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ULSI铜互连中电迁移可靠性研究及其工艺整合优化

杨荣华  
【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。


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