金屬互連線的可靠性研究.pdf

1、金屬互連線尺寸越來越小,布線越來越密集,導(dǎo)致互連線的可靠性問題越來越突出,已經(jīng)影響到整個器件開發(fā)的成功與否、產(chǎn)品在實際應(yīng)用上的壽命長短了。
　　 本文主要對銅互連線的電遷移現(xiàn)象進(jìn)行研究,詳細(xì)介紹了電遷移的形成原理和測試方法,根據(jù)測試的經(jīng)驗,總結(jié)了不同失效位置所對應(yīng)的工藝改進(jìn)方向。還從以下三個實例來展現(xiàn)對電遷移的研究:
　　 1,晶圓級電遷移測試的方法研究互連線的長度和寬度對電遷移壽命的影響,鋁線由于晶粒直徑較大,在線寬很

2、小時形成“竹子狀“結(jié)構(gòu),這種情況下,電遷移壽命達(dá)到極大值。而銅線由于晶粒直徑很小,比較難以形成”竹子狀“結(jié)構(gòu),所以線寬與電遷移壽命沒有很強的相關(guān)性。而無論鋁線還是銅線,導(dǎo)線的長度與電遷移的壽命也沒有規(guī)律可循。
　　 2,從銅制程的頂層金屬1-2-1結(jié)構(gòu)(upstream)的異常電遷移失效現(xiàn)象,探討了帶“楔形“引線端結(jié)構(gòu)在電遷移測試中引起的干擾。Blech長度是互連線發(fā)生電遷移現(xiàn)象的臨界長度,楔形結(jié)構(gòu)的電流密度較大導(dǎo)致blech長

3、度變短,在引線端發(fā)生了電遷移的現(xiàn)象。所以對包含頂層金屬的測試結(jié)構(gòu)作出了優(yōu)化,使其引線部分滿足了小于Blech長度的要求,從而得到正確的金屬互連線的可靠性數(shù)據(jù)。
　　 3,在傳統(tǒng)封裝級的電遷移測試中,封裝的打線應(yīng)盡量避免用金線。這是因為金在高溫的情況下會擴散到整個焊點,而且與表層金屬析出的銅反應(yīng)生成合金,這樣引線端的銅也容易因為被挖空而形成“斷路”。在雙頂層布線結(jié)構(gòu)中,工藝對界面的處理方法和條件與電遷移的壽命有很大的影響,可以用改