Заключение

Тонкопленочные проводники, применяемые в микроэлектронике, имеют разнообразные конфигурации и геометрические размеры. Кроме того, при создании рисунка металлизации методом фотолитографии могут возникать дефекты, приводящие к сужению токоведущих дорожек. Наличие ступенек в окисле приводит к утоньшению токоведущих дорожек, а вместе с тем к ранним отказам в этих местах[4].

Изучение массопереноса в тонкопленочных проводниках под действием электрического тока в зависимости от их геометрических размеров приобретает особую актуальность в связи с дальнейшей микроминиатюризацией полупроводниковых приборов и ИМС, которая связана с разработкой и применением элементов полупроводниковых приборов и ИМС субмикронных размеров. Достаточно сказать, что при уменьшении ширины и толщины токоведущих межсоединений в ИМС до 0,1 мкм электродиффузионные эффекты могут проявляться уже при прохождении через тонкопленочный проводник электрического тока величиной ~10—100 нА[4].

Поэтому при конструкторских разработках необходимо учитывать влияние геометрии тонкопленочных проводников на их устойчивость к разрушениям, связанным со стимулированным массопереносом.

Уменьшение среднего времени до разрушения t_p тонких пленок, полученных методом термического испарения в более низком вакууме (6,67× ×10^-4 Па), в противоположность тонким пленкам, полученным при остаточном давлении 2,67 10^-5 Па, согласуется с тем, что скорость электродиффузии в «загрязненных» образцах возрастает, что и влечет за собой уменьшение t_p[4].

Экспериментально было обнаружено, что с увеличением длины тонкопленочного проводника t_p сначала уменьшается до некоторого критического значения, которое является функцией ширины проводника, оставаясь далее постоянным. Эмпирическое соотношение между t_p50%, длиной L и шириной W токоведущей дорожки, выполненной из тонкой пленки поликристаллического алюминия, имеет вид:

, (13)

где А₁ и А₂ постоянные.

Наблюдаемая зависимость t_p50% от геометрических размеров проводника объясняется тем, что в тонкой пленке дефекты кристаллической структуры располагаются беспорядочно. С увеличением длины проводника увеличивается число дефектов, которые способствуют более раннему отказу тонкопленочного проводника. Критическая длина дорожки при постоянной ширине зависит от структурного совершенства пленки.

Увеличение ширины токоведущей дорожки приводит к линейному возрастанию t_p , причем при большей длине увеличение t_p значительней.

При уменьшении толщины пленки должны проявляться особенности электродиффузии, связанные с размерным эффектом. Это означает, что результаты, полученные для относительно «толстых» (~1,0 мкм и более) пленок, не могут быть применены без соответствующей корректировки при их интерпретации на тонкие пленки субмикронных размеров[4].

С уменьшением толщины тонкой пленки должна умень­шаться и энергия активации электродиффузии. Это следует из того, что с уменьшением толщины пленки возрастает величина отношения поверхности тонкой пленки к ее объему и при малых отношениях термодинамически выгоднее диффузия ионов по поверхности тонкой пленки, чем по границам зерен или в объеме зерна. В связи с этим можно считать, что энергия активации электродиффузии в тонких пленках с уменьшением их толщины при постоянной температуре, плотности электрического тока, ширине и длине проводника будет изменяться от величины, близкой к энергии активации зернограничной диффузии при d≥1,0 мкм, до величины, близкой к энергии активации поверхностной диффузии при d< 1,0 мкм. Наличие на поверхности тонкой пленки алюминия естественного окисла достаточно большой толщины, определяющего увеличение t_p , это скажется при переходе от зернограничной диффузии к диффузии по поверхности[4].