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、應力集中、散熱難等問題愈發(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，但是針對銅互連的原子遷移研究還遠遠不夠。本文以銅微互連線為研究對象，結(jié)合多物理場耦合模擬和電遷移加速測試，研究原子遷移行為及孔洞的演化過程，主要內(nèi)容包括：
　?。?）開發(fā)了原子遷移模擬程序，針對銅微互連線進行了模擬?；谠油可⒍?/p>

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

3、r>　?。?）設計了銅微互連線原子遷移加速測試實驗，研究了電流、環(huán)境溫度對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試樣片并設計了專用夾持裝置。通過不同的電流加載方式證明了原子遷移失效和瞬時過載失效是截然不同的：過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，驗證了開發(fā)模擬程序的準確性和可靠性。直角彎折和直線過渡區(qū)域均發(fā)現(xiàn)了大量的孔洞（或者直接斷開）