СПОСОБ СГЛАЖИВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ПЛЕНКИ АЛЮМИНИЯ НА КРЕМНИЕВОЙ ПОДЛОЖКЕ Российский патент 2013 года по МПК B23K35/00 B82B3/00 

Изобретение относится к сфере промышленного производства изделий электронной техники, в частности к способам сглаживания поверхности нанопленок на полупроводниковых и диэлектрических подложках.

Известен способ модификации поверхности пленок под действием фотонного отжига [см. Kellock A.J., Nyberg G.L., Williams J.S. Thin film adhesion improvement under photon irradiation // J.Vac., 1985, V.35, №12, p.625-628], приводящий к увеличению адгезии металлических тонких пленок алюминия и золота толщиной от 70 до 500 Ǻ на подложках из SiO₂ и Si.

Недостатком способа является низкая повторяемость результатов, т.к. не осуществляется контроль длительности фотонного отжига.

Известен способ улучшения смачиваемости легкоплавких припоев при пайке алюминия, магния и их сплавов путем введения в их состав припоев, галлия в количестве 2-15% от общего веса припоя [см. а.с. СССР №300279, МПК⁹ B23K 35/26, опубл. 07.04.1971].

Недостатком данного способа является применение галлия, что усложняет и удорожает процесс пайки.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ уменьшения переходного сопротивления пленка-подложка, включающий фотонный отжиг [см. Верещагин З.Д., Крысов Г.А., Цехмейстер Е.А., Сергеичев А.С. Импульсное вжигание металлических пленок в кремний // Электронная техника. Сер. Электроника СВЧ, 1983, Вып.10 (358), С.57-59].

Недостатками прототипа являются сложность измерения переходного сопротивления (необходимость специально подготовленных образцов), выбранного для контроля времени отжига, оптимального для модификации поверхности алюминия, и недостаточное качество поверхности пленки.

Задачей предложенного способа является повышение качества поверхности пленки за счет ее сглаживания и снижения угла смачивания жидкофазными системами.

Технический результат достигается тем, что в способе сглаживания поверхности пленки алюминия на кремниевой подложке, включающем фотонный отжиг, согласно изобретению фотонный отжиг осуществляют в течение 3-4 с, после чего осуществляют смачивание поверхности пленки в жидкофазной системе на основе олова.

При длительности фотонного отжига менее 3-х секунд недостаточность отжига приводит к повышению шероховатости и неровности поверхности пленки.

При продолжительности отжига более 4-х секунд увеличивается угол смачивания, появляются повреждения пленки эрозией, увеличивается шероховатость.

Данный способ позволит повысить качество поверхности пленки.

Сущность способа поясняется иллюстрациями, где на фиг.1 изображена кривая зависимости поверхностного сопротивления от времени фотонного отжига, на фиг.2 - фрагмент поверхности до отжига, на фиг.3 - после отжига, на фиг.4 - результаты измерений угла смачивания жидким оловом пленок алюминия на кремнии до и после фотонного отжига, на фиг.5 - политермы углов смачивания поверхностей подложек расплавами Sn - 0,116 ат.% Ва, на фиг.6 - политермы углов смачивания поверхностей подложек расплавами Sn - 0,396 ат.% Ва.

Способ сглаживания поверхности пленки алюминия на кремниевой подложке осуществляют следующим образом.

Пленки алюминия на кремнии подвергали фотонному отжигу различной длительности, после чего осуществляли смачивания поверхности пленки в жидкофазной системе на основе олова. Определяли зависимость поверхностного сопротивления от времени отжига. На тех образцах, где наблюдали минимум поверхностного сопротивления (см. фиг.1), определяли температурную зависимость углов смачивания. При снижении угла смачивания на 10° поверхность пленок становилась менее шероховатой, что видно по сканам пленки Al на Si до (см. фиг.2) и после отжига в течение 3 c (см. фиг.3), выполненными с помощью атомно-силового микроскопа.

Пример 1.

На фиг.4 показаны результаты измерений угла смачивания жидким оловом пленок алюминия на кремнии до и после фотонного отжига. Видно, что чистое олово не смачивает подложку, но в опытах с неотожженной пленкой алюминия наблюдались самые большие углы смачивания, что связано с большой разупорядоченностью структуры поверхности нанопленки. Наименьшие углы смачивания обнаруживали при времени фотонного отжига подложки 3-4 сек. Уменьшение угла смачивания составило ~10° (Точность измерений 1°).

Пример 2.

На фиг.5 показаны политермы углов смачивания поверхностей подложек расплавами Sn - 0,116 ат.% Ва. Наименьшие углы смачивания аналогично, как и в случае с чистым оловом, обнаружены при времени отжига 3-4 с. Снижение угла смачивания составило ~10°.

Пример 3

На фиг.6 показаны политермы углов смачивания поверхностей подложек расплавами Sn - 0,396 ат.% Ва. Наименьшие углы смачивания, как и прежде, обнаружены при времени отжига 3-4 с, снижение угла смачивания на 10°. При времени отжига 3-4 с на поверхности происходило снижение шероховатости поверхности пленок алюминия (см. фиг.2, 3), что и привело к уменьшению угла смачивания.

Во всех случаях угол смачивания уменьшался с ростом температуры по линейной зависимости.

Использование предлагаемого способа сглаживания поверхности пленки алюминия на кремниевой подложке по сравнению с прототипом позволит повысить качество пленки, сгладить шероховатость поверхности нанопленки и свести к минимуму ее поверхностное сопротивление.

Изобретение относится к сфере промышленного производства изделий электронной техники. Способ включает фотонный отжиг в течение 3-4 с. Затем осуществляют смачивание поверхности пленки в жидкофазной системе на основе олова. Техническим результатом изобретения является повышение качества поверхности пленки за счет ее сглаживания и снижения угла смачивания жидкофазными системами. 6 ил., 3 пр.

Способ сглаживания поверхности пленки алюминия на кремниевой подложке, включающий фотонный отжиг, отличающийся тем, что фотонный отжиг проводят в течение 3-4 с и затем осуществляют смачивание поверхности пленки в жидкофазной системе на основе олова.