Диплом, курсовая, контрольная работа
Помощь в написании студенческих работ

Тепловой удар в системах металлизации на кремнии при импульсных токовых воздействиях

Диссертация: Тепловой удар в системах металлизации на кремнии при импульсных токовых воздействиях
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Ускорение деградационных процессов под действием постоянной во времени температуры достаточно хорошо изучено, однако влияние нестационарных тепловых полей на надежность полупроводниковых приборов изучено недостаточно полно, эти поля возникают при прохождении импульсов тока через проводники. Локализация тепловыделения определяется электрофизическими свойствами материалов, структурными свойствами… Читать ещё >

Содержание

  • 1. Введение
  • 2. Состояние вопроса и задачи исследования
    • 2. 1. Методы решения задач теплопроводности
    • 2. 2. Импульсное токовое воздействие на многослойные тон-кошгеночные системы
    • 2. 3. Электроперенос
    • 2. 4. Массоперенос примеси в полупроводниках с участием жидкой фазы
    • 2. 5. Генерация звука в полупроводниковых структурах при импульсном токовом возмущении
  • 3. Температурный режим работы многослойных структур на при импульсных токовых воздействиях
    • 3. 1. Методика проведения эксперимента
      • 3. 1. 1. Описание экспериментальной установки
      • 3. 1. 2. Подготовка образцов
      • 3. 1. 3. Измерение толщины диэлектрических слоев
    • 3. 2. Анализ процесса нагрева проводников импульсом тока 33 3.2.1. Нагрев термоизолированного проводника
      • 3. 2. 2. Однородная теплоотводящая среда
      • 3. 2. 3. Динамика нагрева многослойной структуры
    • 3. 3. Учет нелинейных свойств теплоотводящей среды
    • 3. 4. Двумерное приближение процесса теплообмена
    • 3. 5. Разрушение металлизации
  • 4. Ультразвуковые колебания в полупроводниковых структурах порожденные тепловым ударом
    • 4. 1. Методика проведения эксперимента
      • 4. 1. 1. Методы регистрации механических колебаний
      • 4. 1. 2. Методика калибровки пьезодатчиков
    • 4. 2. Собственные колебания пластины
    • 4. 3. Колебания при различных условиях возбуждения
      • 4. 3. 1. Общий подход к анализу спектров механических колебаний
      • 4. 3. 2. Спектральные характеристики колебаний при механическом ударе
      • 4. 3. 3. Спектральные характеристики колебаний, порожденных термоударом
      • 4. 3. 4. Зависимость энергетических и спектральных характеристик механических колебаний от плотности тока
      • 4. 3. 5. Характеристики колебаний при сверхкритических плотностях тока. Структуры алюминий -кремний
      • 4. 3. 6. Характеристики колебаний при сверхкритических плотностях тока. Структуры алюминий -кремний с подслоями

Тепловой удар в системах металлизации на кремнии при импульсных токовых воздействиях (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Стабильность работы изделий микроэлектроники во многом определяется стабильностью металлизации и контактных областей [1]-[6], что особенно важно при постоянном уменьшении размеров кристалла и его рабочих объемов [1, 15]. Известно, что повышение температуры приводит к ускорению деградационных процессов [2, 6, 12, 21] в полупроводниковых структурах и это повышение в первую очередь связано с выделением джоулева тепла [16].

Ускорение деградационных процессов под действием постоянной во времени температуры достаточно хорошо изучено [16], однако влияние нестационарных тепловых полей на надежность полупроводниковых приборов изучено недостаточно полно, эти поля возникают при прохождении импульсов тока через проводники. Локализация тепловыделения определяется электрофизическими свойствами материалов, структурными свойствами контактных областей и плотностями протекающих токов, причем импульсное тепловыделение (тепловой удар) оказывает двоякое действие на надежность полупроводникового прибора. С одной стороны, значительный рост температуры может привести к образованию расплава, с другой стороны под действием теплового расширения в объеме кристалла возникают механические колебания и, следовательно, механические напряжения, которые вызывают локальное изменение электрофизических параметров полупроводника.

При превышении определенного порога по механическим напряжениям в объеме чипа происходит образование дефектов кристаллической структуры, которые со временем сливаются в макротрещину. Это явление особенно явно будет проявляться в области контактов разнородных материалов, например: металл — металл, металл — полупроводник, диэлектрик — полупроводник и металл — диэлектрик, поскольку эти области насыщены точечными и линейными дефектами.

Следовательно, для повышения надежности приборов необходимо установить закономерности изменения температуры проводников под действием протекающего тока. Это позволит корректно выбрать допустимые плотности токов в импульсных режимах и оценить характеристики механических напряжений в объеме кристалла, вызванных термическими напряжениями.

5.Основные результаты и выводы.

1. Проведен анализ импульсного воздействия электрического тока на изменение температуры проводящих структур при различных условиях теплообмена. Получены аналитические зависимости динамики температуры в процессе прохождения импульсов. Указаны условия применимости этих зависимостей для реальных структур.

2. Рассмотрены импульсные воздействия токов критической плотности на многослойные тонкопленочные структуры. Установлены основные механизмы деградации, связанные с контактным плавлением в системе А1 — 5″ и оплавлением А1. Для всех исследуемых систем найдено согласие результатов расчета с экспериментом.

3. Исследованы процессы образования ультразвуковых колебаний в полупроводниковых структурах при импульсных токовых нагрузках. Показано, что при токовых импульсах (1 <2 Ю10 А/м2 и длительностях 300−500 мкс), проходящих через структуры, образование механических колебаний происходит за счет теплового расширения среды. Установлено, что определяющими моментами в процессе возникновения колебаний являются включение и выключения импульса тока, характеризующиеся максимальными скоростями изменения температуры во времени.

4. Показано, что взаимодействие акустических волн, возникающих во время нагрева и охлаждения при различных длительностях импульса ¿-им существенно влияет на амплитуду мод механических м Г-Ч V" колебании. Это выражается в частотной зависимости амплитуды мод |У (го?)| = /(1 — сое /и. Впервые проанализированы зависимости энергетических характеристик механических колебаний от амплитуды токового импульса. Установлено, что при плотностях тока J < 6 Ю10 А/м2 энергия изгибных колебаний пропорциональна.

5. Впервые зафиксирована взаимосвязь между процессами расплавления металлизированных систем и изменением энергии акустических колебаний Показано, что при оплавлении систем металлизации происходит резкое возрастание энергии вызванное переходом проводника в жидкое состояние.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Я. А., Щука А. А. Паллиатива или альтернатива? (О перспективах развития микроэлектроники) //В кн.: Микроэлектроника и полупроводниковые приборы. М: Радио и связь, Вып. 10. 1989, -С. 17−23.
  2. А. А. Основы надежности полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. -М.: Радио и связь, 1988. -С. 256
  3. М. Контрольно измерительная техника: Пер. с нем. — М.: Энергоатомиздат, 1989. — 320 с.
  4. EYost H.J. Microstrutura! evolution in thin films. / / Mater. Char-act., 1994, № 4, pp. 257−273.
  5. Wayner P. Silicon in reverse. //Byte, 1994, № 8, p.67−74.
  6. K.A., Орликовский A.A., Васильев А. Г., Лукичев В. Ф. Проблемы создания высоконадежных многоуровневых соединений СБИС. //Микроэлектроника, 1990, вып.2, т.19, -С. 116 131.
  7. W. Y., Lioa Y. В., Huang С. Stready state and transient heatresponses in AlGaAs BTs// Trans. ASME J. Heat Transfer, 1995, vol. 117, №, pp. 574−581.
  8. Goodson К. E., Flie M., Su L. T., Antomadis D. A. Prediction and measurement of temperature fields in silicon on isolator electronic circuints// Solid state electron. 1995 -38 № 7 p 1118−1120
  9. И. И., Ивкин В. M., Гор бач В. Г. Методика многомерного численного моделирования распределения температуры в кремниевых БИС.//Электронная техника, сер. 3. Микроэлектроника. Вып. 4 (149) 1992 с. 28−31
  10. Проектирование и технология производства мощных СВЧ транзисторов /В. И. Никишин, Б. К. Петров, В. Ф. Сыноров и др. M:. Радио и связь, 1989. — 144 с.
  11. Р., Кейминс Т. Элементы интегральных схем. //М.: Мир, 1989, 630 с.
  12. Полевые транзисторы на арсениде галлия. Принципы работы и технология изготовления: Пер. с англ./Под ред. Д. В. Ди Лоренцо, Д. Д. Канделуола. М: Радио и связь, 1988. — 496 с.
  13. New generation of transistors and diode modules.// Elector Electron. 1995 -21 № 237.
  14. И., Мерей Дж. Физические основы микротехнологии: Пер. с англ. М.: Мир, 1985. — 496 с.
  15. Hoeneisen В., Mead С. A. Fundamental limitatoin in microelectronics, MOS tehnology// Solid Sta, te Electron. 15, No. 17, 819 829 1972.
  16. Tornblad O., Lindefeld U., Breitholdz B. Heat generation in Si bipolar power devices: The relative importance of various contributions // Solid State Electron -1996 -39 № 10. -p 1463 -1471
  17. А. Т., Kinsborn E. Electromigration transport mobility associated with pulsed direct current in fine-grained evaporated Al-0.5% Cu thin films// J. Appl. Phis., 1983 vol. 54 № 1 pp. 275−280.
  18. Г. Б., Джафаров Т. Д. Атомная диффузия в полупроводниковых структурах. //М.: Атомиздат, 1980, 280 с.
  19. В.И., Бузанева Е. В. Физические основы надежности контактов металл полупроводник в интегральной электронике. //М.: Радио и связь, 1987, 256 с.
  20. Solid state devices add third dimention to increase densi-ty.//Electron. Appl. News, 1995, vol. 37, № 7. pp. 37−38, 40
  21. В. Ф., Соловьев В. Н. Физические механизмы деградации полупроводниковых приборов.// Зарубежная электронная техника, 1984, 273, № 2, -С. 3−46
  22. Н.М., Моставлянский Н. С. Исследование физических процессов в мощных транзисторах, определяющих их надежность в импульсных режимах. //Полупроводниковые приборы и их применение. Вып. 10. М: Сов. радио. 1963,
  23. Jang S. L. Liu S. S. Tsai C. J Dinamic hight current stressing damage and post stress relaxation in pnp silicon bipolar junction transistors // Solid State Electron., 1995, vol. 38, № 7, — pp 13 871 393.
  24. Horinchi Т., Burnet D. Bipolar transistor degradation under dinamic hot current stress// Solid State Electron., 1995, vol. 38 № 4. pp 787−789.
  25. Danso К. A., Tullos L. Thin-film metallization, stadies and device lifetime prediction using Al-Si and Al-Cu-Si conductors test bar// Microelectronics and reliabelity, 1981, vol. 21, № 4, pp 513−527.
  26. Кузьменко Электроперенос, термоперенос и диффузия в металлах./ /Киев: В ища школа, 1983, 152 с.
  27. В.М., Белицкий В. Ф. Массоперенос в тонких пленках. //Минск: Наука и техника, 1980, 296 с.
  28. В. Б. Ионная проводимость в металлах и полупроводниках. // М.: Наука, 1969, 259 с.
  29. Ю.Ф. Физика металлических тонких пленок. //М.: Металлургия, 1986, 286 с.
  30. Rodbell К.Р., Shotynsky S.R. Electromigracion in Sputtered Al-Si thin films. //Thin Solid Films, 1983, vol. 108, pp.95−102.
  31. B.M., Земсков B.C. Физико-химические основы легирования полупроводников. //М.: Наука, 1967, 371 с.
  32. Д.К., Орлов A.M., Пархоменко В. И. Миграция жидких включений в монокристаллах A111 -BVI . //Изв. АН. СССР. Неорган, материалы, 1975, Т. И, № 10, -С. 1728−1731.
  33. В.М., Павлова М. М. Экспериментальные исследования свойств расплавов в бинарных системах с промежуточными полупроводниковыми фазами. //Изв. АН СССР. Неорган, материалы, 1992, № 2, -С. 254−282.
  34. Anthoni T.R., Cline Н.Е. Random walk of liquid droplets migrating in sillicon. //J. Appl. Phys., 1976, vol. 47, № 6, pp. 2316−2323.
  35. Н.И., Гугучкин В. В., Нигматуллин В. И. Взаимодействие капель жидкости с нагретой поверхностью //Российская АН: Теплофизика высоких температур, 1993, Т. 31, № 5, -С. 801−807.
  36. Я.Е., Кривоглаз М. А. Движение макроскопических включений в твердых телах. //М.: Металлургия, 1971, 344 с.
  37. Л.М. Лазерное термооптическое возбуждение звука. ЦШл Наука, 1989, 240 с.
  38. Л.М. Радиационная акустика, //М.: Наука, 1996, 306 с.
  39. В.Э., Карабутов A.A. Лазерная оптоакустика. //М.:Наука. 1991. 304 с.
  40. В. С. Расчет и оптимизация термоизоляции //М.: Энергоатомиздат, 1991, 192 с.
  41. В. С. Инжененерные методы решения задач теплопроводности./ /М.: Энергоатомиздат, 1983, 328 с.
  42. A.B. Теория теплопроводности. //М.: Высшая школа, 1967, 600 с.
  43. А. В., Орлов А. М. Деградация параметров транзисторов содержащих пару Au- AI// Разрушение алюминиевой металлизации при повышенных плотностях тока// Частицы. Волны. Вещество. Сб. науч. трудов УлПИ// Ульяновск: Изд-во УлПИ, 1993, 203 с.
  44. А. М., Пирогов А. В. Разрушение алюминиевой металлизации при повышенных плотностях тока// Частицы. Волны. Вещество. Сб. науч. трудов УлПИ// Ульяновск: Изд-во УлПИ, 1993, 203 с.
  45. А. М., Пирогов А. В., Емельянова Т. Г. Разрушение слоев металлизации в импульсном токовом режиме // Неорган, материалы, 1993, Т.29, № 11, -С. 1559−1562.
  46. A. A., Pirogov A. W., Orlov А. М. Research of spectrf of acustic energy in semicondactor plates// Second international school conference «Phisical problems in material science of semiconductors Chernivtsi, 1997, -C. 235
  47. А. М., Шурыгин П. М., Шадеев Н. И. Кинетика спла-вообразования в системе металл германий// Неорган, материалы, 1973, Т. 9, № 9, -С. 1147−1479.
  48. А. М., Костишко Б. М., Скворцов А. А., Пирогов А. В. Разрушение многослойных структур в импульсном токовом режиме.// Неорган, материалы, 1995, Т.31, № 5, -С. 668−672.
  49. Теплопроводность твердых тел. Справочник. Под. ред. Охо-тина A.C.// М.: Энергоатомздат, 1984, 320 с.
  50. З.Ю. Справочник по технологии микроэлектронных устройств. //Львов: Каменяр, 1986, 287 с.
  51. Готра 3. Ю., Николаев И. М. Контроль качества и надежнось микросхем. //М.: Радио исвязь, 1989, 169 с.
  52. А. В., Боченков Ю. И., Сорокопуд В. А. Технология, надежность и автоматизация производства БГИС и микросборок //М.: Радио исвязь, 1981, 352 с.
  53. Физические величины. Справочник. Под. ред. Григорьева И. С., Мейлихова Е. З. //М.:Энергоатомиздат, 1991, 1232 с.
  54. Технология тонких пленок. Справочник. Под. ред. Майссела Л, Глэнга Р. //М.: Наука, 1977, т.1, 635 с.
  55. Технология тонких пленок. Справочник. Под. ред. Майссела Л, Глэнга Р. //М.: Наука, 1977, т.2, 754 с.
  56. Тонкие пленки. Взаимная диффузия и реакции. Под. ред. По-ута Дж., Ту К., Мейера Дж. //М.: Мир, 1982, 576 с.
  57. Алюминий. Справочник. Под. ред. Хэтча Дж.Е. //М.: Металлургия, 1989, 320 с.
  58. А. В., Скворцов А. А. Определение показателя преломления пленок оксида кремния полученных термическим окислением // Труды международной конференции «Оптика полупроводников» Ульяновск: Изд-во УлГУ 1998. -С. 190−191
  59. Оптические свойства полупроводников Справочник. Под. ред. В. И. Гавриленко. Киев: Наукова думка, 1987, 608 с.
  60. Р., Кеймис Т. Элементы интегральных схем: //М.: Мир, 1989.- 630 с.
  61. Технология СБИС. Под. ред. Зи С. //М.: Мир, т.1, 343 с.
  62. Технология СБИС. Под. ред. Зи С. //М.: Мир, т.2, 367 с.
  63. Зи С. М. Физика полупроводниковых приборов. //Пер с англ. под. ред. А. Ф. Трутко. М.: Энергия, 1973, 656с.
  64. В. А. Прудников А.П. Справочник по операционному исчислению. //М.: Высшая школа, 1965, 466 с.
  65. Деч Г. Руководство к практическому применению преобразования Лапласа и Z преобразования. //М.: Наука, 1971, 288 с.
  66. М. А. Шабат Б.В. Методы теории функций комплексного переменного //М.: Наука, 1973, 736 с.
  67. Э. М. Аналитические методы в теории теплопроводности твердых тел. М.: Высшая школа, 1985. 480 с.
  68. МОП-СБИС. Моделирование элементов и технологических процессов. Под. ред. П. Антонетти и др. М.: Радио и связь, 1988, 496 с.
  69. В. Н. Моделирование нестационарных тепловых режимов интегральных схем с учетом внутренней нелинейности // Электрон, моделирование, 1992, -14, № 3. -С. 91−93.
  70. O’Neill A. G. Finite-Element determination of interconnect track owerheating // Electronics letter, 1989, vol. 25 № 22 pp. 14 841 485.
  71. Э. Э., Фрейдин Б. П. Численное моделирование неизотермических процессов в силовых полупроводниковых приборах при воздействии мощного импульса прямого тока // Электрон. моделирование, 1983, -5, № 1. -С. 73−76.
  72. A.A. Попов Ю. П. Разностные схемы газовой динамики. М.: Наука, 1973, 365 с.
  73. A.A. Теория разностных схем. М.: Наука, 1977, 656 с.
  74. С.Г. Численное моделирование микроэлектронных структур. // Минск: Университетское, 1989, 368 с.
  75. Д. С. Структура жидких металлов и сплавов // М.: Металлургия, 1972, 257 с.
  76. И.Н., Ройзин Н. М., Ногин В. М., Аврасин Э. Т. О направлении перемещения расплавленного металла по поверхности германия и кремния под действием электрического тока. //Физика и техника полупроводников, 1967, т.1, № 9, -С. 1414−1420.
  77. Д.К., Орлов A.M., Пархоменко В. И. Миграция жидких включений в монокристаллах, А -В . //Изв. АН. СССР. Неорган, материалы. 1975. Т. 11, № 10, -С. 1728−1731.
  78. Измерения в электронике: Справочник, под ред. В. А. Кузнецова //М.: Энергоатомиздат, 1987, 512 с.
  79. В. Новаций Теория упругости.//М.: Мир, 1975, 872 с.
  80. Liu Jung Surface sourses of piezoelectric trunsduction // Appl. Phis. Lett. 1995 vol. 66 № 5 p. 585−587.
  81. B.B. Аналитический метод определения оптических постоянных и толщины поглощающих пленок по спектрам отражения// Оптика и спектроскопия, 1995, т.78 № 5 -С. 798−801
  82. В. С., Куксенко В. Н., Савельев С. А. и др. Оценка энергии источника упругих волн по параметрам акустических сигналов. // Письма в ЖТФ т. 19, вып. 4 -С. 28−32.
  83. В. С., Куксенко В. Н., Савельев С. А. и др. Спектры упругой энергии в твердом теле от импульсного истосника излучения// Физика твердого тела, 36, № 11, -С. 3381−3393.
  84. Л. Ф. Акустика: Учеб. пособие для втузов. — М.: Высш. школа, 1978, 448 с.
  85. Р. А. Андриевский, И. И. Спивак, Нитрид кремния и материалы на его основе. // М.: Металлургия 1984, 136 с,
  86. . Г. Некоторые задачи теории упругости и теплопроводности решаемые в Бесселевых функциях. // М.: Гос. физ.-мат. лит, 1960, 458 с.
  87. В. А. Дробот Ю.Б. Акустическая эмиссия // М.:Стандарты, 1976, 228 с.
  88. Экспериментальная механика: В 2-х кн.:Кн 1. Пер. с англ./Под ред. А. Кобаяси. М.: Мир, 1990, 616 с.
  89. Экспериментальная механика: В 2-х кн.:Кн 2. Пер. с англ./Под ред. А. Кобаяси. М.: Мир, 1990, 552 с.
  90. Ультразвук. Маленькая энциклопедия. Глав. ред. И. П. Голямина.-М.- Советская энциклопедия, 1979, 400 с.
  91. Проектирование датчиков для измерения механических величин/ Под ред. Е. П. Осадчего. М.: Машиностроение, 1979. 480 с.
  92. Я. Рецептурный справочник для электротехника пер. с чешек 3-е изд.- М.: Энергоатомиздат, 1989, — 142 с.
  93. Справочник по персональным ЭВМ/ Н. И. Алишов, Н. В Несте-ренко, Б. В. Новиков и др.- Под. ред. чл.-кор. АН УССР Б. Н. Малиновского. К.:Тэхника, 1990, 384 с.
  94. Г., Майлинг В., Щербина А. Стандартные интерфейсы для измерительной техники: Пер. с нем. М.: Мир, 1982, 304 с.
  95. Ахо А., Хопкрофт Дж., Ульман Дж. Построение и анализ вычислительных алгоритмов: пер. с англ. М.: Мир, 1979, 536 с.
  96. В. и др. Цифровые фильтры и их применение: Пер. с англ.-М.: Энергоатомиздат, 1983, 380 с.
  97. JI.M., Матюшкин Б. Д., Поляк М. Н. Цифровая обработка сигналов: Справочник М.: Радио и связь, 1985, 312 с.
  98. И.Н., Симендяев К. А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов.-13-е изд., исправленное-М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1986, 544 с.
  99. Физическая акустика. // Под ред. Мэзона У. М.: Мир, 1966, т.1
  100. П., Хилл У. Искусство схемотехники: В 2-х т. Т. 2. //Пер. с англ. Изд. 3-е, стереотип. — М.:Мир, 1986, — 590 с.
  101. Ультразвуковые преобразователи для неразрушающего контроля. под ред. Ермолова И. Н. М, Машиностроение 1986, 280 с.
  102. А.И. и др. Пьезополупроводниковые преобразователи и их применение. М.: Энергия, 1973, 210 с.
  103. Е., Эмде Ф., Леш Ф. Специальные функции. М.:Наука, 1977 г.
  104. Л. Ф. Акустика: Учебное пособие для втузов.-М.:Высш. школа, 1979. 448 с.
  105. Л. Д., Лифшиц Е. М. Теоретическая физика. Теория упругости//М.: Наука, 1987, 203 с.
  106. П.С. Нелинейные колебания и волны //М.: Наука, Физ-матлит, 1997, 496 с.
  107. Справочник по математике (для научных работников и инженеров). Г. Корн, Т. Корн. М.: Наука, 1977, 832 с.
  108. В. Удар. М.:Изд-во лит-ры по строительству, 1965, 340 с.
  109. В.М. Болгов, A.C. Никифоров Изгибные колебания бесконечной пластины вызванные поперечным ударом.// Акустический журнал, 1980. том XXVI вып. 3 стр. 336−341
  110. Справочник по электротехническим материалам/ Под ред. Ю. В. Корицкого, В. В. Пасынкова, Б. М. Тареева.- Т. 3. -3-е изд., перераб. Л.: Энергоатомиздат, 1988. 728с.
  111. В. В. Об излучении звука развивающимися трещинами.// Акустический журнал, 1983, т. 29 № 6 с. 790−798.
  112. К. А. Звуковое излучение при развитии сквозной трещины в пластине.// Физика твердого тела, т. 36 № 8 с. 21 452 153.
  113. Справочник по теоретическим основам радиотехники. Под ред. Б. X. Кривицкого. В 2-х т. Т 2, М.: Энергия, 1977, 350 с.
Заполнить форму текущей работой

На отлично!