Результаты исследования и испытания защитных покрытий алюминиевой металлизации микросхем Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

Зелякова Т.И., Крутов Л.Н. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИСПЫТАНИЯ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ АЛЮМИНИЕВОЙ МЕТАЛЛИЗАЦИИ МИКРОСХЕМ

Обеспечение качества комплектующих изделий для радиоэлектронной аппаратуры вооружения и военной техники является крупной экономической и практически значимой проблемой, без решения которой невозможна реализация серьезных программ и планов. Вопросы обеспечения качества радиоэлектронной аппаратуры и электронной компонентной базы являются стратегическими для обороны и безопасности страны. Поэтому проведение исследований по анализу причин коррозионных разрушений алюминиевой металлизации интегральных микросхем (далее - микросхем) и физическому анализу качества их изготовления является настоятельной необходимостью, обусловленной, тем, что от уровня ее решения зависит состояние качества и надежности изделий электронной техники (ИЭТ) и радиоэлектронной аппаратуры (РЭА).

В настоящее время при производстве микросхем применяется большое количество кремнийорганиче-ских компаундов различной рецептуры. Это связано с рядом ценных свойств, которыми обладают крем-нийорганические материалы, такими как стойкость к атмосферным воздействиям, свету, радиации, влаге и сохранение механических свойств в широком интервале температур (от -50о С до 200о С) , что позволяет использовать их в новейших областях современной техники.

Одним из важнейших требований, предъявляемых к материалам, из которых изготавливают защитные слои микросхем, является их химическая совместимость в составе микросхемы и стойкость к воздействию внешних факторов, установленных стандартом - ОСТ В 11 0998-99 [1] . Требованиям химической

совместимости с конструкционными элементами микросхем и отсутствие разрушения алюминиевой металлизации отвечают такие параметры защитных покрытий, как равновесное влагопоглощение, коэффициент влагопроницаемости и содержание примесных ионов коррозионно-активных элементов (калия, натрия, хлора, серы и др.).

Были исследованы свойства 7 марок защитных покрытий - компаундов марок ГКН-ЭЧ, КЭН-3С, КЛТ-30, ПЭО-28М и «Виксинт-68К», лака ЛКС и эмали ЭП-91, наиболее часто используемых при производстве микросхем. Исследованы кинетика сорбции влаги защитными покрытиями и характер распределения ее в полимере. Получены количественные характеристики равновесного влагопоглощения, коэффициентов растворимости, диффузии, влагопроницаемости, а также содержания примесных ионов элементов калия, натрия, хлора и серы [2].

При решении поставленных задач использовались комплексные методы исследования, включающие эксперимент, моделирование, метод рентгенофлуоресцентной спектроскопии. Определение влагопоглощения, коэффициента влагопроницаемости и содержание примесей в защитных покрытиях проводилось по ранее разработанным методикам [3, 4]. Итоговые результаты приведены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1 - Результаты определения характеристик

Марка полимера Средние значения параметров характеристик

Влагопог-лощение, % коэффициент растворимости Ь, кг/(м3'Па) коэффициент диффузии Д, м2/с коэффициент влагопроницаемости Р, кг/(м'с'Па)

Компаунд ГКН 0,19 7,3-10-4 1,5-10-6 1,1-10-9

Компаунд КЭН-3С 0,045 (по ТУ <0,5) 1,7-10-4 3,2-10-7 5,5-10-11 (по ТУ <3 -1013)

Компаунд КЛТ-3 0 0,28 9,9-10-4 3,2-10-8 3,2-10-11

Компаунд ПЭО-2 8М 1,06 3,3-10-3 1,2-10-7 3,3-10-1°

Компаунд «Виксинт К-68» 1,24 4,0-10-3 7,4-10-7 2,9-10-9

Лак ЛКС 0,54 (по ТУ<0,3) -0 1 5 2 1 9,1-10-10 1,1-10-12 по ТУ (4,45,8) -10-15

Эмаль ЭП-91 1,5 7,9-10-3 5,7-10-9 4,4-10-11

По полученным результатам определения характеристик строили кривые кинетики сорбции влаги полимерами в координатах: влагопоглощение, %; время, сутки [2].

Таблица 2 - Результаты определения содержания ионных примесей

Марка полимера Массовая доля ионных примесей по химическим элементам (не более), % масс.

Натрий (Ыа) Калий (К) Хлор (СІ) Сера (Б)

Компаунд ГКН н/о (по ТУ<5'10-4) н/о (по ТУ<5'10-4) 4,0^10-3 н/о

Компаунд КЭН-3С н/о (по ТУ<2'10-4) н/о (по ТУ<2'10-4) 2,1^10-2 (по ТУ<2'10-3) 2.4^10-2

Компаунд КЛТ-3 0 н/о 1,1-10-2 1,1-10-2 1,5^10-2

Компаунд ПЭО-2 8М н/о н/о 1,1-10-1 н/о

Компаунд «Виксинт К-68» н/о н/о 2,1^10-2 1,3-10-2

Лак ЛКС н/о н/о 1,9-10-1 н/о

Эмаль ЭП-91 н/о 1,1-10-2 9,5^10-1 1,3-10-1

Значения величин равновесного влагопоглощения в исследованных полимерах лежат в пределах от 0, 045 до 1,5 %, а коэффициент влагопроницаемости - в пределах 1,1-10-12 - 1.1-10-9 кг/(м- с- Па). Можно ожидать, что и по коррозионной активности эти покрытия будут различаться.

Экспериментальные исследования показали, что защитные покрытия содержат ионные примеси, отличные от указанных в ТУ (у некоторых полимеров в ТУ нет даже упоминания об ионных примесях) [2].

В полимерах содержащих гидрофильные низкомолекулярные примеси под влиянием проникающей влаги происходит образование активных реагентов (электролитов), что приводит к проникновению влаги и реагента на поверхность кристалла. Такие полимерные покрытия (компаунды) являются химически несовместимыми с конструктивными элементами микросхем. Наличие гидрофильных ионных примесей в полимерах увеличивает значение равновесного влагопоглощения, коэффициента влагопроницаемости и делает такие защитные покрытия потенциально ненадежными для защиты алюминиевой металлизации.

Выводы:

1. Знание диффузионных свойств конкретных полимеров - непременное условие правильного выбора защитного покрытия при производстве интегральных микросхем военного назначения.

2. Равновесное влагопоглощение, коэффициент влагопроницаемости и содержание коррозионноактивных примесей для защитных покрытий, используемых для защиты алюминиевой металлизации микросхем военного назначения, являются особо важными для контроля качества покрытий, и эти характеристики должны являться нормативными показателями.

Литература

і

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

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

3. Зелякова Т.И. Влияние кремнийорганических покрытий на коррозионную стойкость интегральных микросхем: дис.к.т.н., М., 2007.- 144 с

4. Зелякова Т.И., Крутов Л.Н., Баринов П.Е. Комплекс средств для контроля характеристик компаундов // Экономика и производство.-2005.- №3.-72 с.