發(fā)布時間：2021-08-21 08:37

　　集成電路特征尺寸的逐漸縮小帶來了日益嚴峻的Cu互連線電遷移可靠性問題。為了改善40 nm和55 nm制程下Cu互連線的抗電遷移能力,基于加速壽命試驗與失效分析的方法,研究了蓄水池結(jié)構(gòu)對Cu互連線電遷移壽命的影響。研究結(jié)果表明,采用蓄水池配置方式的蓄水池結(jié)構(gòu),通過對通孔底部附近的空洞起著補充作用而在一定范圍內(nèi)提高了Cu互連線的電遷移壽命,改善了試驗樣品的雙模對數(shù)正態(tài)失效分布現(xiàn)象,提高了試驗樣品電遷移壽命的一致性。此外,蓄水池結(jié)構(gòu)的補充效果在蓄水池結(jié)構(gòu)的長度達到一個臨界值時效果最佳。以上研究結(jié)果對于Cu制程電遷移可靠性的改善具有一定的參考價值。 

【文章來源】：半導體技術(shù). 2020,45(04)北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

55 nm制程V1D結(jié)構(gòu)的中值失效時間與對數(shù)標準

圖1為一個兩端帶有通孔的金屬互連線模型,圖中L為金屬互連線的長度,電子e-從a端流向b端。在EM過程中,a端由于金屬離子的遷移將導致該端的張力/拉應(yīng)力不斷增強,與此同時b端的累積壓應(yīng)力也會不斷增強。這種應(yīng)力梯度的建立會產(chǎn)生與電子流相反的背應(yīng)力又稱回流應(yīng)力[7]。當a端的張力達到關(guān)鍵應(yīng)力時,這種情況稱為空洞成核。通常用一維情況下的Korhonen"s方程[8]來描述這種情況的應(yīng)力變化,即

圖2為Cu雙大馬士革互連布線工藝的橫截面示意圖。當電子流的方向如圖2所示從右往左時,若下層Cu互連線為待測金屬互連線,這種測試結(jié)構(gòu)稱為順流結(jié)構(gòu)。相反地,若上層Cu互連線為待測金屬互連線,則稱為逆流結(jié)構(gòu)。在實際的EM失效試驗中,工業(yè)上通常用一個固定電阻漂移系數(shù)作為EM失效的判斷依據(jù)。研究顯示[10],由于Cu制程本身的工藝因素影響,導致在EM試驗中樣品的失效分布通常會呈現(xiàn)出雙模對數(shù)正態(tài)分布的特征,出現(xiàn)兩種失效類型,即早期失效與晚期失效。圖3為樣品失效時間(tF)的雙模對數(shù)正態(tài)分布現(xiàn)象。圖中F為失效樣本點對應(yīng)的累計失效概率。在透射電子顯微鏡(TEM)下發(fā)現(xiàn),對于順流結(jié)構(gòu)中呈現(xiàn)早期失效類型的樣品,空洞的位置一般出現(xiàn)在通孔的正下方或者靠近通孔底部不遠處,這是因為擴散阻擋層的存在阻礙了Cu 離子的流動,使Cu 離子通量在通孔底部發(fā)生較大變化,導致空洞成核。而逆流結(jié)構(gòu)的早期失效樣品中空洞位置通常位于通孔內(nèi)部。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于微觀結(jié)構(gòu)的Cu互連電遷移失效研究[J]. 吳振宇,楊銀堂,柴常春,劉莉,彭杰,魏經(jīng)天.  物理學報. 2012(01)
[2]多層金屬化系統(tǒng)中的蓄水池效應(yīng)[J]. 李秀宇,吳月花,李志國,郭春生,劉朋飛,朱春節(jié).  半導體技術(shù). 2007(04)
[3]集成電路互連引線電遷移的研究進展[J]. 吳豐順,張金松,吳懿平,鄭宗林,王磊,譙鍇.  半導體技術(shù). 2004(09)



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