Экспериментальное изучение процессов растекания жидких фаз по поверхности кремния и его соединений

1. Выявлено влияние тонких диэлектрических слоев оксида кремния на динамику нагрева межсоединений на кремнии и возникающие при этом в структурах механические напряжения. Показано, что прохождение токовых импульсов амплитудой до 8·1010 A/m2 и длительностью до 500 µs приводит к тепловому разрушению межсоединений вплоть до обрывов электрической цепи. Проведена оценка величины механических напряжений, возникающих в структуре (Al-SiO2) при тепловом ударе. Обнаружено, что механизм разрушения в диэлектрической пленке зависит от качества нанесения диэлектрической пленки и пленки металла, а также состояния межфазной границы диэлектрик-металл. Возникающие механические напряжения приводят к образованию дефектов, сколов и трещин в тонких пленках оксида кремния. 2. Выявлены механизмы формирования расплавленных зон в процессе электрического взрыва тонких пленок алюминия на поверхности пленок нитрида кремния. Обнаружено образование и динамика макроскопических включений по поверхности кристалла в поле градиента температуры при прохождении прямоугольного тока плотностью j=4…8.1010 А/m2 и длительностью =100…1000 s. Проведена оценка величины градиента температур вблизи дорожки металлизации, а также характерных времен динамики расплавленных зон под действием температурного градиента. 3. Проведен анализ тепловых режимов межсоединений, использующихся в полупроводниковых структурах средней и высокой мощности. При моделировании тепловых «нагрузок» были рассмотрены пленочные проводники на кремнии толщиной до 3 µm и шириной 10–75 µm. Показано, что прохождение токовых импульсов с удельной энергией 1.65 MJ/kg (~0.22 mJ и j~2·1011 A/m2) и длительностью импульса до 250 µs приводит к тепловому разрушению межсоединений вплоть до обрывов электрической цепи. Из анализа максимальных температурных градиентов выявлены места наиболее вероятного трещинообразования. Обнаружено, что возникающие (при достижении температуры плавления металлической пленки) механические напряжения тепловой природы могут приводить к образованию трещин на только на поверхности кремния, но и в объеме полупроводника на глубине до 3 µm от его поверхности. Обнаружено, что при уменьшении ширины дорожки характер оплавления пленочного проводника не изменяется. Выявлено также, что для оплавления более узких дорожек требуется существенно большая удельная энергия. Так, при уменьшении ширины дорожки в 7,5 раз удельное значение энергии токового импульса возрастает в 4,6 раза.