ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Материалы для контактных площадок и системы внутренних соединений из "Материалы в приборостроении и автоматике " Материалы, используемые для формирования омических контактов и системы внутренних соединений, должны удовлетворять комплексу электрических и металлургических требований. Эти требования можно сформулировать следующим образом. [c.445] Материалы контактных площадок и внутрисхемных соединений должны обеспечивать величину поверхностного сопротивления не выше 0,04 Ом/О. Это означает, что металл должен иметь удельное сопротивление 4-10 Ом-см или меньше для пленок толщиной в 1 мкм. Контакт между материалом пленки и элементом схемы должен быть омическим, т. е. переходное сопротивление не должно зависеть от величины, направления и силы тока. [c.445] Материалы пленок должны иметь, по возможности, коэффициент теплового расширения, близкий к коэффициенту теплового расширения подложки, выдерживать высокотемпературные операции, например при пайке или сварке, при герметизации или во время эксплуатации. [c.445] Материал должен не окисляться и не корродировать, быть стойким к образованию царапин. [c.445] Материалы контактных площадок и пленочных проводников должны обладать высокой адгезией к диэлектрической подложке или кремнию и окиси кремния, металлургической совместимостью с материалами, применяемыми для монтажа интегральных и гибридных интегральных схем. [c.445] Величина адгезии является одним из решающих аргументов при выборе материала для контактных площадок, толщины пленки и размеров контактных площадок. Это обусловлено тем, что в момент присоединения выводов материал испытывает большие механические и термические нагрузки. [c.445] В случае значительной взаимной диффузии материалов превалирующее значение имеют когезионные силы в переходном слое. [c.446] Для получения надежных контактных соединений необходимо иметь адгезию не менее 2,5-10 —3-10 Па. Адгезия материала к подложке увеличивается при увеличении шероховатости подложки за счет увеличения фактической площади контактирования материалов, однако значительно увеличивать шероховатость нельзя из-за увеличения нестабильности резистивных пленочных материалов. Адгезия уменьшается при наличии на поверхности подложки загрязнений, особенно органического характера, которые экранируют материал пленки от материала подложки. [c.446] Адгезионные силы не зависят от толщины пленки, но с ростом толщины в пленках накапливаются сжимающие или растягивающие внутренние напряжения, обусловленные различием в коэффициентах теплового расширения материалов подложки и пленки, а также характером формирования кристаллической решетки пленки. Внутренние напряжения зависят от энергии конденсирующихся атомов, от температуры подложки и скорости осаждения. Они очень редко равны нулю и могут достигать значений 10 — 1,5-10 Па. При превышении внутренних напряжений адгезионных сил происходит отслоение пленки от поверхности подложки. [c.446] Требование хорошей адгезии исключает возможность применения в однослойных системах металлизации золота, меди и серебра, т. е. почти всех металлов с высокой электропроводностью, за исключением алюминия. [c.446] Алюминий позволяет получить адгезию к ситалловым подложкам порядка 1,5-10 —2,0-10 Па. Все металлы, у которых температура плавления Тпл больше 1400 °С, а также магний и алюминий, обладают хорошей адгезией к кремнию, причем эти металлы, за исключением платины и палладия, обладают также хорошей адгезией к 5Ю2. Алюминий, кроме того, активно раскисляет поверхность кремния и хорошо травится. Он позволяет в первом приближении решить всю проблему коммутации интегральных и гибридных интегральных схем — создание омических контактов, пленочных проводников, внешних выводов (алюминиевая проволока, присоединяемая термокомпрессией). [c.446] В то же время алюминий подвержен электроыиграции, обладает относительно высокой растворимостью в кремнии, что может нарушить структуру неглубоких переходов. Для обеспечения надежных контактных соединений в гибридных интегральных схемах адгезия алюминия к ситалловым и стеклянным подложкам недостаточно высока и стабильна. [c.446] Однослойные алюминиевые контактные площадки и проводники используются ограниченно для схем с малой степенью интеграции и малой надежности. В связи с тем, что ни один из элементов периодической таблицы не удовлетворяет полностью всем требованиям к материалам контактных площадок, обычно применяют многослойные системы из нескольких материалов, нижний из которых толщиной 10—20 нм обеспечивает необходимую адгезию к подложке, верхний толщиной 300—800 нм — высокую проводимость, необходимые режимы сварки или пайки. Во многих случаях применяется третий материал толщиной 30— 50 нм, с низкой проводимостью, однако с хорошей коррозионной стойкостью и высокой паяемостью или свариваемостью. [c.446] НИИ метод имеет в настоящее время преимущественное распространение, однако он налагает дополнительное требование травления всей системы в одном травителе. [c.447] В качестве адгезивного слоя могут служить переходные металлы Т , V, Сг, 7.Г, Та, Nb, Н5 и др., в качестве проводящего слоя Аи, Ag, Си, А1, в качестве защитного слоя N1 и др. [c.447] Металлургическая стабильность такой системы определяется характером диаграммы фазового равновесия металлов адгезивного и проводящего слоев, скоростью их взаимной диффузии, адгезией друг к другу. В частности, Ag и А1, имеющие примерно равные работы выхода электронов, не обладают достаточной адгезией друг к другу. [c.447] В многослойной системе металлизации недопустим непосредственный контакт металлов, взаимодействующих друг с другом с резким изменением кристаллической структуры. Так, например, образование устойчивых ин-терметаллидов в системе Аи—А1 (сначала АиаА1, а затем АиА а) приводит к постепенному разрушению контактов и катастрофическому отказу приборов. Своим названием пурпурная чума это явление обязано цвету одного из интерметаллидов. [c.447] В пленочных системах практически всегда имеет место взаимная диффузия материалов слоев поперечная, перпендикулярная поверхности пленки, и продольная, параллельная поверхности пленки. Поперечной диффузии свойственны характерные закономерности, связанные с высокой концентрацией избыточных вакансий, возникающих в свежеосажденной пленке и обусловливающих интенсивную диффузию в начальной стадии. В системах, в которых избыточные вакансии быстро покидают объем блоков кристаллитов, начальная диффузия наблюдается слабо или отсутствует. Необходимо, чтобы диффузионные процессы не приводили к резкому изменению симметрии и деформации решетки, связанными со значительным ростом внутренних напряжений и отслоениями пленки. [c.447] При выборе материала адгезивного слоя превалирует второй подход (кроме N 01—Си—N1). [c.448] Примером многослойной системы с материалами, образующими непрерывный ряд твердых растворов, являются контактные системы К]Сг—Си—N1, а также Т1—Рс1—Аи. Последняя система (7,5 нм Т1, 30 нм Рб и 1 мкм Аи) является одним из лучщих контактов к резисторам из ТэаЫ как по уровню шумов, так и по изменению механических характеристик, адгезии, величины переходного сопротивления. [c.448] Вернуться к основной статье