а также фазовых переходов, происходящих при нанесении и последующей стабилизирующей обработке пленок.

Показано, что в настоящее время отсутствуют научно-обоснованные рекомендации по выбору легирующих элементов, базирующиеся на механизмах их влияния на электрофизические свойства тонкопленочных структур. Для решения проблем изготовления высоконадежных ТС необходима разработка новых многокомпонентных сплавов.

Показано, что основными путями повышения стабильности параметров и эксплуатационном надежности многослойных структур ИЭТ наряду с разработкой и использованием новых материалов являются: использование высококачественных подложек; эффективное геттерированис ЬДП в кремниевых структурах; снижение уровня остаточных напряжений в многослойных структурах; использование барьерных слоев, слоистых пленок и защитных покрытий, позволяющих предотвращать или стимулировать протекание твердофазных реакций на границах раздела многослойных структур.

Проведен анализ процесса "езки слитков кремния на пластипы. Показано, что снижение выхода годных пластин происходит за счет образования сколов и микровыколов в местах врезания режущего инструмента и выхода его из слитка, а также в области базового среза пластин. В связи с этим необходимы дальнейшие исследования процесса разделения слитков.

Проведен анализ процессов генерирования примесей в кремниевых пластинах. Показано, что для управления глубиной проникновения и плотностью дислокаций в пластине необходимы исследования механизмов формирования геттерных стоков при лазерном генерировании. Отсутствуют научно-обоснованные рекомендации по выбору направления, шага и режимов сканирования пластин различной ориентации, что снижает эффективность захвата примесей и стабильность кремниевых структур. Определена цель и сформулированы задачи работы.

Во второй главе показано, что первоочередной задачей формирования покрытий с высокостабильными свойствами является задача получения пленок заданного элементного и фазового состава. Развиты представления о процессе испарения сплавов, содержащих соединения. Рассмотрены закономерности и основные реакции, протекающие при испарении много-

компонентных сплавов. Определены условия получения методами испарения однородных по химическому составу трехкомпонентных пленок.

Установлено, что воспроизводимость состава пленок определяется закономерностями фазовых переходов ж пар и пар -> тт. Показано, что переход ж пар сплавов, содержащих соединения, определяется реакциями их диссоциации. Основным условием получения пленок однородного состава является использование наиболее термодинамически стабильных соединений, особенностью которых является сохранение стехиометрии при диссоциации и переходе элементов этих соединений в парообразную фазу.

Проведены исследования процессов испарения сплавов, представляющих собой смеси стабильных соединений. Установлено, что отношения скоростей свободного испарения в вакуум входящих в сплав и сохраняющих свои свойства соединений равны отношениям частных от деления средних значений суммарных давлений паров компонентов каждого входящего в сплав соединения в интервале температур испарения на корень квадратный от величины молярной массы этого соединения. При отношении друг к другу начальных концентраций входящих в сплав соединений, равном отношению друг к другу величин вышеуказанных частных, полное испарение всех соединений заканчивается одновременно. Осаждающиеся при этом пленки имеют однородный по поперечному сечению состав.

Для случая использования в качестве составляющих сплава наиболее термодинамически стабильных соединений металлов А, В, Д...М с металлоидом /?, условие получения однородных пленок постоянного химсостава можно записать в виде:

где хк - молярная концентрация соединения 1-того металла (А,В,£>...И) с металлоидом Я в сплаве ; V п - среднее значение суммарного давления

л /Л

паров элементов / и Я в интервале температур испарения сплава.

Задача разработки новых сплавов для резистивных пленок с высокостабильными свойствами была решена в три этапа:

разработка принципов отбора составляющих сплавов; обоснование принципа формирования систем сплавов; определение концентрации элементов в многокомпонентных сплавах. На первом этапе определены правила выбора исходных элементов и соединений при разработке новых сплавов. Показано, что однородные по составу пленки формируются при выборе в качестве компонентов сплава элементов, образующих между собой твердые растворы, подчиняющиеся законам Рауля, а также элементов, образующих между собой наиболее термодинамически стабильные соединения.

хая ■' Хвя ■ хРЯ ■' ■■• ■ хыя ~

= 2 р ** . £ р ы .2 р

ЯЛ . г он

(1)

(2)

л/М ля у[м

Хлп + хвк + хор, +... + х^ц = 1,

На втором этапе определены принципы формирования систем новых сплавов. Показано, что азеотропность или свойство сохранения стехиометрии при испарении обусловлено прочностью (или энергией) химической связи между разнородными атомами, образующими соединение. Определены принципы подбора соединений при формировании сплавов, содержащих соединения различных металлов с разными металлоидами. Установлен ряд наиболее термодинамически стабильных конгруэнтно испаряющихся силицидов, включающий "Л^Ц, У5х2, Сг812, Ре81, Со81, N¡81, Б^г, У81, г^з, Ва813, Ьа8Ь и Се8Ь,

На третьем этапе разработан метод расчета составов силицидных сплавов с высокостабильными свойствами, заключающийся в следующем.

На основании данных об электрических свойствах соединений и требуемых свойств резистивных пленок из приведенного ряда выбирают от двух до г соединений и тем самым, задают состав системы сплава. Содержание каждого элемента в сплаве рассчитывают по следующим зависимостям:

П, М<

И, М-;+ ГП; Мк

^ п, т, _ /Т ТуГ . ,г.

С, = Г^ТТТ" С (1п,Кт<> '

£С, + Ск = 100% , (4)

где I—А, В, Д ..., N - I •тый компонент сплава, образующий с кремнием (К) силицид 1щ; + /и, МО ~ молекулярный вес силицида С,

- процентное содержание /-того элемента в сплаве; С(/и ._/£и.) — процентное

содержание силицида ]п Кт в сплаве:

СЧ„.К„У- .Х/1"'К"") 1пМ'+щМ'\*т%, (Я

: Й-Л т-

I

N

х ЦщКт? [п.М^пиМк]

где х (1щКт) — молярные концентрации силицидов 1щК_т в сплаве, определяемые из выражений:

х(АПаКта) • * (ВпЬКть) - :х(ЫПпКтп) ~

(6)

_^Р(АпаКтд) . Цр(ВпЬКть) , IР(РпЛт1 , , ТР(ЫПпКт1 .

№АпаКта> ' 1"(ВпьКть) ' ^ФпЛп,,) ..... р>«ИппКтп) '

ХА + Хц + ХВ + . . . + Хы = 1, (7)

где ~ среднее значение суммарного давления паров элементов

У и в интервале температур испарения сплава.

Затем рассчитывают давление нароп элементов силицидов в широком интервале температур, определяют но требуемому давлению паров (обычно от единиц до десятков Па) расчетную температуру испарения сплава Тр и задают интервал температур испарения. Определяют среднее значение суммарного давления паров элементов каждого силицида в интервале температур испарения сплава. По выражениям (3-7) определяют процентное содержание силицидов и элементов в сплаве.

Получены уравнения и выполнены расчеты давлений паров элементов при диссоциации наиболее термодинамически стабильных силицидов и оксидов алюминия, кремния, ванадия и церия в интервале температур 2000 - 2500 К (табл.). На основании полученных данных проведены расчеты элементного состава сплавов систем Cr - Fe - Si, Ni-Cr-Si, Fe-Ni-Cr-Si и Al-Cr-Si-СеОг. Рассмогрены особенности испарения и определены пределы допустимых атомарных концентраций элементов сплава системы Ni- Cr - Al, содержащей в расплавленном состоянии гстероассоциаты Ni Al и CrAl.

Разработан способ приготовления новых сплавов, позволяющий приблизить реально прохекающие при испарении сплава реакции к реакциям согласованной диссоциации соединений. Новый сплнмы различных сшлем изготавливали путем смешивания в расчетных пропорциях порошков раздельно приюговленных составляющих - наиболее термодинамически стабильных силицидов, оксидов или составов, соответствующих стехиометрии гстероассоциатов, образующихся при расплавлении сплавов.

Проведена экспериментальная проверка воспроизводимости электрического сопротивления и ТКС резисторов, изготовленных на основе известных (MJIT-3, МЛТ-б, МЛТ-8) и новых сплавов системы Fe - Cr - Si. Установлено, что сплавы, приготовленные по разработанному способу, позволяют снизить разброс сопротивления изготовленных на их основе резисторов до ~ 30'% по сравнению со 100 : 200 %-иым разбросом у известных сплазов н снизить величину ТКС с ± 250-! О"6 К"1 до ± 100-10"'' К"1.

Проведены исследования влияния составов сплавов систем Fe - Cr - Si, Ni - Cr - Si и Fe - Ni - Cr - Si на воспроизводимость элементного состава пленок. Установлено, что сплавы, приготовленные но разработанному способу, обеспечивают возможность формирования пленок с равномерным распределением компонентов по их поперечному сечению. Разброс концентраций элементов в пленках не превышал 5 мае. % , что в 2 - 3 раза меньше, чем у известных сплавов МЛГ-1 и МЛТ-10.

Проведены исследования и установлены механизмы структурных и фазовых превращений, протекающих при термообработке пленок систем Fe -- Cr - Si и Cr - Si - Al - СеОг, имеющих после осаждения сильно разутторядо-чепную структуру. Показано, что рекристаллизация пленок системы Fe - Cr -Si - полиморфная, бездиффузионная и происходит с образованием мета-стабильных сферолитов, распадающихся с повышением температуры на более стабильные фазы с равновесной поликристаллическои структурой.

Таблица

Уравнения для расчета давления паров при диссоциации наиболее термодинамически стабильных силицидов и оксидов*

Соединение, элемент Зависимости давления паров элементов (ат) от температуры (К)

П^з =- 28662/Г- 0,283-КГ1 Т + 7,860, 1 gpíi = -28662/Г -0,283-10'3 Т + 8,083.

5, = - 30570/Г- 0,288-10"3 Г + 8,252, 1ЙРУ = - 30570/Т-0,288-Ю"3 Т + 7,950.

СгёЬ \gpsi = - 25129 /Т- 0,331-10"' Т + 8,071, \gpcr = -25129/ Т - 0,ЗЗЫ0'3 Т + 7,770.

РеБ1 \gpi-t =1 к/? 8! = - 24765 / Т- 0,380 -10Т + 8,116.

СоБ1 18 р с =1вря= - 25825 / Т- 0,405-10"3 Г + 8,040.

N¡81 1 = р Б! = - 25400 /Г- 0,361-10"3 Г + 8,069

^ра = - 27480/Г- 0,583-Ю"3 Т + 8,466, = -27480/ Т - 0,583-10"3 Т + 8,165.

Ьр у - \«р ^ = - 26800 / Т- 0,377 -10"3 Т + 7,984.

1§р ъ = - 30325 / Т- 0,350-10"3 Т + 7,825, 1 вр/г = -30325 /Г -0,350-10"3 Т + 8,047.

Ва81з 1 ёРя = - 42590/ 7'- 0,521 ТО"3 Т + 8,760, 1 gpn* = - 42590/ Г -0,521-Ю"3 Т + 8,284.

1^2 Ыр Si = - 26390 / Т- 0,309 10"' Т 4- 7,885, \&р а = - 26390 / Г - 0,309-10"3 Т + 7,584.

СеБЬ - 26870/ Г- 0,31210"3 7" + 8,086, ^Рсе = - 26870 / Г - 0,312Т0"3 Г + 7,785.

1«, = лп^ч /Т4- 5 о-?7

Л1203 1ЕХР(А120з) =-32185/Т-1 8,250 (1000-2327 К) 1§ 5>?(Л1203) ="-- 31389 /Т+ 7,908 (2327 -3500 К)

8Ю2 Щ&Ог) = - 26624 /-.Т + 8,505 (1996 - 3000 К)

У203 Ър(у2О,) = - 29098 / Т + 8,884 . (1000 2240 К) 1ё Тр(у203) = - 27119 / Т + 7,995 (2240 - 3000 К)

Се2Оэ 1/;(Се203) = - 28914 /Т + 7,946 (1000 - 2453 К) ^ 1ДСе,03) = - 27032 / Т + 7,179 (2453 - 4000 К)

* Уравнения давления паров Б: и оксидов взяты из работы: Куликов И. С. Термодинамика оксидов: Справочник. - М.: Металлургия, 1986. - 342 с.

При отжиге пленок сплава системы Сг - - А1 - Се02 происходит преимущественная рекристаллизация отдельных компонентов с образованием зерен пластинчатой формы, расположенных в аморфной матрице.

Исследованы электрические свойства и стабильность резисторов, изготовленных на основе пленок сплавов систем N1 - Ст - А1 и № - Сг - вь Установлено, что изготовленные па основе пленок состава, в % по массе: № - 30,7, Сг - 43,7 и А1 - 25,6 (ркв ~ 20 Ом/кв) резисторы после отжига при Т„ = 700 К и /0 = 60 мин имели величину ТКС в пределах ±25-10"6 К"1 и Кст при номинальной нагрузке при Т- 340 К в течение 2000 ч не хуже 0,1 %.

Изготовленные на основе пленок сплава системы № — Сг — расчетного состава (рке ~ 1500 Ом/кв) резисторы после отжига на воздухе при Т0 = 670 К и = 60 мин имели величину ТКС в пределах ± 25-10"6 К"1 и Кст при номинальной нагрузке в течение 2000 ч не хуже 0,12 %.

Разработанный сплав системы Ре - Сг - 8} для резистивных пленок и способ его получения защищены а. с. и используются при промышленном изготовлении резисторов типа МЛТ.

В третьей главе показано, что в настоящее время отсутствуют научно-обоснованные рекомендации по выбору легирующих элементов, базирующиеся на механизмах их влияния на электрофизические свойства ТС на основе алюминия. Используемые двух- и трехкомпонентные сплавы не удовлетворяют требованиям, предъявляемым к ТС ИЭТ.

. Предложен новый подход к разработке многокомпонентных сплавов на основе алюминия для формирования ТС ИЭТ, заключающийся в следующем: в связи с многообразием требований к ТС впервые поставлена задача разработки специальных сплавов для каждого уровня ТС, в максимально возможной степени соответствующих их функциональному назначению;

при разработке сплавов специального назначения обязательно выполнение общих требований, предъявляемых ко всем уровням ТС, и дополнительных, которые накладываются только на рассматриваемый уровень.

Определен ряд легирующих элементов, включающий Бг, Ва, Бс, У, Си, Ъп, Сс1, Ла, Се, Но, Т1, Щ №, Мп, Бе и Сг, при использовании которых в новых сплавах на основе алюминия можно ожидать снижения переходного сопротивления между уровнями, модифицирования структуры пленок, повышения их электромиграционной стойкости и термостабильности, снижения плотности и размеров бугорков на поверхности пленок, повышения прочности микросварных соединений пленка - вывод и в целом достижения соответствия физико-химических свойств разработанных с их использованием сплавов с требованиями, предъявляемыми к ТС. Из приведенного ряда легирующих элементов для приготовления сплавов, изготовления мишеней и экспериментальной проверки свойств сформированных на их основе ТС отобраны следующие наиболее перспективные элементы: У, Си, Хп, Сс!, Ьа, Се, Т1, 2т, №, Мп и Сг.

Определены базовые двух- и трехкомпонентные системы сплавов на основе алюминия и дополнительные легирующие элементы для разработки новых сплавов, в наибольшей степени соответствующих общим и частным требованиям, предъявляемым к каждому уровню ТС. При этом показано, что: для уровней ТС, контактирующих с активными областями кремниевых микросхем, с целью разработка четырех- и пятикомпонентных сплавов на основе следующих систем: А1-Б1-Мп, А1-81-№, А1 — —

Т1, А1 - Э! — Ъх, А1 - Б! -У, А1 - Б! - Ьа, А1 - - Се и А1 - - Ва. Использование в указанных системах малорастворимых в алюминии элементов, а также элементов, образующих соединения с алюминием и кремнием, выпадающих по границам зерен пленки, препятствует меж-зеренной диффузии атомов кремния и самодиффузии атомов алюминия;

для межсоединений, не контактирующих с кремниевой подложкой, целесообразна разработка сплавов на основе тройной системы А1 — Мп - Б!, дополнительно легированной N1, Т1, У, Ьа, 2т, Си или Ва. Использование указанных легирующих элементов позволит снизить переходные сопротивления между уровнями ТС за счет восстановления или снижения диэлектрических свойств естественной оксидной пленки алюминия;

для верхних уровней ТС целесообразна разработка сплавов на основе систем А1 - Мп и А1 - Т1, легированных Се, У, Ьа, М£, Бс, БЬ, Ва, С<1 или 2п. Введение легкодиффундирующих в алюминии элементов позволит повысить качество сварных соединений пленка - вывод, введение РЗЭ снижает уровень остаточных напряжений в пленках.

Определены интервалы введения легирующих элементов в разрабатываемые сплавы. Показано, что введение кремния в сплавы для контактирующих с кремниевой подложкой уровней ТС допустимо в пределах 0,2 -1,5 мае. %, в сплавы для промежуточных уровней - 0,1 - 0,5 мае. Содержание большинства легирующих элементов в - разрабатываемых сплавах целесообразно варьировать в пределах от 0,1 до 1,5 мае. %.

Проведены исследования распределения легирующих элементов в мишенях и установлено, что литые мишени имеют неоднородную гетерогенную структуру, представляющую собой включения кристаллитов легирующих элементов или их соединений в матрице из твердого раствора этих элементов в алюминии. Показано, что для равномерного распыления мишеней и получения воспроизводимых по составу пленок целесообразно проведение операций пластической деформации и гомогенизирующего отжига заготовок литых мишеней.

Разработана технология и изготовлены методом литья с последующей ковкой, отжигом и механической обработкой 220 дисковых мишеней из экспериментальных сплавов на основе алюминия для проведения исследований влияния состава сплавов на свойства формируемых ТС.

Проведены исследования влияния легирующих элементов на рельеф поверхности пленок алюминия и установлено, что:

наибольшую плотность бугорков, достигающую 5Т0пм"2, имеют пленки алюминия марки ОСЧ - 18-4. Бугорки в этом случае представляют собой выступающие над поверхностью пленки на 1/4 - 1/3 диаметра сферолиты, образующиеся за счет рекристаллизации при осаждении пленки;

введение легирующих элементов изменяет механизм формирования бугорков. Поверхностный слой осаждаемой методом распыления пленки подвергается бомбардировке электронами и ионами и приобретает геттсрные свойства, что приводит к повышению в нем концентрации легирующих элементов. Вследствие образования малопластичного приповерхностного слоя при возникновении в пленке сжимающих напряжений часть основного более пластичного слоя пленки выдавливается по дефектам приповерхностного слоя, что и приводит к образованию бугорков.

Проведены исследования влияния состава сплавов на электрофизические свойства двухуровневых ТС (поверхностное сопротивление слоев, переходные сопротивления между уровнями, напряжение пробоя), на структуру, рельеф поверхности, на качество формирования рисунка межсоединений, и установлено, что:

наименьшие поверхностные сопротивления слоев ' ~ 0,037; ркв2 ~ 0,029 Ом/кв) и наименьшие переходные сопротивления между уровнями имеют ТС, изготовленные из пленок алюминия марки А9995, однако напряжение пробоя ТС на их основе составляет — 200 В, что свидетельствует о низкой надежности структур;

приемлемые уровни поверхностных сопротивлений пленок (рт = 0,05 -0,07 Ом/кв) и переходных сопротивлений между уровнями при напряжении пробоя и > 530 В имеют структуры, ТС которых изготовлены из пленок сплавов АГП0,25Се0,25 и Л1Си0,5№0,5 У1,0;

последовательность нанесения нленок при формировании ТС из разных сплавов и степень их окисления оказывают значительное влияние на электрофизические свойства ТС.

Проведены исследования электрофизических свойств прозрачных ТС (ПТС) на основе пленок оксидов 1п203 + 8п02, сформированных как методом катодного распыления мишени из сплава 1п8п5 с последующим окислением пленок, так и методом катодно-реактивного распыления.

Установлено, что на размер зерна, микрорельеф поверхности и на свойства ПТС, полученных окислением при 780 К в течение 1 ч пленок 1п8п5, сильное влияние оказывает структура, плотность и рельеф поверхности исходных осажденных пленок. При катодном распылении мишени из сплава 1м8п5 и последующем окислении пленок формируются ПТС, имеющие при толщине пленок 20 - 40 нм широкий диапазон изменения поверхностного сопротивления (от 0,5 до 100 кОм/кв). Высоким оптическим пропусканием 90 %) обладают пленки с сопротивлением рке > 1,5 кОм/кв.

Определены режимы катодно-реактивного осаждения и последующего доокисления пленок системы 1п-8п-1п203- 8п02, обеспечивающие получение

мелкозернистых бестекстурных пленок с поверхностным сопротивлением 0,5

- 8 кОм/кв и оптическим пропусканием ~ 96 %. Более высокие электрофизические параметры полученных пленок свидетельствуют о перспективности использования реактивных методов распыления для формирования пленок на основе соединений.

Разработаны, изготовлены и испытаны различные варианты конструкций мишеней из труднообрабатываемых и хрупких материалов. Отработаны конструкции и технологии изготовления распыляемых элементов и оснований составных мишеней для формирования ТС из пленок систем W - Ti и Ti

- Si и установлено, что при механическом способе крепления распыляемых элементов удовлетворительные по составу и электрофизическим свойствам пленки формируются при удельной мощности разряда Руа < 5-104 Вт/м2 Изготовленные с использованием пайки составные мишени для нанесения пленок системы W -Ti - Si позволяют проводить процесс распыления нри мощности разряда до 2 105 Вт/см2.

Разработаны и защищены а. с сплавы для ТС на основе алюминия, способы изготовления ЖКИ с ТС на основе пленок системы 1п2Оз - Sn02, конструкция композиционной мишени, использование которой расширяет возможности изготовления мишеней из хрупких материалов (из сплавов на основе хрома, силицидов, сплавов системы Л1 — Ti и др.) методом литья.

В четвертой главе рассмотрены вопросы влияния кристаллографических факторов на процессы резки слитков кремния на пластины, наращивания ЭС и лазерного геттерирования БДП, а также вопросы их влияния на термостабилыюсть многослойных структур Si/Si02/Al, на формирование соединении в структурах Si/mo и б слоистых пленках Y/A1.

Проведены исследования влияния ориентации и величины смещения слитка от траектории перемещения оси режущего круга при разделении монокристаллических слитков кремния 0 100 мм по плоскостям (001) и (111) на выход пластин высокого качества с прогибом до 20 мкм.

Установлено, что при углах наклона базового среза к горизонтальной плоскости а = 40 - 50° и смещении слитка в сторону центра поворота кулисы (рис. 1) выход пластин с прогибом до 20 мкм возрастает по сравнению с резкой согласно ТУ с 65 % до 85 - 90 %. Брак пластин по прогибу снижается с 3,8 % до 2,1 %, а при оптимальных условиях резки -до 0,4 %. Брак по сколам и микровыколам снижается с 3,3 % до 1,85 - 2,5 %.

Исследованы причины и механизмы формирования дефектов при наращивании ЭС методом газофазной эпитаксии. Установлено, что наблюдаемые на поверхности ЭС выступы — островки возникают в результате неоднородного по поверхности кремниевой подложки зародышеобразо-вания. Показано, что островки влияют на равномерность толщины и дефектность формируемого на ЭС оксида кремния, что приводит к снижению напряжения пробоя МДП-структур.

Траектория перемещения центра режущего круга

<1Ю>

А<100>

<110>

Слиток кремния

Режущая кромка

/I

Центр поворота / кулисы с режущим кругом

Рис. 1. Вариант резки слитка кремния по а. с. 1600189.

Установлено, что на зародышеобразование, рост и слияние островков влияет введение легирующей примеси - фосфит (РН3). Адсорбция фсефина приводит к "отравлению" активной поверхности подложки, препятствует разрастанию зародышей и их слиянию в сплошную пленку. При задержке подачи фосфина в реактор плотность дефектов ЭС снижается и достигает 1 ■ 102 см"2 при времени задержки 50 - 60 с.

Разработана технология, позволяющая на 15 - 20 % снизить плотность микродефектов кремниевых структур. Показано, что повышение совершенства структур обусловлено геттерирующим эффектом формирующегося менее легированного переходного слоя. Вследствие меньшего параметра ячейки в переходном слое возникают напряжения растяжения, что обусловливает геттерирование примесей и получение более совершенных ЭС.

Проведен анализ процессов формирования геттерных стоков при лазерном сканировании кремниевых пластин, определено влияние на эти процессы кристаллографических факторов - направления и шага сканирования, направления перемещения луча по пластине.

Рассмотрено расположение плоскостей скольжения дислокаций по отношению к рекристаллизованным зонам и к действующим изгибающим моментам при лазерном геттерировании пластин и показано, что:

для создания области геттерных стоков большой емкости в пластинах ориентации (001) предпочтителен выбор направлений сканирования типа

<100>, а в пластинах ориентации (111) - вдоль направлений типа <110>;

беспрепятственное скольжение дислокаций в пластину происходит на глубину порядка половины шага сканирования, на линиях пересечения плоскостей скольжения происходит взаимодействие и блокирование части дислокаций. При сканировании пластин ориентации (111) вдоль направления [110] блокирование дислокаций происходит только в случае перемещения по шагу в направлении [Т12].

Получены уравнения для определения шага сканирования пластин ориентации (001) и (111) с учетом размеров зон рекристаллизации и активных зон кремниевых структур.

Величина шага сканирования луча а при обработке пластины ориентации (001) определяется из условия (рис. 2):

а < l/2[t-(ta + tb+ d/2)], (8)

где t - толщина пластины; 1а - максимальная глубина залегания (толщина) активной области пластины; tb , d - глубина и ширина зоны плавления кремния лучом лазера, соотаегсгвенно.

Показано, что эффективность геттерировапия повышается при сканировании в нескольких направлениях. Для пластин ориентации (001) целесообразно сканирование в направлениях [100] и [010].

Рассмотрены особенности сканирования пластин ориентации (111). Получено выражение для расчета шага сканирования (рис. 3):

а < {[t-(ta + tb)]f -d. (9)

Геттерирование для пластин ориентации (111) эффективно, если дислокации распространяются на глубину не менее половины их толщины, т. е. при X > (t - ta) / 2, откуда

~ *>/!/-)_ » п ) / 1 ос лр\

Эффективность геттерирования пластин ориентации (111) повышается при сканировании в двух или в трех направлениях типа <110>.

Установлены основные закономерности влияния кристаллографических факторов на конфигурацию и скорость формирования ямок на поверхности кремниевых пластин при термообработке структур Si/Si02/Al. Разработана компьютерная модель процесса формирования ямок на поверх-ностях (001), (110) и (111). При удалении с идеальной поверхности моно-кристалла одного или нескольких атомов часть оставшихся на вновь образованной поверхности атомов, вследствие обрыва связей с удаленными, оказывается менее прочно связана с решеткой. Программа позволяет выявлять и в автоматическом режиме удалять слабосвязанные с решеткой атомы.

Показано, что для плоскости (111) кремния в треугольном контуре ямки, сторона которого содержит п атомов, общее количество поверхностных атомов равно сумме последовательных чисел от 2 до 77-1, т. е.

S„ = [2 + (п-1)]п/2 (11)

ориентации (001) при ее сканировании вдоль направления [100]: I, II, III- зоны блокирования дислокаций; 1 - рекристаллизованная зона; 2 - активные области приборов; 3 - кремниевая пластина.

Рис. 3. Распространение дислокаций вглубь пластины ориентации (111) при сканировании вдоль направления [ПО] и перемещении по шагу в направлении [112]. Обозначения те же, что и на рис. 3.

При количестве поверхностных атомов в контуре ямки на исходной поверхности 3 п отношение всех поверхностных атомов ямки, принадле-

жащих нижележащим плоскостям, к атомам, принадлежащим исходной поверхности, составляет

S„:3n = (п + 1)/6. (12)

Выражение (12) свидетельствует о том, что формирующиеся ямки плоскодонные. Их глубина увеличивается на одно расстояние между плоскостями {111} решетки кремния при увеличении длины стороны основания ямки на 6 — 7 расстояний между плоскостями {110}.

Установлены закономерности влияния ориентации окон прямоугольной формы в Si02 и разориентации поверхности кремниевой пластины от плоскости (111) на конфигурацию и расположение ямок.

Проведены исследования механизмов структурных превращений в переходном слое Si/Mo и установлено, что при дозах легирования кремния бором D = 1 - 4 Кл/м2 в процессе термообработки структур Si/Mo в переходном слое происходит образование низкокремнистой сверхструктуры типа а'~ фазы системы Fe - Si, а при дозах легирования D > 4 Кл/м2 наряду со сверхструктурой формируются соединения молибдена с бором. Развиты представления о закономерностях влияния атомов бора на перестройку и параметры решеток молибдена и кремния.

Показано, что образование сверхструктуры не требует существенных перестроек кристаллической решетки молибдена, процесс ее формирования возможен при сравнительно невысоких температурах. Проведены расчеты параметра решетки и межплоскостных расстояний сверхструктуры. Стехио-метрический состав соединений молибдена с бором может изменяться от Мо2В до М0В3. Их решетки могут быть как объемно-, так и гранецен-трированными, а параметр ячейки может изменяться от 0,2725 до 0,5294 нм.

Правомерность развитых механизмов протекания процессов фазовых и структурных превращений в переходной области структур Si/Mo подтверждена данными электронографического анализа.

Исследозана термостабилыюсть слоистых пленок Y/A1, и A1/Y. Установлено, что при отжиге в пленках формируется соединение YAI3. Процесс его образования зависит от последовательности нанесения слоев Y и Al. В пленках Y/A1 образование YA13 происходит локально в местах, где пленка Y203 имеет дефекты. В пленках A1/Y оксидная пленка А120з восстанавливается иттрием, и образование YAI3 происходит равномерно по всей площади.

Показано, что вследствие более плотной упаковки атомов в соединении YA13 уровень сжимающих напряжений в пленках Y/A1 значительно снижается. Отсутствие бугорков на поверхности отожженных слоистых пленок позволяет использовать их при изготовлении многоуровневых ТС ИЭТ.

На основании проведенных исследований разработаны способы резки слитков полупроводниковых монокристаллов кубической сингонии на пластины, осаждения и контроля дефектности ЭС кремния, лазерного геттерирования примесей в кремниевых пластинах и создания многоуровневой коммутации ИС. Разработанные способы защищены а.с. и патентом РБ.

В пятой главе приведены результаты исследовании надежности различного класса ИЭТ, а именно влияния режимов ИТ на стабильность параметров резисторов, влияния легирования ТС на основе пленок алюминия на СВНО СВЧ транзисторов. Рассмотрены методы определения величины и распределения локальных напряжений по площади структур пленка - подложка. Приведены результаты исследований характера распределения остаточных напряжений в структурах микросхем, рассмотрены вопросы влияния режимов проведения сборочных операций на уровень остаточных напряжений в системе кристалл — корпус, на прочность и надежность микросварных соединений, а также влияния условий и режимов проведения операций сборки и г ерметизации на надежность ЖКИ.

Проведены исследования влияния режимов ИТ на стабильность параметров резисторов и установлено, что эффективным способом обеспечения высокой стабильности свойств многокомпонентных резистивных пленок является сочетание их термообработки с последующей ИТ.

Разработано и изготовлено устройство для имнульсной стабилизирующей обработки пленочных резисюров, позволяющее подавать на исследуемый образец импульсы нарастающего напрялсення с регистрацией изменения сопротивления образца после каждого импульса. Установлено, что для получения высокостабильных резисторов температура их термообработки не должна превышать температуру начала рекристаллизации, а последующую ИТ в режиме нарастания амплитуды импульсов напряжения необходимо вести до получения минимальной величины сопротивления пленки.

Проведены исследования причин отказа СВЧ транзисторов при плотности токя 2,5-109 А/м2 с ТС на основе нелегированных н легированных пленок алюминия. Установлено, что при введении до 2 мае. % меди СВНО транзисторов возрастает и определяется электромиграционной стойкостью пленок, а при введении более 3 мае. % меди - снижается и определяется адгезионной прочностью и уровнем остаточных напряжений в структурах.

Показано, что характерными видами разрушений ТС, приводящими к отказам приборов при испытаниях, являются обрывы эмиттерных дорожек и их короткое замыкание с базовыми.

Проведен анализ распределения напряжений по сечению структур БЮз^/БЮг и Б^БЮ;», полученных высокотемпературным окислением кремния. Показано, что уровень остаточных напряжений в оксидных пленках па два порядка превышает уровень напряжений в кремниевых пластинах. В процессе проведения операции вскрытия окон в происходит перераспределение напряжений но сечению и по площади структур. В результате уровень локальных напряжений в пластинах может значительно превысить первоначальный уровень напряжений в оксидных пленках.

Показано, что поверхность сферы, присущая однородной структуре 51/8102, искажается и может трансформироваться п поверхность эллипсоида, гиперболоида, параболоида или в сложную поверхность, состоящую из

совокупности переходящих друг в друга участков вышеперечисленных поверхностей с образованием седловин. При этом возникают области с повышенным уровнем остаточных напряжений.

Разработаны способы контроля напряжений в структурах пленка -подложка, основанные на интерференции света в зазоре между подложкой и краем отделенной от нее пленки. Способы позволяют оперативно определять величину и распределение локальных напряжений на различных этапах изготовления кремниевых структур.

Проведены исследования распределения напряжений в структурах 51/ 8102 реальных топологий микросхем. Исследованы эффепы перераспределения деформаций оксидной пленки при травлении структур БМБЮг с регулярно расположенными окнами в 8Ю2.

Разработаны новые составы композиционной прокладки и припоев, позволяющие снизить уровень остаточных напряжений в кристалле, снизить тепловое сопротивление и повысить качество монтажа кристаллов в корпус методом контактного плавления с помощью эвтектик АиБ1 и АЮе.

Проведены исследования влияния легирования ГС и режимов сварки на прочность и надежность соединений кошактная площадка - вывод. Показано, что образование ФЛР при УЗ сварке связано с особенностями распределения нагрузки на границе раздела пленка - вывод и с соответствующими им напряжениями, возникающими в приповерхностных слоях кремниевой подложки. Показано, что использование для формирования ТС легированных пленок алюминия требует корректировки режимов УЗ сварки, с целью снижения уровня знакопеременных напряжений ударного характера в приповерхностных слоях кремния.

Установлены взаимосвязи между прочностью и надежностью сварных соединений и физико-химическими процессами, протекающими при изготовлении, испытании, хранении и эксплуатации приборов. Определены сроки надежной работы соединений. Установлено, что для микросварных соединений типа I (алюминиевая пленка — золотой вывод) время безотказной работы по критерию потери 50 % прочности составляет более 10 тыс. ч, а для соединений типа II (алюминиевый вывод - золотое гальванопокрытие) до начала образования интерметаллида АиА12 - 2500-3000 ч.

Проведены исследования влияния защитного (8Ю2) и ориентирующих (БЮ или ПВС) слоев на электрические параметры и влагоустойчивость ЖКИ. Разработаны способы и устройства локального удаления слоев БЮ2 и ПВС, а также режимы и условия сборки индикаторов, которые позволили на порядок снизить сопротивление переходного контакта при повышении процента выхода годных индикаторов, их влагоустойчивости и надежности.

Разработанные составы композиционной прокладки и припоев, устройство и способы импульсной стабилизирующей обработки пленочных резисторов, контроля величины локальных напряжений, способы и устройства изготовления и сборки ЖКИ защищены а. с. и внедрены в производство.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Предложена научная концепция создания новой серии сплавов для формирования резистивных слоев изделий электронной техники методами испарения. В ее основу положены особенности фазового перехода ж пар наиболее термодинамически стабильных соединений, заключающиеся в их конгруэнтной диссоциации и последующем переходе в паровую фазу с сохранением стехиометрии исходных соединений. Установлены закономерности процессов испарения сплавов, представляющих собой смеси термодинамически стабильных соединений.

Разработаны методы расчета и способ приготовления сплавов, обеспечивающих при их свободном испарении в вакууме получение многокомпонентных пленок постоянного состава для формирования высокостабильных функциональных слоев ИЭТ [2,15, 17,30,48].

2. Развиты представления о механизмах структурных и фазовых превращений, протекающих при термообработке разупорядоченных (аморфных) пленок. Установлены особенности процессов их рекристаллизации, заключающиеся в образовании промежуточных мстастабильных фаз с последующим выделением стабильных соединений. Определено влияние структуры пленок на электрические параметры и долговременную стабильность резисторов.

Разработаны сплавы систем № - Сг - А1, № - Сг - Б!, Сг - Бе - и Ре — № - Сг - 51, определены режимы формирования высокостабильных резистивных пленок на их основе с диапазоном поверхностнот сопротивления рк„ = 20... 1500 Ом/кв. Изготовленные с их использованием резисторы имели ТКС ± 25-10'" К"' и коэффициент стабильности К^ < 0,12 % (при номинальной нагрузке при 340 К в течение 2000 ч) [2, 5, 6, 17, 33, 59].

3. Разработаны конструкции и технологии изготовления мишеней из сплавов на основе алюминия, а также сборных (мозаичных) и композиционных мишеней из хрупких и труднообрабатываемых материалов, обеспечивающие получение высоковоспроизводимых по составу слоев ИЭТ с содержанием примесей на уровне их содержания в исходных материалах.

В технологический процесс изготовления мишеней из сплавов на основе алюминия введены операции пластической деформации и гомогенизирующего отжига литых заготовок, что позволило повысить равномерность распыления мишеней и обеспечить высокую воспроизводимость химического состава осаждаемых пленок [24, 34, 43, 49-51, 53, 54, 60, 62, 68, 77].

4. Разработаны сплавы на основе алюминия систем А! - 'П - Се и А1 - Си - N1 - У для изготовления ТС ИЭТ, обеспечивающие высокую термостабильность пленок и повышение напряжения пробоя изготовленных из них тестовых структур с двухуровневыми ТС с 200 до 530 В.

Установлено, что пробой структур, изготовленных на основе нелегированных пленок, связан с развитием микрорелефа и формированием бугорков на их поверхности. Показано, что легирование стабилизирует рельеф поверхности и изменяет механизм формирования бугорков вследствие образования в осаждаемой методом распыления пленке малопластичного приповерхностного слоя [20,24,46, 80].

5. Разработаны процессы изготовления высококачественных кремниевых подложек и эпитаксиальных структур, обеспечивающие:

85 - 90 %-ный выход пластин 0 100 мм с прогибом до 20 мкм (при допустимой величине прогиба 40 мкм) при резке монокристаллических слитков кремния;

снижение плотности морфологических дефектов ЭС с 107 до 102 см"2; получение геттерных стоков максимальной емкости при гарантированном исключении выхода дислокаций в активные области пластин. На основании проведенных исследований:

разработан и внедрен в производство способ резки монокристаллических слитков кремния на пластины;

разработаны способы снижения плотности микродефектов эпитаксиальных структур и лазерного геттерирования примесей в кремниевых пластинах [21,23, 78, 79, 82- 86].

6. Установлены основные закономерности процессов взаимодиффузии, структурных и фазовых превращений, протекающих на границах раздела при термообработке кремниевых структур и слоистых пленок. Показано, что:

при дозах легирования кремния бором £> = 1 - 4 Кл/м2 в переходном слое структур Si/Mo происходит образование низкокремнистой сверхструктуры типа «'-фазы системы Fe - Si;

при дозах легирования кремния бором D > 4 Кл/м2 наряду со сверхструктурой в переходном слое формируются соединения молибдена с бором.

процесс образования соединения YAI3 в слоистых пленках Y/A1 и Al/Y зависит от состава разделяющих слои оксидных пленок. Снижение уровня сжимающих напряжений в пленках Y/Ai является результатом локального формирования соединения YA13 с плотной упаковкой атомов.

Эффект снижения уровня остаточных напряжений в слоистых пленках проявляется также при использовании в качестве подслоя пленок гольмия и скандия. Использование слоистых пленок Y/Al, Но/Al и Sc/Al позволяет на 2 - 5 порядков уменьшить плотность и в 3 - 10 раз размеры бугорков на пленках алюминия.

В результате проведенных исследований: предложен способ создания многоуровневой коммутации ИС; предложен механизм формирования сверхструктуры M03SÍ в переходном слое структур Si/Mo.

установлены закономерности влияния кристаллографических факторов на конфигурацию и скорость формирования ямок на поверхности кремниевых пластин при термообработке структур 81/8Ю2/А1. [12-14,20,22,27, 28,32,47,45,49,50, 80].

7. Установлены закономерности влияния режимов импульсной тренировки на стабильность параметров резисторов. Показано, что для формирования высокостабильных резистивных пленок их термообработку необходимо проводить при температурах ниже температуры начала рекристаллизации, а последующую импульсную тренировку - в режиме нарастания амплитуды импульсов напряжения до получения минимальной величины сопротивления пленки.

Разработаны, защищены а. с. и внедрены в производство способ и усфойс1во стабилизирующей обработки резисторов [2, 25, 65, 72].

0. Разработаны новые способы контроля остаточных напряжений в многослойных структурах, позволяющие определять их величину и распределение но площади на различных сшдпих. ил ишилеинм структур. Исследованы эффекты перераспределения напряжении в окепдмон пленке при травлении структур 81/8Ю2 с регулярно расположенными окнами в 8Ю2. Способы контроля величины локальных напряжений и прш иювления образцов защищены авторскими свидетельствами [10, 19, 23, 35, 75. 81, 87].

9. Установлено влияние режимов сборочных операций (посадки кристаллов ИС, формирования соединении пленка - г.ыкпд, сборки и герметизации ячеек жидкокристаллических индикаторов) на надежность и стабильность параметров ИЭ Г

Разработаны новые составы композиционной прокладки и припоев, позволяющие снизить уровень остаточных напряжений в кристалле, снизить тепловое сопротивление и повысить качество монтажа кристаллов в корпус.

Разработаны режимы и условия сборки ЖКИ, которые позволили на порядок снизить сопротивление переходного контакта при одновременном снижении трудоемкости сборки индикаторов, повышении выхода годных на 2 - 2,5 % и их влагоустойчивости с 10 до 30 сут.

Способы и устройства изготовления и сборки ИЭТ защищены авторскими свидетельствами. Результаты работы введены в техническую документацию и внедрены в производство [7, 1.8, 37, 52, 55, 57, 61, 63 - 65, 69 - 73].

Основные положения диссертации опубликованы в следуюгцих работах:

1. Гурский Л. И., Зеленин Б. А. Структура и кинетика взаимодействия металлов с окисляющими средами / Под ред. С. А. Астапчика. - Мн.: Наука и техника, 1982.- 192 с.

2. Гурский Л. И., Зеленин В. А., Жебин А. П., Вахрин Г. Л. Структура, топология и свойства пленочных резисторов / Под ред. В. А. Лабунова. -Мн.: Наука и техника, 1987. - 264 с.

3. Северденко B.II., Гурский Л.И., Зеленин В.А. Коррозионная стойкость поверхностного слоя металла// Доклады ЛН БССР. - 1972,-N 5.-С. 421 -423.

4. Северденко В. П., Зеленин В. А. Электрохимические свойства поверхностного слоя стали. Доклады АН БССР. - 1972. - N 7. - С. 614 - 616.

5. Зеленин В.А. Влияние режимов прокатки на процессы коррозии и окисления металла: Автореф. дис. ... канд. техн. наук: 05.16.05 /ФТИ АН БССР. - Мн., 1973.-20 с.

6. Точицкий Э.И., Гурский Л.И., Зеленин В.А.и др. Исследование структуры и электрических свойств тонких пленок из сплава MJIT// ЭТ. Сер. 6.- 1974.-Вып. 5.-С. 114-117.

7. Зеленин В. А., Керенцев А.Ф., Кошошснко A.M., Овсянников Н.И. Исследование механической прочности термокомпрессионных соединений // ЭТ. Сер.2. - 1980. - Вып. 5( 140). - С. 94 - 99 .

8. Бобченок 10. Л., Зеленин В. А., Урецкий В. Б., Астраух Н. Н. Переходное сопротивление контактов А1-Мо металлизации к ионнолегиро-ванному бором кремнию /'/ ЭТ. Сер. 2. - 1980. - Вып. 5(140). - С. 25 - 29.

9. Гурский Л.И., Зеленин H.A., Бобченок ЮЛ. и др. Влияние термообработки на величину контактного сопротивления Ai-Mo металлизации к Si // Becni АН БССР. Сер. ф1з.-тэхн. навук. - 1981. - № 1. - С. 112 - 116.

10. Гурский J1.И., Зеленин В.А., Мурашкин В.П. и др. Исследование надежности СВЧ транзисторов с металлизацией на основе легированных и нелегированных пленок алюминия//ЭТ. Сер. 2.-1981.-Вып. 2(145). - С. 83 -89.

11. Гурский Л. И., Зеленин В. А., Бобченок Ю. Л., Урецкий В. Б.,. Контактное сопротивление многослойной системы алюминий - молибден -и-кремний /7 Reciii АН БССР. Сер. ф1з-тэхн. няпук. — 1982- — N° I. — С- 95— 98.

12. Гурский JI. И., Зеленин В. А., Бобченок Ю. Л. Особенности фазовых превращений в системе Mo-Si //ФХОМ. - 1984. - №5. - С. 72-75.

13. Гурский Л.И., Бобченок Ю.Л., Зеленин В.А. и др. Свойства омических контактов Mo - Si, облученных ионами В, Р, Ar //Специальная электроника. Сер. 2. - 1985,- Вып. 1(45). - С. 55 - 61.

14. Гурский Л.И., Бобченок Ю.Л., Зеленин В.А. и др. Структура и электрические свойства переходного слоя системы Mo - Si // ЭТ. Сер. 2. - 1985. -Вып. 2(175).-С. 94- 102.

15. Зеленин В.Л. Термодинамический расчет процесса испарения многокомпонентных расплавов /7 Доклады АН БССР. - 1986. - Ks 10 - С. 925 - 928.

16. Гурский Л. И., Зеленин В. А., Снитовский Ю. П., Готлиб С. О. Сухое травление пленок моно- и двуокиси кремния в технологии ЖКИ // ЭТ. Сер. 3.- 1987.-Вып. 1(50).-С. 34-41.

17. Жебин А. П., Зеленин В. А. Условия получения однородных резистивных пленок соединений // ЭП. - 1987. - Вып. 2(160). - С. 56 - 58.

18. Зеленин В. А., Снитовский 10. П., Готлиб С. О. Влияние легирования пленок алюминия на качество соединений при УЗК микросварке // ЭТ. Сер. 2,- 1987.-Вып. 1(186).- С. 3-7.

19. Зеленин В.А., Бобченок IO.JL, Портнов Л.Я., Снитовский Ю.П. Влияние технологических режимов формирования невыпрямляющих контактов на качество СВЧ транзисторов // ЭТ, Сер. 8. - 1987. - Вып. 2 - С. 31 - 38.

20. Столетов И. С., Корж И. А., Гурский Л. И., Зеленин В. А. Исследование термостойкости металлизации ИС основе пленок алюминия // ЭТ. Сер. 10. - 1987,- Вып. 4(64).- С. 48 - 51.

21. Сенько С.Ф., Лесникова В.П., Ясников В.Е., Зеленин В.А. Исследование причин формирования субмикронных морфологических дефектов при наращивании ЭС кремния. ЭТ. Сер. 2. - 1990. - Вып. 9(254). -С. 38-42.

22. Гурский Л.И., Зеленин В.А., Корж И.А. Исследование термостабильности слоистых пленок Y - А1//Поверхность. -1995.- №4,- С.45-51.

23. Зеленин В. А., Снитовский Ю. П. Использование ориентации эмиттерных областей при изготовлении мощных СВЧ транзисторов // В сб. Твердотельная электроника СВЧ. - Таганрог: ТРТИ, 1986, Вып. 2, с. 38-41.

24. Гурский Л.И., Зеленин В.А., Алтынбаев Р.А. Формирование микрорельефа поверхности алюминиевой мишени при воздействии плазмы в МРС /У Сб. научн. тр. - Мн.: ИТМО АН БССР, 1987. - С. 55 - 58.

25. Гурский Л.И., Зеленин В.А., Шишмолин B.II. Устройство импульсной тренировки резисторов УИТР-1 // Каталог приборов. - Мн.: Наука и техника, 1988.-С. 109-110.

26. Зеленин В. А., Миньков А. Л. Перспективы развития и использования вакуумных методов нанесения покрытий // В сб. Ресурсосберегающие и экологически чистые технологии: Материалы НТК / Под ред. А. И. Свириденко, Ч. II. - Гродно, 1994. - С. 103 - 109.

27. Гурский Л.И., Зеленин В.А., Бобченок Ю.Л. Влияние ионной бомбардировки на структурные превращения границы раздела металл-полупроводник /У В сб. Взаимодействие атомных частиц с твердым телом: Материалы VI Всесоюзн. конф. - Мн.: МРТИ, 1981. Ч. II - С.76 - 78.

28. Гурский Л.И., Зеленин В.А., Бобченок Ю.Л. Ионно-лучевая обработка контактной системы Mo - Si // В сб. Взаимодействие атомных частиц с тв.телом: Материалы VII Вс. конф. - Мн.: МРТИ, 1984. - С. 115-117.

29. Зеленин В. А. Влияние пластической деформации на электрохимические свойства меди. В кн. "Вопросы прочности и пластичности металлов". - Мн.: Наука и техника, 1970. - С. 168 - 169.

30. Сплавы на основе соединений для покрытий с высокостабильными свойствами: Сб. тр. / ФТИ НАН Б; В. А. Зеленин. - Мн., 1999. - С. 266 - 292.

31. Зеленин В. А. О возможности применения электрохимического метода к расчету плотности дефектов кристаллической решетки поверхностного слоя металла. В кн. "Вопросы прочности и пластичности металлов". - Мн.: Наука и техника, 1972. - С. 30 - 32.

32. Зеленин В.А., Бобченок Ю.Л. Исследование структуры переходного слоя контакта Mo-Si // Применение электронной микроскопии в науке и

технике: Тез. докл. I респ. НТК. - Мн., ИЭ АН БССР, 1980. - С. 12.

33. Зеленин В. А. Механизмы кристаллизации аморфных кремний-содержащих пленок // Применение электронной микроскопии в науке и технике: Материалы НТК. -Мн.: ИЭ АН БССР, 1988. - С. 16-17.

34. Гурский Л.И., Зеленин В.А., Столетов И.С. Высокостабильные сплавы для тонкопленочных элементов ИЭТ // В сб. Материалы VII Межд. конф. по микроэлектронике. Мн.: МРТИ, 1990. - Т. 1. - С. 111.

35. Зеленин В.А., Сенько С.Ф. Влияние остаточных напряжений на электрофизические параметры и безотказность кремниевых К МОП БИС // В сб. Матер. УП Межд. конф. по микроэлектронике. Мн.: МРТИ, 1990.-Т.1.-С. 259.

36. Зеленин В.А., Бобченок Ю.Л., Астраух H.H. Зависимость переходного сопротивления в системе Al-Mo-Si от концентрации ионно-импланти-рованного бора в кремний. НТК НТОРЭС им. Попова, МРТИ, Мн., 1979. - С. 36.

37. Бобченок Ю.Л., Зеленин В.А., Керенцев А.Ф., Конюшенко A.M., Причины и пути снижения отказов микросвариых соединений // Тез. докл. IX Вс. НТК по микроэлектронике, Казань: КАИ им. Туполева, 1980. —С. 171.

38. Зеленин В.А., Бобченок Ю.Л., Сороко 3. Н. Анализ технологических факторов, определяющих процесс формирования контактов СВТ // Проблемы применения совр. радиофиз. методов для ...: Тез. докл. НТК. Мн.: МРТИ, 1981.-С. 20-21.

39. Зеленин В.А., Конюшенко A.M. Исследование влияния сильных электромагнитных полей на планарные кремниевые структуры // Интеграция и нетермическая стимуляция технологических процессов микроэлектроники: Тез. докл. Всесоюзной конф. АПМ-81, М.: МИЭТ, 1981. - С. 8.

40. А^ешко H.A., Зеленин В.А., Кисляк Н.Б., Конюшенко A.NI., Ткач A.B. Оптимизация процесса плазмохимического осаждения окисла кремния // Проблемы применения совр. радиофиз. методов для ...: Тез. докл. НТК. Мн.: МРТИ, 1981.-С. 14.

41. Зеленин В.А., Керенцев А.Ф., Конюшенко A.M. Исследование влияния защитных покрытий на стабильность обратных токов бескорпусных транзисторов// Пути повышения стабильности и надежности микроэлементов и микросхем: Тез. докл. II ВНТС, Рязань: РРТИ, 1981. -Ч. II. - С. 126 - 127.

42. Зеленин В.А., Портнов Л.Я., Снитовский Ю.П., Бобченок Ю.Л. Влияние условий формирования пленок молибдена на переходное сопротивление системы Mo-Si// Пути повышения стабильности и надежности микроэле-ментов и микросхем: Тез. докл. Ш Be. НТС, Рязань: РРТИ, 1984.-Ч. П.-С. 133.

43. Зеленин В.А., Алтынбаев P.A. Изменение морфологии поверхности алюминия при магнетронном распылении // Тез. докл. XIX Вс. конф. по эмис. электронике, Ташкент: Ин-т электроники Уз.ССР, 1984. - С. 154.

44. Зеленин В.А., Готлиб С.О., Снитовский Ю.П. Усовершенствованный метод отбраковки твист-нематических ЖКИ // Физика

отказов: Тез. докл. Ill Be. совещания, Суздаль: Ин-т проблем управления, 1984.-С. 96.

45. Зеленин В.А., Бобченок Ю.Л., Ступин П.Б. Влияние бомбардировки ионами бора, фосфора, аргона на свойства контактов //Тез. докл. XIX Вс. конф. по эмис. электронике, Ташкент: Ин-г электроники Уз.ССР, 1984. - С. 137.

46. Зеленин В. А., Готлиб С. О., Конюшенко А. М. Формирование микрорельефа поверхности и текстуры в прозрачных пленках In203 + SnO // Вакуумные покрытия - 88: Тез. докл. НТК, Мн.: ФТИ АН БССР, 1988. - С. 17.

47. Зеленин В.А., Столетов И. С. Исследование термостабильности легированных алюминиевых и двухслойных пленок // Вакуумные покрытия -88: Тез. докл. НТК, Мн.: ФТИ АН БССР, 1988. - С.24 -25.

48. Зеленин В.А. Многокомпонентные материалы для тонкопленочных элементов микроэлектронных изделий // Микроэлектроника в машиностроении: Тез. Докл. ВНТК, - Ульяновск, 1989. - С. 153 - 154.

49. A.c. 869508 СССР, МКИ4 Н OIL 21/265. Способ формирования межсоединений / JL И. Гурский, В. А. Зеленин, Ю. JI. Бобченок, В. Б. Урецкий, А. А. Рассадин. - № 2982230/18-25. Заявлено 26.06.80.

50 A.c. 869507 СССР, МКИ4 Н OIL 21/265. Способ изготовления омических контактов полупроводниковых приборов / JL И Гурский., В. А. Зеленин, 10. JI. Бобченок и др. - № 2958785/18-25 Заявлено 12.06.80.

51. A.c. 882236 СССР, МКИ4 С 22 С 21/12. Сплав на основе алюминия /JI. И. Гурский, В. А. Бобков, Г. Л. Царев, В. А. Зеленин. -№ 2955485/22-02.

52. A.c. 928736 СССР, МКИ4 В 23 К 35/28.Припой для пайки кристаллов полупроводниковых приборов / Л. И. Гурский, В. А. Зеленин, A.M. Конюшенко, В. Б. Урецкий. — № 3233468; Заявлено 9.01.81.

53. A.c. 923215 СССР^ МКИ3 С 22 С 21/14. Сплав на основе алюминия / Л.И. Гурский, В.А. Зеленин, A.M. Конюшенко, Ю.И. Савотин. -№ 3253856.

54. A.c. 1025287 СССР, МКИ4 Н 01 L 21/28.Способ изготовления контактов полупроводниковых приборов / Л. И. Гурский, В. А. Зеленин, А. М. Конюшенко, Н. Б. Кисляк. -№ 3370237; Заявлено 17.12.81.

55. A.c. 1059778 СССР, МКИ4 В 23 К 35/28. 01 L Припой для пайки кристаллов полупроводниковых приборов / Л. И. Гурский, В. А. Зеленин, А. М. Конюшенко, Н.И. Овсянников. - № 3374322; Заявлено 5.01.82.

56. A.c. 1120706 СССР, МКИ4 С 23 С 14/26.Испарнтель для нанесения нихромовых пленок / Л.И. Гурский, А.П. Жебин, В.А. Зеленин. - № 3424818.

57. A.c. 1176728 СССР, МКИ4 G 02 F ШЗ.Способ изготовления жидкокристаллических индикаторов / Л. И. Гурский, В. А. Зеленин, С. О. Готлиб, Ю.П. Снитовский. - № 3717242; Заявлено 29.03.84.

58. A.c. 1289308 СССР. Устройство для вакуумно-плазменного травления пластин из немагнитных материалов /С. О. Готлиб, Л. И. Гурский, А.И. Дударчик, В.А. Зеленин, М.И. Паничев. - № 3912302; Заявлено 18.06.85.

59. A.c. 1281058 СССР, МКИ4 Н 01 С 7/00.Сплав для резистивных пленок и способ его получения /Л.И. Гурский, В.А. Зеленин, А.П .Жебин. -№ 3777863; Заявлено 6.08.84.

60. A.c. 1262975 СССР, МКИ4 Н 01 L 21/302.Сплав на основе алюминия / Ф. У. Обидов, P.A. Алтынбаев, А. В. Вахобов, И. Н. Ганиев, В. А. Зеленин., А. С. Валеев. -№ 3832992; Заявлено 2.01.1985.

61. A.c. 1294144 СССР, МКИ4 G 01 F 1/13. Способ изготовления жидкокристаллических индикаторов / Л.И. Гурский, В. А. Зеленин, Ю.П. Снитовский, С.О. Готлиб, А.И. Тарасевич. - № 3778273, Заявлено 6.08.84.

62. A.c. 1284430 СССР, МКИ4 Н 01 L 21/66. Способ измерения удельного контактного сопротивления / Л. И. Гурский, Ю. Л. Бобченок, В. А. Зеленин, Е. В. Автюшков. -№ 3877689; Заявлено 4.04.85.

63. A.c. 1299028 СССР, МКИ4 В 23 К 35/24. Прокладка для контактно-реактивной пайки кремниевых кристаллов / Л.И. Гурский, Ю.Л. Бобченок, В.А. Зеленин, П.А. Аседовский. -№ 3889873; Заявлено 26.04.85.

64. A.c. 1321261 СССР, МКИ4 Н 01 С 7/00. Способ изготовления жидкокристаллических индикаторов и устройство для его осуществления / Л.И. Гурский, СО. Готлиб, В.А. Зеленин, Ю.П. Снитовский. - № 3886603.

65. A.c. 1358653 СССР, МКИ4 Н 01 L 17/00. Способ изготовления пленочных резисторов / Л. И. Гурский, В. А. Зеленин, А. П. Жебин, В. Н. Шишмолин. - № 3926997; Заявлено 11.07.85.

66. A.c. 1345956 СССР, МКИ4 Н 01 L 21/268.Способ обработки тонких проводящих плёнок МОП и МП систем / В. Н. Чачин, Б. А. Мелещенко, А.Л. Скрипниченко, Л. И. Гурский, В. А. Зеленин, A.M. Конюшенко. -№ 3999301.

67. A.c. 1373230 СССР, МКИ4 Н 01 L 21/00. Устройство для вакуумно-плазменного травления / Л.И. Гурский, А.И. Григоров, С.О. Готлиб, В.А. Зеленин. -№ 4041332; Заявлено 24.03.86.

68. A.c. 1374808 СССР, МКИ4 Н 01 L 21/00. Сплав на основе алюминия для проводящих слоев в дискретных полупроводниковых приборах и интегральных схемах / И. Н. Пягай, Р. А. Алтынбаев, И. Н. Ганиев, А. С. Валеев, В. А. Зеленин, А. В. Вахобов. -№ 4032961; Заявлено 30.12.85.

69. A.c. 1405533 СССР, МКИ4 G 02 F 1/13. Способ изготовления жидкокристаллических индикаторов / Л. И. Гурский, С. О. Готлиб , В. А. Зеленин, С. А. Долганов. - № 4047989; Заявлено 3.04.86.

70. A.c. 1409031 СССР, МКИ4 G 02 F 1/13. Способ изготовления жидкокристаллического индикатора / В. А.Зеленин, С. О. Готлиб, Л. И. Гурский, А. А. Гапонов. -№ 4077034; Заявлено 9.06.86.

71. A.c. 1426279 СССР, МКИ4 G 02 F 1/13. Способ изготовления жидкокристаллических индикаторов / Л. И. Гурский, С. О. Готлиб, В. А. Зеленин, Ю. П. Снитовский. -№ 4077033; Заявлено 9.06.86.

72. A.c. 1457683 СССР, МКИ4 Н 01 С 17/00.Устройство для импульсной стабилизирующей обработки пленочных резисторов / В. Н. Шишмолин, В. А. Зеленин, А. И. Покрышкин. -№ 4180176; Заявлено 12.01.87.

73. A.c. 1471870 СССР, МКИ4 G 02 F 1/13. Способ сборки ЖКИ / С. О. Готлиб, JI. И. Гурский, В. А. Зеленин и др. - № 4201216; Заявлено 2.03.87.

74. A.c. 1480676 СССР, МКИ4 G 02 F 1/13. Травитель для кремния /

B. А. Зеленин, А. П. Крищенко, Е. И. Сенько С. Ф. Сенько. - № 4310530.

75. A.c. 1510630 СССР, МКИ4 Н 01 L 21/66. Способ контроля величины локальных механических напряжений на границе раздела Si - Si02 / В.А. Зеленин, С. Ф. Сенько. - № 4354760; Заявлено 4.01.88.

76. A.c. 1542342 СССР, МКИ4 II01 L 21/76. Способ изготовления межкомпонентной изоляции КМДП интегральных схем / 10. П. Попов, В. А. Зеленин, С. Ф. Сенько и др. - № 4425590; Заявлено 17.05.88.

77. A.c. 1580860 СССР, МКИ4 С 23 С 14/32. Мишень для магнетрон-ного распыления в вакууме / В. А. Зеленин, Л. И Гурский, И. А Корж, И. С. Столетов, А. М. Конюшенко. - № 4373908; Заявлено 1.02.88.

78. A.c. 1600189 СССР, МКИ4 В 28 D 5/00.Способ резки слитков полупроводниковых монокристаллов кубической сингонии на пластины / В. А. Зеленин, Г. Г. Мельников, А. И Тарасевич и др. - № 4464623/23- 33.

79. A.c. 1626997 СССР, МКИ4 II Öl L 1/Ю.Способ лазерного генерирования в кремниевых пластинах ориентации (001) / Э. К. Лашицкий,

C. Ф. Сенько, В. А. Зеленин и др. - № 4723454; Заявлено 24.07.89.

80. A.c. 1542331 СССР, МКИ4 С 22 С 29/16. Способ создания многоуровневой коммутации ИС / И. С. Столетов, И. А Корж, Л. И Гурский, В. А. Зеленин. - № 4428053; Заявлено 23.05.88.

81. A.c. 1662298 СССР, МКИ4 Н 01 L 19/14. Способ приготовления образцов для контроля величины локальных механических напряжений на границе Si-SiCb/С.Ф. Сенько, В.А. Зеленин, Ю.П. Снитовский. - № 4729628/25.

82. A.c. 1655255 СССР, МКИ4 Н 01 L 21/28. Способ контроля дефектности эпитаксиальных пленок кремния / С. Ф. Сенько, В. А. Зеленин, А. И. Демченко, И. И. Змачинская. - № 4748694; Заявлено 16.10.89.

83. A.c. 1762687 СССР, МКИ4 С 23 С 14/00. Способ лазерного геттерирования кремниевых пластин / С.Ф. Сенько, В. А. Зеленин, Э. К. Лашицкий, В. А. Пилипенко. -№ 4841565; Заявлено 25.06.90.

84. A.c. 1831187 СССР, МКИ4 G 02 F 1/13. Способ лазерного геттерирования примесей в кремниевых пластинах / С. Ф. Сенько, В. А. Зеленин, В. А. Пилипенко, Э. К. Лашицкий, И. И. Змачинская. - № 4868461.

85. Патент 668, РБ, Способ лазерного геттерирования примесей в полупроводниковых пластинах / С. Ф. Сенько, Э. К. Лашицкий, В. А. Зеленин, В. А. Пилипенко и др. - № 95-4845660; Заявлено 02.07.1990.

86. A.c. 1722186 СССР, МКИ4 Н 01 L 21/00. Способ газофазного осаждения эпитаксиальных слоев кремния / С. Ф. Сенько, В.А. Зеленин, Э. К. Лашицкий, В. А. Пилипенко. -№ 4793996; Заявлено 19.02.1990.

87. А. с. 1729253 СССР, H01L 21/66. Способ контроля величины локальных механических напряжений в структурах пленка - подложка / С. Ф. Сенько, В. А. Зеленин - № 4729787; Заявлено 7.08.89.

РЭЗЮМЭ Зеленш ЕНктар Аляксеяв1ч

«РАСПРАЦОУКА МАТЭРЫЯЛАУIПРАЦЭСАУ ФАРМ1РАВАННЯ

ВЫС0КАСТАБ1ЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТАУI СТРУКТУР ВЫРАБАУ ЭЛЕКТРОННАЙ ТЭХШК1».

Ключавыя словы: сплавы для резктыуных и токаправодзячых слаёу, многакампанентныя пленю, выпарэнне, магнетроннае распыление, мппэш, многаслойныя структуры, мехашчныя напружанш, электраф1з!чныя уласщвасщ, стабшьнасць параметрау и надзейнасць вырабау электроннай тэхшю (ВЭТ).

Аб'ектам даследавання з'яуляюцца вырабы электроннай тэхнш. Прадметам даследавання з'яуляецца распрацоука матэрыяалау 1 працэссау фар.чпранання элементау \ структур з высокастабшьным! уласщвасцямь

Мэта работы - даследаванне законамернасцей фазавых 1 структурных пераутварэнняу 1 працесау, працякаючых у аб'еме многакамианентных 1 на гранщах падзелу многаслойных структур, распрацоука на ¡х основе новых матерыялау \ тэхналапчных працесау фаргмравання высокастабшьных элементау 1 структур ВЭТ.

Прапанавана канцэпцыя распрацоуга новых рэзктыуных сплавау на аснове гэрмадыналпчна стабшьных злучэнняу. Распрацаван метад 1 выкананы раз.шш саставау сплавау. Распрацаваны новыя матэрыялы для токаправодзячых <лстэм з высокастаб1льным1 уласщвасцямь Распрацаваны канструкцьн 1 тэхналоги вырабу мштэняу з новых сплавау.

Распрацаваны спосабы рэзю злпкау монакрышталяу куб1чн<ш сшганп на пласцшы, наращвання эштакс!яльных слаеу крэмшя 1 лазернага гете-рыравання прымесяу, што дазволша павысщь якасць вырабу крэмшявых пласцш 1 структур на хх аснове.

Распрацаваны новыя спосабы кантролю узроуню 1 размеркавання лакальных напружанняу па плошчы структур Б^БЮг мкрасхем 1 у розных структурах пленка-падложка. Даследаваны эфекты пераразмеркавання напружанняу у атднай пленцы пры трауленш структур 81/8102 з рэгулярна размешанным! вокнам! у БЮг-

Распрацаваны новыя саставы кампазщыйнай пракладм 1 прыпояу, дазваляючых зшзщь узровень астаткавых напружанняу у крыштале, зшзщь цеплавое супращулснне 1 павысщь якасць мантажу крышталяу у корпус.

Распрацаваны спосабы павышэння трываласщ 1 надзейнасщ мжра-зварных злучэнняу м1красхем, зборю 1 герметызацьп вадкакрыштал1чных нщыкатарау, яюя дазволш павысщь эксплуатацыйную надзейнасць вырабау.

РЕЗЮМЕ Зеленин Виктор Алексеевич РАЗРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ И ПРОЦЕССОВ ФОРМИРОВАНИЯ ВЫСОКОСТАБИЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ И СТРУКТУР ИЗДЕЛИЙ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ

Ключевые слова: сплавы для резистивных и токопроводящих слоев, многокомпонентные пленки, испарение, магнегронное распыление, мишени, многослойные структуры, механические напряжения, электрофизические свойства, стабильность параметров и надежность ИЭТ.

Объектом исследований являются ИЭТ. Предметом исследований являются разработка материалов и процессов формирования элементов и структур с высокостабильными свойствами.

Цель работы - исследование закономерностей фазовых и структурных превращений и процессов, протекающих в объеме многокомпонентных и на границах раздела многослойных структур, разработка на их основе новых материалов и технологических процессов формирования высокостабильных элементов и структур ИЭТ,

Предложена концепция разработки новых резистивных сплавов на основе термодинамически стабильных соединений. Разработан метод и проведены расчеты составов сплавов. Разработаны новые материалы для токопроводящих систем с высокостабильными электрофизическими свойствами. Отработаны конструкции и технологии изготовления мишеней из новых сплавов.

Разработаны способы резки слитков монокристаллов кубической сингонии на пластины, наращивания эпитаксиальных слоев кремния и лазерного геттсрирования примесей, что позволило повысить качество изготовления кремниевых пластин и структур на их основе.

Разработаны новые способы контроля Ееличины и распределения локальных напряжений по площади структур Х1/8Ю2 микросхем и в различных структурах пленка - подложка. Исследованы эффекты перераспределения напряжений в оксидной пленке при травлении структур ЗУБЮг с регулярно расположенными окнами в ЗЮт.

Разработаны новые составы композиционной прокладки и припоев, позволяющие снизить уровень остаточных напряжений в кристалле, снизить тепловое сопротивление и повысить качество монтажа кристаллов в корпус.

Разработаны способы повышения прочности и надежности сварных соединений микросхем, сборки и герметизации жидкокристаллических индикаторов, которые позволили повысить эксплуатационную надежность изделий.

SUMMARY

Zelenin Victor Alekseyevich

DEVELOPMENT OF MATERIALS AND PROCESSES FOR FORMATION OF HIGH-STABLE ELEMENTS AND STRUCTURES OF ELECTRONIC ENGINEERING ITEMS

Key words: alloys for resistance and current-carrying layers, multi-component films, evaporation, magnetron spraying, targets, multilayer structures, mechanical stresses, electrophysical properties, stability of parameters and reliability of electronic engineering items.

The investigation is concerned with electronic engineering items. The investigation subject is development of materials and processes intended for formation of elements and structures with high-stable properties.

The aim of the work is investigate the mechanisms characteristic of phase and structure transformation and processes which occur in the bulk of multicomponent structures and at interface of multilayer structures and to use them as the basis for development of new materials and technological processes designed for formation of high-stable elements and structures of electronic engineering items.

The conception is suggested for development of new resistance alloys on the base of thermodynamically stable components. The new materials are developed for current-carrying systems with high-stable electrophysical properties. The constructions and technologies are worked out for fabricating targets from new alloys.

The methods are developed for cutting of ingots of silicon single crystals in plates, building-up of epitaxial silicon layers and laser gettering of impurities which allows increase in quality of fabricated silicon plates and structures on their base.

The new methods arc developed for controlling the value and distribution of local stresses over the area of Si/Si02 microcircuits and in various film/substrate structures. The investigation is made of the effect of stress redistribution in an oxide film during etching of Si/Si02 structures with regularly located windows in

The new compositions of composite layers and solders are developed. They make it possible to decrease the level of residual stresses and to lower heat resistance as well as to increase the quality of crystal assembling in a case.

The methods are developed for increasing the strength and reliability of welded microcircuit joints, assembling and sealing of liquid crystal indicators which enable increasing an operating safety of items.

Si02.