Надежность и срок службы металлизации в ИС

1.

МИЭТ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
РЕФЕРАТ
по дисциплине «Математические основы теории надежности»
на тему: «Надежность и срок службы металлизации в ИС»
Выполнил: Новиков Илья, гр. КТ-31
Проверил: к.т.н., доцент ИНМСТ Горшкова Н.М.
Москва, 2025

2.

Цель и задачи
Цель доклада – изучить применение металлизации в интегральных схемах, от чего
зависит её надежность и срок службы.
Задачи:
1. Рассмотреть процесс металлизации.
2. Рассмотреть виды металлизации и её роль в ИС.
3. Изучить факторы, влияющие на надежность металлизации.
4. Ознакомиться с методами повышения надежности.
5. .Заключение
2

3. Процесс металлизации ИС

Металлизация — это процесс нанесения металлов
на
подложку
интегральной
схемы
для
создания
процесс
является
проводящих
соединений.
Этот
критически
важным
создания
для
электрических
соединений между различными элементами схемы,
включая
транзисторы, резисторы и конденсаторы.
Металлические
слои
могут
быть
изготовлены
из
различных материалов, таких как алюминий, медь, золото
и никель, в зависимости от требований к Обычно
используются медь и алюминий, так как они обладают
хорошими проводящими свойствами и относительно
Рис. 1. Металлизация.
низкой стоимостью.
3

4.

Виды металлизации ИС {1}
Металлические слои могут быть изготовлены из
различными способами:
• Физическое осаждение из паровой фазы. Процесс
обычно включает в себя несколько ключевых этапов:
очистку подложки, создание пара из целевого
материала, реакцию пара с газами для образования
соединения и нанесение соединения на подложку
• Химическое осаждение из газовой фазы. При этом
процессе подложка помещается в пары одного или
нескольких веществ, которые, вступая во взаимные
реакции и/или разлагаясь, формируют на поверхности
подложки слой необходимого вещества
• Электролитическое осаждение. Метод, при котором
металл осаждается на подложку из электролитического
раствора под действием электрического тока.
Рис. 2. Металлизация осаждением
из паровой фазы
4

5.

Роль металлизации в ИС{4}
1) Создание электрических соединений;
2) Обеспечение проводимости;
3) Поддержка теплового регулирования;
4) Обеспечение механической прочности;
5) Защита от коррозии;
6) Поддержка радиоактивных и
радиочастотных характеристик;
Рис. 3. Многослойная металлическая
разводка[4]
5

6. Электромиграция – это процесс, при котором медные атомы перемещаются под воздействием электрического тока. Это может привести к

Факторы, влияющие на надежность ИС {2}
1. Температурные колебания.
2. Коррозия.
3. Электромиграция.
4. Механические напряжения.
5. Уровень загрязненности.
6. Разрабосы параметров
элементов микросхемы
Электромиграция – это процесс, при котором
медные атомы перемещаются под воздействием
электрического тока. Это может привести к
образованию пустот в проводниках и, в конечном
счете, к их разрушению.
Рис. 7. Электромиграция в металлах
6

7.

Использование барьерных слоев {5}
Для защиты алюминия используются
барьерные слои, которые создаются из
различных материалов, таких как титан или
нитрид титана. Диффузионно-барьерные
слои служат препятствием к
взаимодействию и взаимной диффузии
материала высокопроводящих слоев и
кремния/диэлектрика. Основные
требования, которые к ним предъявляются,
— это малые значения коэффициента
диффузии металлов и кремния через
барьерный слой и отсутствие химического
взаимодействия с материалами окружающих
слоев.
Рис. 5. Металлизация с указанием
барьерного слоя
7

8.

Атомно-слоевое осаждение[3]
Атомно-слоевое осаждение (или АСО) - это
физико-химическая технология, позволяющая
посредством нанесения тончайших газовофазных нано-пленок создавать концептуально
новые продукты, отличающиеся высокой
технологичностью.
Достоинства АСО:
• высокоточный контроль толщины;
• безупречная адгезия пленки;
• идеальная однородность покрытия;
• дефекты и даже микроскопические
нарушения целостности невозможны;
Рис. 6. Принцип действия АСО
8

9.

Модуляция структуры металлизации[7]
Оптимизация структуры в зависимости от
требований конкретной схемы может привести к
увеличению сроков службы.
Слои металлизации:
Контактный слой
Проводящей слой
Дифузионно-барьерный слой
Слой межуровневого диэлектрика
Адгезионный слой
Раскисляющий слой
Антиотражающий слой
Смачивающий слой
Стоп-слой
Рис. 7. Многослойная
металлизация, с дефектами
и без
9

10. Нанесение защитных покрытий{6}

Технология оксидирования заключается в том,
чтобы создать такие условия, чтобы на
металлической поверхности образовалась оксидная
пленка, предотвращающая проникновение
кислорода и воды. Для этого используются
специализированные растворы и подводится
электрический ток при необходимости.
Виды оксидирования:
Анодное
Микродуговое
Низкотемпературное
Электрохимическое
Рис.8. Микродуговое оскидирование
1-ванна, 2-электролит, 3-деталь, 4 и 7-источник тока, 5 и 6излучатели магнитного поля, 8-ультрафиолетовый преобразователь,
9-ультрафиолетовый генератор, 10-развязывающий трансформатор
10

11.

Вывод
В заключение, можно с уверенностью сказать, что надежность и срок службы
металлизации являются критически важными факторами для обеспечения
долговечной и стабильной работы современных интегральных схем. Сложность и
миниатюризация ИС предъявляют все более высокие требования к металлическим
межсоединениям, делая их уязвимыми для различных деградационных механизмов.
Обеспечение высокой надежности и прогнозируемого срока службы металлизации
является не только технологическим, но и экономическим приоритетом,
позволяющим разрабатывать более долговечные и надежные электронные устройства,
снижая затраты на обслуживание и замену, и повышая конкурентоспособность на
мировом рынке. Дальнейшие исследования и разработки в этой области будут играть
ключевую роль в развитии микроэлектроники и обеспечении прогресса в самых
разных областях, от вычислительной техники до медицины и энергетики.
11

12.

Список литературы
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
May G. S., Spanos C. J. Fundamentals of semiconductor manufacturing and process control. – John Wiley
& Sons, 2006.
Прогнозирование надежности металлизации ис в отношении электромиграционных отказов Липатов
Г.И.1 Воронежский государственный технический университет,
Bhushan B. (ed.). Springer handbook of nanotechnology. – Springer, 2017.
Влияние режимов формирования барьерного слоя на надежность систем металлизации ИС.
Емельянов А.В.1, Емельянов В.В.1, Сенько С.Ф.22 Физико-технический институт НАН Белоруссии.
Ахмадеев А. А. и др. Определение пористости микрочастиц диоксида кремния с помощью метода
соответствия показателей преломления //Оптика и спектроскопия. – 2020. – Т. 128. – №. 9. – С. 12771280.
Дульцев Ф. Н. Тонкие пленки как основа химических и биологических сенсоров дис. – Институт
химии твердого тела и механохимии Сибирского отделения Российской академии наук, 2007.
Поверхностное и удельное сопротивление двухслойной алюминиевой металлизации контактных
площадок кристаллов силовых полупроводниковых приборов. В.В. Зенин, И.А. Каданцев, О.В.
Марченко, Н.В. Черемухина
12