VLSI銅互連可靠性TDDB特性及其壽命評估模型研究.pdf

1、隨著超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，特征尺寸不斷減小，RC延遲取代門延遲成為制約電路發(fā)展的主要瓶頸。在這種情況下，銅互連代替鋁互連成為集成電路深亞微米工藝中的關(guān)鍵技術(shù)，但是由于工藝的不同，使得銅互連與鋁互連相比，出現(xiàn)了許多新的可靠性問題。 在各種可靠性問題中，隨著特征尺寸的減小、互連線內(nèi)部電場強(qiáng)度不斷增大以及低k介質(zhì)材料的應(yīng)用，時間相關(guān)介質(zhì)擊穿（TDDB）問題逐漸成為最嚴(yán)重的可靠性問題之一。由于銅互連和鋁互連材料特性的不同，使得銅互連雙

2、大馬士革結(jié)構(gòu)中必須添加阻擋層，而阻擋層的存在使得銅互連中的TDDB退化和鋁互連中未添加阻擋層時有很大的不同。傳統(tǒng)的TDDB失效機(jī)制不再適用。本文分析了加入了阻擋層的TDDB退化現(xiàn)象，建立了新的銅互連TDDB退化的物理模型。并且在該模型的基礎(chǔ)上求解得到了更加精確的銅互連TDDB的壽命評估模型。本文所建立的壽命評估模型在考慮了電場、溫度和互連線間距的影響作用下，引入了全新的電場加速因子，通過對比在SiOx和SiNx介質(zhì)中TDDB失效時間對溫

3、度變化曲線，本文建立的模型所預(yù)測的TDDB壽命可以非常好的與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的結(jié)果相符合。并且，通過和E模型的對比發(fā)現(xiàn)，在高電場強(qiáng)度（10MV/cm）的情況下，在SiOx介質(zhì)層中，E模型的壽命大約低估了40%。 此外，在本文所建立的TDDB退化模型中，將互連間距L引入電場加速因子使得互連線的可靠性問題需要重新審視，加入的互連間距L使TDDB壽命的預(yù)測變得更加準(zhǔn)確。通過模型的計(jì)算，從理論上得到70nm這樣一個可能引發(fā)TDDB可靠性嚴(yán)重問題