集成電路銅互連熱應(yīng)力仿真分析研究.pdf

1、隨著集成電路發(fā)展到深亞微米技術(shù)時代，Cu/Low-k互連已經(jīng)取代了Al/SiO2互連，銅互連是決定集成電路性能、可靠性、生產(chǎn)率和成本的重要因素。然而，銅互連的可靠性問題直接影響著芯片的集成度、器件密度、時鐘頻率以及功耗而成為人們關(guān)心的主要問題，尤其是應(yīng)力遷移的可靠性問題已經(jīng)成為銅制程中嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。
　　 本文采用ANSYS有限元分析軟件，建立三維(3D)有限元模型來分析Cu互連系統(tǒng)的熱應(yīng)力分布。在此基礎(chǔ)上，解釋不同的結(jié)構(gòu)和不同的

2、材料對銅互連熱應(yīng)力特性的影響。首先，通過改變銅互連線的阻擋層的材料以及阻擋層的厚度，對比分析阻擋層材料對銅互連熱應(yīng)力的影響，其次，分析了不同電介質(zhì)材料對銅互連熱應(yīng)力的影響。最后，研究新工藝銅互連結(jié)構(gòu)對熱應(yīng)力的影響。通過本文的研究，結(jié)果可為應(yīng)力遷移的改善提供參考依據(jù)，用來指導(dǎo)電路的版圖設(shè)計。
　　 仿真結(jié)果表明：與TaN相比，ZrN作為銅互連線的阻擋層材料更具有優(yōu)越性，銅互連結(jié)構(gòu)的熱應(yīng)力降低，而銅互連線中熱應(yīng)力隨著阻擋層厚度的增加

3、而增加，研究了不同電介質(zhì)層結(jié)構(gòu)Cu/SiLK和Cu/TEOS中阻擋層厚度對銅導(dǎo)線熱應(yīng)力的影響，更深入研究了底部阻擋層和側(cè)壁阻擋層中的應(yīng)力的分布情況。用以高分子聚合物為基礎(chǔ)的low-k電介質(zhì)材料取代傳統(tǒng)的SiOX，銅互連線的張應(yīng)力明顯降低。通過對電介質(zhì)材料的參數(shù)性能進行分析，說明在一定的限制內(nèi)，降低low-k材料的熱膨脹系數(shù)CTE(Cofficient ofThermal Expansion)或者提高low-k材料的楊氏模量都可以有效的緩