Многослойные токопроводящие пленки полупроводниковых приборов и интегральных микросхем

Abstract

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