Исследования защитного полиимидного покрытия алюминиевой металлизации микросхем

Зелякова Т.И., Крутов Л.Н. ИССЛЕДОВАНИЯ ЗАЩИТНОГО ПОЛИИМИДНОГО ПОКРЫТИЯ АЛЮМИНИЕВОЙ МЕТАЛЛИЗАЦИИ МИКРОСХЕМ

Влияние защитных покрытий на коррозию алюминиевой металлизации интегральных микросхем (далее микросхем) изучено сравнительно мало. Полимерный материал в изделии выполняет определенную функцию, и, следовательно, он должен обладать некоторым набором и совокупностью свойств, чтобы быть пригодным для эксплуатации в данном изделии. Покрытия используются для защиты кристаллов микросхем без корпусного исполнения от внешних воздействующих факторов, в микросхемах герметизированных полимером - для демпфирования и для защиты элементов микросхем от воздействия а - частиц с поверхности корпуса [1]. К материалам, в том числе и к защитным полимерным покрытиям, применяемым в производстве изделий электронной техники, предъявляются весьма жесткие требования, среди которых первостепенное значение имеет их химическая совместимость в составе микросхемы и стойкость к воздействию эксплутационных факторов (влаги, рабочего напряжения, нагрева) [2]. Наличие коррозионно-активных примесей в защитных покрытиях нередко является причиной отказов элементов микросхем в условиях повышенной влажности. Коррозионно-активные примеси, содержащиеся в защитных покрытиях, влияют на электрические параметры активных элементов микросхем. Миграция подвижных ионов по поверхности активных областей кристалла микросхем вызывает деградацию их электрических параметров. Одна из главных проблем в этом случае связана с ростом токов утечки, вызывающих нестабильность работы как биполярных, так и полевых приборов, в частности, схем памяти. К числу наиболее опасных ионов следует отнести ионы щелочных металлов (калия, натрия) и анионы хлора, серы [1, 2].

Проведенные исследования механизм и причины повторяющихся отказов микросхем с кремнийорганиче-скими защитными покрытиями позволили обосновать требования к качеству защитных покрытий. При этом были получены новые экспериментальные данные о влиянии кремнийорганических покрытий на развитие коррозии алюминиевой металлизации микросхем.

В последнее время тонкие полиимидные пленки толщиной порядка нескольких микрометров и меньше находят широкое применение при изготовлении изделий микроэлектроники. Высокая тепло-, термо-, хемо- и радиационностойкость полиимидов, а также возможность переработки многих из них в «цикли-зованной» форме делает их перспективными для практического использования в различных изделиях, предназначенных для продолжительной эксплуатации при температурах выше 200° С. Кратковременное нагревание такие полимеры выдерживают до 4 80° С. Ароматические полиимиды негорючи и в широком температурном интервале имеют хорошие физико-механические и диэлектрические свойства. Они устойчивы при комнатной температуре к действию растворителей и концентрированных кислот, за исключением серной и азотной [3,4].

С целью получения фактических данных были проведены по разработанным ранее методикам исследования основных характеристик - влагопоглощения, коэффициента влагопроницаемости и концентрации ионных примесей лака марки АД 9103 (полиимидный) [5].

Итоговые результаты приведены в таблицах 1, 2, 3, 4, 5.

Таблица 1 - Результаты определения влагопоглощения в образцах____________

Интервал измерения, сутки Значения коэффициента влагопоглощения в образцах лака В<

1 2 3 4 5

0,04 2,07 1,9 1,8 1,6 1,7 1,8

0,17 2,17 2,0 2,0 1,8 1,8 2,0

1,0 2,26 2,28 2,1 1,9 1,8 2,1

2,0 2,26 2,28 2,1 1,9 1,8 2,1

3,0 2,26 2,28 2,1 1,9 1.8 2,1

Продолжительность исследований составила 3 суток (72 ч). По полученным значениям Вт строилась кривая кинетики сорбции влаги материалом в координатах влагопоглощение, (%) - время, сутки. Таблица 2 Коэффициенты растворимости образцов h

Номер образца 1 2 3 4 5

^ кг/(м3Па) Х103 7,4 6,3 6,1 6,1 5,4

Таблица 3 Коэффициенты диффузии Д

Номер образца 1 2 3 4 5

Д, м2/с Х109 11 19 7,7 3,8 11

Таблица 4 Коэффициенты влагопроницаемости образцов (Р) в кг/(м.с.Па) и его среднее арифметическое значение

Номер образца 1 2 3 4 5

Р,кг/(м'с'Па) Х1011 8,1 12 4,7 2,3 5,9

Рср. кг/(м.с.Па) = 6,6-10 11

Исследования показали:

- равновесное влагопоглощение достигнуто в течение первых суток и составляет 2,1%;

- среднее значение коэффициента влагопроницаемости составляет 6,6-10-11 кг/(м.с.Па);

- нарушений внешнего вида образцов не выявлено.

Для определения концентраций ионных примесей были использованы образцы лака АД 9103 в количестве 3 шт., прошедшие исследования на влагопроницаемость и влагопоглощение, которые не имели

нарушений внешнего вида (трещин, сколов, раковин, царапин) и других дефектов [5]. Таблица 5 Содержание примесей_____________________________________________________________

Название химического элемента примеси Массовая доля ионной примеси, не более % по номерам образцов Среднее значение

1 2 3

Натрий Ша) -0 1 2 7 -0 1 2 ю 6,5-10-4 7,3-10-4

Исследования показали:

- образцы лака АД 9103 содержат только примесь натрия;

- содержание других элементов или лежат за пределами обнаружения, или не содержится их совсем. Вывод.

В результате проведенных исследований лака АД 9103 обнаружено наличие гидрофильной ионной примеси, что увеличивает значение равновесного влагопоглощения, коэффициента влагопроницаемости и делает такое защитное покрытие потенциально ненадежным для защиты алюминиевой металлизации.

Литература

1. Исследование и испытание защитных покрытий (компаундов), применяемых в ИС. Отчет о НИР Шифр: «Оборона» (II этап) // ФГУП «22 ЦНИИИ Минобороны России».- Мытищи.- 2003.- 157 с.

2. ОСТ 11 0044-84 «Материалы полимерные для защиты и герметизации полупроводниковых приборов и интегральных схем»

3. Никитин А.В. Исследование реакционной способности мономерных аминосодержащих кремнийоргани-ческих соединений.- М.: Химия, 2004.-127 с.

4. Потоцкая И.В. Синтез полииминов в сверхкритическом диоксиде углерода: авт....к.х.н., М.,

2006.- 24 с

5. Исследования и испытания защитных покрытий (компаундов) элементов электронной компонентной базы военного назначения. Отчет о НИР. Шифр «Димер-ку» (I этап) ФГУ «22 ЦНИИИ Минобороны России».- Мытищи.- 2008. - 61 с.