銅微互連線的原子遷移失效研究.pdf

1、隨著微互連向深亞微米尺度發(fā)展，電流密度高、應(yīng)力集中、散熱難等問(wèn)題愈發(fā)突出，原子遷移失效逐漸成為了超大規(guī)模集成電路不可忽視的可靠性問(wèn)題。銅比鋁具有更低的電阻率、更好的抗電遷移性能，已經(jīng)成為新一代互連材料，但是針對(duì)銅互連的原子遷移研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。本文以銅微互連線為研究對(duì)象，結(jié)合多物理場(chǎng)耦合模擬和電遷移加速測(cè)試，研究原子遷移行為及孔洞的演化過(guò)程，主要內(nèi)容包括：
　?。?）開(kāi)發(fā)了原子遷移模擬程序，針對(duì)銅微互連線進(jìn)行了模擬?；谠油可⒍?/p>

2、理論，結(jié)合開(kāi)發(fā)的應(yīng)力梯度求解腳本、ANSYS結(jié)構(gòu)—熱—電耦合多物理場(chǎng)模型、APDL和生死單元技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了原子遷移靜態(tài)和動(dòng)態(tài)模擬。結(jié)果顯示：電流密度不會(huì)影響遷移斷開(kāi)位置，而參考溫度和缺陷孔洞會(huì)使得斷開(kāi)位置發(fā)生轉(zhuǎn)移；環(huán)境溫度對(duì)遷移壽命的影響遠(yuǎn)高于退火溫度；電流密度小于13.5MA/cm2時(shí)，應(yīng)力遷移處于主導(dǎo)地位，超過(guò)13.5MA/cm2則是電遷移主導(dǎo)。我們還發(fā)現(xiàn)原子遷移過(guò)程中孔洞的演化主要是由電遷移和應(yīng)力遷移所致，熱遷移的作用可以忽略。

3、r>　?。?）設(shè)計(jì)了銅微互連線原子遷移加速測(cè)試實(shí)驗(yàn)，研究了電流、環(huán)境溫度對(duì)遷移壽命和遷移行為的影響。采用光刻、濺射、退火等工藝制備出測(cè)試樣片并設(shè)計(jì)了專用夾持裝置。通過(guò)不同的電流加載方式證明了原子遷移失效和瞬時(shí)過(guò)載失效是截然不同的：過(guò)載失效有明顯的熔化現(xiàn)象，遷移失效結(jié)構(gòu)表面有大量孔洞，我們還發(fā)現(xiàn)遷移壽命和環(huán)境溫度呈線性關(guān)系。這都與仿真結(jié)果非常相似，驗(yàn)證了開(kāi)發(fā)模擬程序的準(zhǔn)確性和可靠性。直角彎折和直線過(guò)渡區(qū)域均發(fā)現(xiàn)了大量的孔洞（或者直接斷開(kāi)）