金属互连电迁移噪声非高斯性研究

论文摘要

现代集成电路互连线的有效截面积已达到1平方微米量级以至于更小。因此,当电流达到毫安量级将导致电流密度达到兆安每平方厘米数量级。在这种情况下电迁移现象极为明显。金属互连电迁移已经成为超大规模集成电路主要失效模式之一。电阻是金属互连电迁移传统表征参量。噪声表征技术比电阻更为灵敏和全面。以往都是将噪声信号当作高斯信号,而且电迁移噪声表征模型也是基于高斯过程的。实验发现电迁移过程的某些阶段噪声信号具有非高斯性。这种非高斯性产生自迁移动力学机制,因此通过非高斯性分析,可以从噪声中提取电迁移相关动力学信息。本文在电迁移失效机理和噪声非高斯性的理论基础上,将非高斯信号检测方法引入电迁移噪声时间序列的分析,通过实验证实在电迁移前期噪声信号以高斯噪声为主,在空洞成核时期发生非高斯跳变,转而以非高斯噪声为主。引入高阶统计量T2对电迁移噪声信号的非高斯性进行定量描述。将实验过程中非高斯性参量变化与电阻及传统的噪声表征参量进行了对比,表明T2可以更为敏感地反映了电迁移动力学机制。为了解释实验结果并进一步建立基于噪声非高斯性参量的电迁移噪声表征模型,本文通过引入自由体积的概念,采用散射理论,从理论解释了电迁移噪声信号非高斯性产生的原因与机制。所建立的数学模型证明理论预期与实验结果一致。这些工作为噪声非高斯性参量可作为一种新的电迁移表征参量以及建立相应的表征模型奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 论文结构
• 第二章 金属互连电迁移与噪声非高斯性基础
• 2.1 电迁移现象与失效微观机理
• 2.1.1 电迁移现象
• 2.1.2 电迁移失效微观机理
• 2.2 非高斯信号基础知识
• 2.2.1 高斯分布与高斯过程
• 2.2.1.1 高斯分布
• 2.2.1.2 高斯分布律
• 2.2.1.3 高斯过程
• 2.2.2 信号偏离高斯性的评判方法
• 2.2.3 高阶统计量方法
• 2.3 噪声与非高斯性
• 2.4 噪声非高斯性在电迁移研究中的意义
• 第三章 金属互连电迁移噪声非高斯性实验
• 3.1 金属互连电迁移噪声测量
• 3.1.1 金属铝互连电迁移噪声测量系统
• 3.1.2 金属铝互连电迁移样品
• 3.1.3 电迁移试验设计
• 3.2 金属互连电迁移噪声的非高斯性
• 3.2.1 电迁移过程中噪声统计直方图的变化
• 3.2.2 与电子器件的噪声非高斯性比较
• 3.3 用参量分析噪声非高斯性
• 3.3.1 电迁移过程中的噪声双谱变化
• 2 的变化规律'>3.3.2 统计检验量T²的变化规律
• 3.4 噪声非高斯参量与传统参量对比
• 3.4.1 噪声非高斯参量与电阻的对比
• 3.4.2 噪声非高斯参量与频率指数的对比
• 3.5 小结
• 第四章 电迁移噪声非高斯性理论分析与讨论
• 4.1 自由体积理论
• 4.2 基于自由体积的电阻涨落的非高斯性分析
• 4.2.1 空位扩散聚集阶段的噪声
• 4.2.2 空洞成核及长大阶段的噪声变化
• 4.3 讨论与小结
• 第五章 总结及展望
• 5.1 论文成果
• 5.2 后续研究方向
• 5.3 展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在读期间的研究成果