28nm銅互連電容模型及熱處理對互連線的影響.pdf

1、隨著集成電路(Intergrated Circuit: IC)規(guī)模的擴大及技術(shù)節(jié)點的推進,后段制程(Back end of line: BEOL)在整個制造工藝中顯得越發(fā)重要。由互連線產(chǎn)生的互連延遲已成為了影響芯片速度的主要因素,為了降低互連線寄生電容及互連線本身電阻,工程師引入C u/low?κ互連系統(tǒng)。在28nm技術(shù)節(jié)點下,新的制作工藝和技術(shù)的加入,使得原先的電容模型在精度及參數(shù)模擬上不再能很好的滿足工程上的需要。同時由于阻擋層厚度

2、的減小直接影響了器件的可靠性,針對這種情況工程師們展開了很多的研究,其中合金種子層技術(shù)被廣泛的應(yīng)用。
　　本文從28nm技術(shù)節(jié)點下集成電路IC的后道BEOL工藝著手,重點針對28nm節(jié)點下互連線電容的模擬分析及熱處理對互連線的影響進行了探討。我們在參考前人65nm模型的基礎(chǔ)上構(gòu)建了一種28nmBEOL銅互連線結(jié)構(gòu)的電容模型。采用了分解電場來分解電容,然后對各個部分的電容分別進行計算,最后再整合整個電容的方法給出了其二維情況下的基礎(chǔ)

3、電容模型,并在此基礎(chǔ)上討論了過渡層,阻擋層及損傷層等28nm技術(shù)節(jié)點下的技術(shù)創(chuàng)新和新結(jié)構(gòu)對電容的影響。最終得到了一個適用于28nm節(jié)點的電容模型。經(jīng)與專業(yè)仿真軟件Raphael及實際測量值比較,結(jié)果表明我們的模型誤差在2％以內(nèi)且相對于仿真軟件有著速度快、簡潔,易于與現(xiàn)有設(shè)計軟件結(jié)合的優(yōu)勢。運算新模型計算的結(jié)果表明在28nm技術(shù)節(jié)點下,邊緣電容及頂端電容等之前常被簡化或省略的電容部分約占整體電容的30%,成為整體電容中不可忽視的重要部分。

4、新模型可以為工程師在實際的28nm工藝研發(fā)中提供良好的參考依據(jù)。
　　使用CuAl合金做為種子層是常見的合金種子層技術(shù),我們從元素Al的擴散及銅互連線組織兩方面探討了熱處理對互連線的影響。二次離子質(zhì)譜SIMS分析結(jié)果表明,在現(xiàn)有熱處理工藝條件下元素Al會聚集到銅與阻擋層的界面上,并且在銅互連線內(nèi)的濃度基本不變。此種聚集效果能提高銅互連線的抗電遷移能力;互連線晶粒大小會隨關(guān)自身線寬的增大而增大,而熱處理溫度越高,時間越長,其晶粒越大