氮化鎵（GaN）作為第三代半導體材料的代表,因為其出色的性能而受到重視。GaN基芯片時常工作在大電流大電壓且高溫的條件下,極易引起互連線失效。本文以互連線的失效理論為基礎,對GaN基電路上互連線進行了仿真研究。旨在探索互連線中電遷移失效和溫度應力失效規(guī)律,以解決GaN基芯片上的互連線可靠性問題。本文的仿真工作包括電遷移仿真和溫度應力仿真。電遷移仿真主要是對不同通孔結構的互連線進行模擬,然后分析互連線中的電流密度分布以及空位濃度分布。溫度應力仿真則是對互連線工作環(huán)境的溫度變化進行模擬,然后分析溫度變化之后互連線中靜水應力與等效應力的變化情況。詳細成果如下:使用Sentaurus TCAD軟件對互連線通孔進行了電遷移仿真。在相同的電流源條件下,研究了通孔直徑、不同倒角角度、不同傾斜角度和雙通孔結構對互連線可靠性的影響。仿真結果表明:增大通孔直徑來降低電流密度的效率最低。倒角,傾斜角和雙通孔都能有效減小電流密度,增加互連線的抗電遷移能力。對于互連線通孔底部的空位累積濃度只和通孔底部的直徑大小有關,直徑越大,累積的濃度就越少,互連線的抗電遷移能力越高。采用Abaqus對具有通孔的互連線進行了溫... 

【文章來源】：西安電子科技大學陜西省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：88 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

電遷移原理圖

響互連線失效的因素有很多，比如：互連線的尺寸、工作溫度、互連線中尺寸和結構等[52-55]。（1）互連線長度的影響在早期使用鋁作為互連金屬的時代，研究者們[56,57]發(fā)現(xiàn)鋁互連線的中值壽的增加而快速下降�；ミB線的中值壽命具有如下的特點：MTF = wexp(al) （上式中，A 為一個常數(shù)，而 w 是互連線線寬，a 是和互連線尺寸相關的一個述等式可以看出，以鋁為材料的互連線是隨著線長的增加而壽命越來越小連線可以視作為一個串聯(lián)系統(tǒng)[58]，這個串聯(lián)系統(tǒng)由數(shù)個長度相等的小互成，這些單元中各自包含一定的缺陷，所以這個串聯(lián)系統(tǒng)的壽命就取決于嚴重的那個。互連線的長度越長，就意味著其內(nèi)包含的單元就越多，所以的壽命就越短。但是當互連線的長度超過一定值時，壽命的減小越來越變最后幾乎達到一個穩(wěn)定值（如圖 2.2 所示），這對三種失效模式均適用。MTF

2.3.1 電流擁擠效應在雙層且具有通孔的互連結構中，電流擁擠效應是形成電流密度峰值的原因，電流擁擠效應會使電流密度在通孔拐角處上升3倍以上。如圖2.3所示，虛線表示電流，在這里之所以不區(qū)分方向，是因為無論電流方向是從上往下還是從下往上都會出現(xiàn)這種效應，這是因為電流總是趨向于沿最短路徑傳輸造成的。這種效應會造成拐角處的電流密度變得很高，而遠離拐角的角落處電流密度會變得很小。圖 2.3 電流擁擠效應[50]前面已經(jīng)敘述過，電流密度增大會加劇電子風遷移的影響，使質(zhì)量輸運更快。所以降低高電流密度區(qū)域的電流峰值是一個十分重要的研究點，改變通孔的幾何形狀如通孔直徑，倒角結構，傾斜角等能夠改善電流密度峰值，使其減小。對于金屬原子來說

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Cu互連應力遷移溫度特性研究[J]. 吳振宇,楊銀堂,柴常春,李躍進,汪家友,劉靜.  物理學報. 2009(04)
[2]通孔尺寸對銅互連應力遷移失效的影響[J]. 吳振宇,楊銀堂,柴常春,李躍進,汪家友,劉彬.  物理學報. 2008(06)
[3]ULSI中銅互連及其可靠性的研究與進展[J]. 郝躍,邵波濤,馬曉華,韓曉亮,王劍屏.  西安電子科技大學學報. 2005(04)
[4]超深亞微米集成電路的銅互連技術布線工藝與可靠性[J]. 杜鳴,郝躍.  西安電子科技大學學報. 2005(01)

博士論文
[1]超深亞微米銅互連的失效機理與可靠性研究[D]. 杜鳴.西安電子科技大學 2010

碩士論文
[1]熱應力對銅互連結構可靠性影響的研究[D]. 舒桃林.華南理工大學 2011
[2]超深亞微米集成電路銅互連可靠性研究[D]. 朱琳.西安電子科技大學 2007



本文編號：3362196