Air-gap銅互連結(jié)構(gòu)熱力學(xué)有限元分析建模與研究.pdf

1、隨著器件的不斷等比例縮小,相對介電常數(shù)低于2.0的超低K(Ultra-Low K)電介質(zhì)材料成為研究熱點。在此背景下,K值最低的材料——空氣(k=1)受到廣泛關(guān)注。將空氣引入銅互連中形成空氣隙(Air Gap)來實現(xiàn)導(dǎo)線之間的絕緣,可以顯著地降低等效介電常數(shù)Keff,但同時也會給互連結(jié)構(gòu)的機械穩(wěn)定性帶來巨大的挑戰(zhàn)。在集成電路制造過程中工藝溫度會發(fā)生變化,由于材料熱力學(xué)性質(zhì)的不同將產(chǎn)生各種熱應(yīng)力,從而引起材料的形變,出現(xiàn)裂縫、分層等缺陷,

2、甚至直接破壞整個互連結(jié)構(gòu)而引發(fā)失效。研究工藝過程中熱應(yīng)力變化的過程,即熱應(yīng)力史,將有助于我們研究熱應(yīng)力對互連結(jié)構(gòu)的影響及其相應(yīng)的解決方案。本文利用有限元分析軟件ANSYS進行熱分析,在掌握有限元分析理論應(yīng)用于分析熱傳導(dǎo)過程原理的基礎(chǔ)上,通過研究制備空氣隙銅互連結(jié)構(gòu)的兩種主流工藝過程——CVD沉積法和熱分解犧牲層法,模擬銅導(dǎo)線上的熱應(yīng)力變化趨勢,并比較兩者的優(yōu)劣,最終發(fā)現(xiàn)互連結(jié)構(gòu)經(jīng)過一系列熱應(yīng)力的循環(huán)往復(fù)作用后,各種材料在不同程度上都具有