CC BY
80
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.
