發(fā)布時(shí)間：2020-04-01 04:57

【摘要】：隨著集成電路工藝節(jié)點(diǎn)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(duì)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(duì)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(zhǎng)模型,并對(duì)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(dòng)對(duì)銅互連電遷移效應(yīng)的影響,以及不同層間介質(zhì)對(duì)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(zhǎng)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(duì)于互連壽命的影響不大;3)凹槽會(huì)使互連線中空洞成核可能性增大,對(duì)于通孔底部來(lái)說(shuō),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(duì)于SiLK、CDO和TEOS三種層間介質(zhì),SiLK材料互連線中的應(yīng)力會(huì)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(duì)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(jì)了電遷移測(cè)試樣品并進(jìn)行加速應(yīng)力試驗(yàn),并提取了樣品的擴(kuò)散激活能,根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析互連線在不同應(yīng)力條件下的失效壽命,實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)和仿真證明方法的可行性,為改善和評(píng)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(duì)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(diǎn)和缺點(diǎn)[33]：（1） 金屬銅具有更低的電阻率（1.7μΩ·cm）、較高的熔點(diǎn)及散熱性能好，載流能力遠(yuǎn)強(qiáng)于鋁，同時(shí)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(shì)。（2） 對(duì)于鋁引線圖形的形成，采用反應(yīng)離子刻蝕工藝來(lái)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(lái)形成金屬溝槽，并通過引入 CMP 工藝，對(duì)淀積

西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文于 100nm 的線寬來(lái)說(shuō)，臨界應(yīng)力70MPath 。耳熱會(huì)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(huì)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN405.97

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前4條

1 彭杰;韓軍武;吳振宇;楊銀堂;魏經(jīng)天;朱麗麗;;Cu互連中應(yīng)力誘生空洞的有限元分析[J];真空科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào);2012年06期

2 侯通賢;林曉玲;姚若河;;互連寬度對(duì)銅互連應(yīng)力可靠性的影響[J];微電子學(xué);2010年01期

3 劉靜;劉彬;汪家友;吳振宇;楊銀堂;;Cu互連應(yīng)力遷移失效有限元分析[J];微細(xì)加工技術(shù);2007年06期

4 郝躍,邵波濤,馬曉華,韓曉亮,王劍屏;ULSI中銅互連及其可靠性的研究與進(jìn)展[J];西安電子科技大學(xué)學(xué)報(bào);2005年04期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 杜鳴;超深亞微米銅互連的失效機(jī)理與可靠性研究[D];西安電子科技大學(xué);2010年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 嵇鳳麗;集成電路銅互連熱應(yīng)力仿真分析研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2012年

2 舒桃林;熱應(yīng)力對(duì)銅互連結(jié)構(gòu)可靠性影響的研究[D];華南理工大學(xué);2011年

本文編號(hào)：2610007