【摘要】：隨著集成電路工藝節(jié)點的不斷縮小,新材料和新工藝的應(yīng)用,集成電路的互連系統(tǒng)出現(xiàn)了新的可靠性問題,這些可靠性問題對集成電路的特性及壽命產(chǎn)生了不可忽視的影響。本文針對65nm工藝下的銅互連系統(tǒng)可靠性展開了相關(guān)的研究工作。首先,本文介紹了集成電路互連工藝的發(fā)展,分析了銅互連工藝過程中影響互連系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵工藝步驟,詳細(xì)介紹了銅互連線發(fā)生電遷移失效的空位擴(kuò)散模型和空洞生長模型,并對相關(guān)物理模型進(jìn)行了參數(shù)仿真,為后續(xù)仿真工作提供合適的模型參數(shù)。其次,通過仿真研究了電鍍、化學(xué)機(jī)械拋光、介質(zhì)刻蝕等工藝的工藝波動對銅互連電遷移效應(yīng)的影響,以及不同層間介質(zhì)對互連線中應(yīng)力遷移的影響。仿真結(jié)果表明:1)在介質(zhì)刻蝕過程中,適當(dāng)增加通孔直徑、改變通孔傾角、延長通孔末端冗余量可以有效提高通孔互連線的抗電遷移特性;2)降低電鍍溫度可以改善互連線的電遷移可靠性,增加互連系統(tǒng)壽命。而電鍍工藝過程的速率對于互連壽命的影響不大;3)凹槽會使互連線中空洞成核可能性增大,對于通孔底部來說,隨著凹槽深度逐漸增加,其影響尤為顯著。而改變通孔底部凹槽結(jié)構(gòu)形狀,可以有效降低通孔底部應(yīng)力水平;4)對于SiLK、CDO和TEOS三種層間介質(zhì),SiLK材料互連線中的應(yīng)力會大大降低,通孔區(qū)域內(nèi)應(yīng)力容易導(dǎo)致通孔發(fā)生形變而失效,對于TEOS材料,通孔底部邊界處應(yīng)力最大,易形成空洞。最后,本文設(shè)計了電遷移測試樣品并進(jìn)行加速應(yīng)力試驗,并提取了樣品的擴(kuò)散激活能,根據(jù)實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析互連線在不同應(yīng)力條件下的失效壽命,實驗結(jié)果表明互連失效壽命隨著溫度應(yīng)力、電應(yīng)力及線寬增加而下降。通過實驗和仿真證明方法的可行性,為改善和評估銅互連系統(tǒng)的可靠性提供了很好的幫助。
【圖文】：

（c） （f）（a）M1 溝槽形成（b）M1 金屬阻擋層淀積（c）M1 銅填充（d）通孔和 M2 溝槽形成（e）M2金屬阻擋層淀積（f）M2 電鍍，CMP 去除多余銅，淀積覆蓋層圖 2.2 大馬士革銅互連工藝流程示意圖2.1.3 兩種互連技術(shù)的差別從 1998 年 IBM 公司首先將銅互連技術(shù)應(yīng)用生成處理器芯片后，銅互連工藝迅速被各大公司廣泛應(yīng)用，提高芯片密度和性能，降低成本。相對于傳統(tǒng)的鋁互連技術(shù)，銅互連技術(shù)有其自身的優(yōu)點和缺點[33]：（1） 金屬銅具有更低的電阻率（1.7μΩ·cm）、較高的熔點及散熱性能好，載流能力遠(yuǎn)強(qiáng)于鋁，同時具有較好的抗電遷移能力，改善 RC 延遲和提高互連系統(tǒng)的可靠性方面有著更大的優(yōu)勢。（2） 對于鋁引線圖形的形成，采用反應(yīng)離子刻蝕工藝來刻蝕鋁線，而銅由于沒有合適的干法刻蝕等離子體而不能采用傳統(tǒng)的刻蝕工藝，，所以引入了鑲嵌工藝，通過刻蝕介質(zhì)層來形成金屬溝槽，并通過引入 CMP 工藝，對淀積

西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文于 100nm 的線寬來說，臨界應(yīng)力70MPath 。耳熱會使得互連溫度改變，由于熱失配問題，互連和原子體積的不同，當(dāng)空位在電應(yīng)力的作用下聚空位增加的地方體積會收縮，空位減少的地方體裹的，如阻擋層、覆蓋層和介質(zhì)層，互連線中體空洞形成所需要的臨界應(yīng)力很容易達(dá)到。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN405.97

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2610007