ULSI铜互连中电迁移可靠性研究及其工艺整合优化

ULSI铜互连中电迁移可靠性研究及其工艺整合优化

论文摘要

随着集成度的增加及器件尺寸的等比例缩小,由互连引入的电阻电容延迟所占的比重越来越大。为了减小互连延迟,业界采用铜互连代替传统的铝互连,采用低介电常数材料替代传统的二氧化硅。与铝线相比,铜线电阻率低,可靠性强,但是镶嵌工艺复杂,导致铜互连出现了新的可靠性问题。本论文主要研究了超大规模集成电路铜互连中电迁移的可靠性问题。通过对电迁移基本原理以及物理机制的研究,得出了改善电迁移可靠性的几个方向。通过对铜互连相关的沟槽和通孔的刻蚀、扩散阻挡层和籽晶层的沉积、铜的电镀和平坦化等关键工艺的进一步研究和实验分析,得到了一些提高电迁移可靠性的工艺优化条件。通过扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等手段对样品的在线缺陷以及横截面形貌进行了对比分析,在不同电流密度以及不同温度下进行封装级的可靠性测试,得到样品的中值失效时间以及失效时间的威布尔分布图。根据威布尔分布计算出寿命相关因子,最后根据加速模型反推得到正常应力下的寿命情况。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 引言
  • 1.1 集成电路的发展及其现状
  • 1.2 半导体集成电路制造技术的发展
  • 1.3 半导体金属互连技术的发展
  • 1.4 铜互连可靠性的研究
  • 1.5 本文研究内容
  • 第2章 先进铜互连技术概论
  • 2.1 铜互连工艺的集成
  • 2.2 铜互连沟槽和通孔的刻蚀
  • 2.3 铜的扩散阻挡层和籽晶层
  • 2.4 铜的电镀工艺
  • 2.5 铜的平坦化工艺
  • 2.6 本章小结
  • 第3章 电迁移的基本原理和可靠性测试
  • 3.1 电迁移的基本概念
  • 3.2 电迁移的物理机制
  • 3.3 影响铜互连电迁移的因素
  • 3.4 电迁移的测试
  • 3.5 本章小结
  • 第4章 提高电迁移可靠性的工艺优化
  • 4.1 化学机械研磨条件优化
  • 4.2 扩散阻挡层条件优化
  • 4.3 干法刻蚀条件优化
  • 4.4 其他工艺条件的优化
  • 4.5 缺陷对电迁移可靠性的影响
  • 4.6 本章小结
  • 第5章 结论
  • 参考文献
  • 致谢
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