VLSI中互連線的電熱應(yīng)力及可靠性的研究.pdf

1、本論文主要研究了VLSI中微米特征尺寸Al互連線在電熱條件、互連線制備和隨后的熱循環(huán)過(guò)程中的應(yīng)力分布；得出了互連線應(yīng)力狀態(tài)隨電流密度、溫度、鈍化層材料、熱循環(huán)過(guò)程等的變化關(guān)系。考察了互連線末端及通孔結(jié)構(gòu)對(duì)互連線的電遷移壽命的影響。 采用薄膜應(yīng)力測(cè)試儀測(cè)量了不同鈍化層作用下鋁膜的應(yīng)力，研究鈍化層材料對(duì)金屬膜應(yīng)力的影響，并考察了薄膜應(yīng)力隨時(shí)間的變化。 采用二維面探測(cè)器XRD，原位測(cè)量了Al互連線的殘余應(yīng)力。沉積態(tài)的0.5μm

2、-Al和1μm-Al互連線的應(yīng)力分別為244.2MPa和158.0MPa，均為拉應(yīng)力。Al互連線沿長(zhǎng)度方向應(yīng)力明顯高于寬度方向應(yīng)力，互連線表面法線方向的應(yīng)力值則最小。 采用同步輻射源XRD，原位測(cè)量了退火前后互連線中平面應(yīng)力及在不同溫度下的平面熱應(yīng)力。通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)0.5μm-Al和1μm-Al互連線退火后熱應(yīng)力明顯下降；在室溫～300℃范圍，Al互連線表現(xiàn)為拉應(yīng)力狀態(tài)。在300～350℃之間，由49.4MPa的拉應(yīng)力轉(zhuǎn)變?yōu)?16

3、.6MPa的壓應(yīng)力。Al互連線的熱應(yīng)力隨溫度的上升基本呈線性變化。 在電遷移實(shí)驗(yàn)中，采用同步輻射源XRD測(cè)量了電遷移前后互連線的應(yīng)力分布，得出在互連線方向上從陽(yáng)極端到陰極端存在應(yīng)力梯度，且隨電流密度的增大互連線陽(yáng)極端應(yīng)力由張應(yīng)力變?yōu)閴簯?yīng)力，并驗(yàn)證了電遷移失效后的回流效應(yīng)。同時(shí)利用AFM、SEM等對(duì)互連線的微結(jié)構(gòu)進(jìn)行了觀察，驗(yàn)證測(cè)量結(jié)果。 通過(guò)設(shè)計(jì)不同的互連線末端及通孔結(jié)構(gòu)并進(jìn)行電遷移實(shí)驗(yàn)，考察“蓄水池”面積、通孔位置、數(shù)