文档介绍：西安电子科技大学
博士学位论文
超深亚微米铜互连的失效机理与可靠性研究
姓名:杜鸣
申请学位级别:博士
专业:微电子学与固体电子学
指导教师:郝跃
20100401
摘要质量输运的物理模型,得到的数值模拟结果与文献资料以及本文的实验数据相吻同线宽下得电迁移特性。通过实验以及模型的研究发现,空洞的生长主要沿着铜因素。另外,针对通孔形貌比高、应力集中、易产生电迁移失效的特点,对三种失效机理的研究,得到了一个关于铜离子扩散的连续性方程和寿命的解析的互连线寿命与文献中不同温度、电流密度、以及线间距情况下的实验数据进行了比较。比较结果显示该模型在高场笥/靶〖渚小于线宽接近于互连线间距时,随着线宽的减小,互连线上的电场分布会明显增强,但会加强互连线之间电场强度,互连线上还会出现电场增强效应,。这两种现象都会加速互连线的退化,从而影响铜互连布线系统的可靠性。最后,我们针关键词:可靠性界面扩散时间相关介质击穿电场增强效应全文针对超深亚微米铜互连布线系统所面临的主要可靠性问题,以理论研究为基础,结合结构仿真以及实验测试,解决在互连尺寸日益缩小时,铜互连布线系统所面临的可靠性问题。通过与铝互连系统工艺以及可靠性问题的对比,详细的分析讨论了铜互连线发生电迁移失效的失效机理,以空位交换原理为基础,建立了一个铜互连线发生合。对铜互连线样品进行了加速失效测试,研究铜互连线在不同应力条件以及不与覆盖层介质之间的界面,并且向阴极一端运动,并聚集成核,形成大面积的空洞,导致互连线失效。研究结果表明,在特征尺寸小于后,互连线的电迁移失效机理发生了变化,界面扩散将成为影响互连线的电迁移特性的重要不同结构的通孔特性,进行了仿真以及失效测试。提出了具有更好的抗电迁移特性的通孔结构,对通孔的设计工作具有指导意义,为改善铜互连系统的电迁移可靠性,得到了具有实用价值的研究结果。本文开展了时间相关介质击穿关系,以此为基础建立了失效寿命评估的物理模型。通过该模型计算得到情况下与实验数据吻合较好ú畈坏絣。同时,我们对不同线间距以及不同线宽的互连线结构的电特性进行仿真,并且进行相应的失效测试。结果显示,随着互连线间距的减小,互连线之间的电场强度不断增大,这将加速互连线的退化,缩短其寿命。此外,发现存在一种电场增强效应,即当互连线的从而加速互连线的退化。研究结果显示,当互连线间距小于螅对退化提出了一系列的改进方法。铜互连电迁移寿命模型摘要篢
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本人签名贰本人签名同期猃么生』心同期—汐喇同期型里:好磖本学位论文属于保密谝荒杲饷芎笫视帽臼谌ㄊ椤本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定,即:研究生西安电子科技大学学位论文独创性虼葱滦声明秉承学校严谨的学年帕嫉目蒲У赖拢救松魉式坏穆畚氖俏腋鋈嗽诘师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果;也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。申请学位论文与资料若有不实之处,本人承担一切的法律责任。关于论文使用授权的说明在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件,允许查阅和借阅论文;学校可以公布论文的全部或部分内容,可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证,毕业后结合学位论文研究课题再攥写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。C艿穆畚脑诮饷芎笞袷卮斯娑导师签名:
第一章绪论§集成电路互连可靠性研究的重要性二十世纪下半叶,电子信息技术经历了发现、发展并走向辉煌的历史,在这五十年中,以计算机、通信为主的电子信息技术迅速发展,取得了许多里程碑式的成就。当今新技术革命的核心是电子信息技术,在支撑电子信息技术的所有技经它“点杀成金螅淦髯氨副悴迳狭讼执某岚颍蛊涠嗄芑⒆远湾战争及年的对伊战争,可以清晰的体现出来。“现今,美国军事系统超过可能敌人的技术优势,电子元器件贡献最大,超过了其他所有技术”【】。因此,电子元器件及集成电路技术在武器装备以及国防工业中起到了不可替代甚至是决定性的作用。而要保证质量,首先就要求有高的美国作为世界第一经济、军事大国,可靠性工作则一直他们的重中之重。年彰拦啦糠⒉。褪强煽啃栽长在美国国防部的第一个重大应用项目。通过该项目,将“黑鹰”直升机的从∈,例如:美陆军主战坦克、海军“印第安战斧淦飨低澈术中,最重要的是微电子技术,它是