蓄水池结构对Cu互连线电迁移寿命的影响

发布时间：2021-08-21 08:37

　　集成电路特征尺寸的逐渐缩小带来了日益严峻的Cu互连线电迁移可靠性问题。为了改善40 nm和55 nm制程下Cu互连线的抗电迁移能力,基于加速寿命试验与失效分析的方法,研究了蓄水池结构对Cu互连线电迁移寿命的影响。研究结果表明,采用蓄水池配置方式的蓄水池结构,通过对通孔底部附近的空洞起着补充作用而在一定范围内提高了Cu互连线的电迁移寿命,改善了试验样品的双模对数正态失效分布现象,提高了试验样品电迁移寿命的一致性。此外,蓄水池结构的补充效果在蓄水池结构的长度达到一个临界值时效果最佳。以上研究结果对于Cu制程电迁移可靠性的改善具有一定的参考价值。 

【文章来源】：半导体技术. 2020,45(04)北大核心

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

55 nm制程V1D结构的中值失效时间与对数标准

图1为一个两端带有通孔的金属互连线模型,图中L为金属互连线的长度,电子e-从a端流向b端。在EM过程中,a端由于金属离子的迁移将导致该端的张力/拉应力不断增强,与此同时b端的累积压应力也会不断增强。这种应力梯度的建立会产生与电子流相反的背应力又称回流应力[7]。当a端的张力达到关键应力时,这种情况称为空洞成核。通常用一维情况下的Korhonen"s方程[8]来描述这种情况的应力变化,即

图2为Cu双大马士革互连布线工艺的横截面示意图。当电子流的方向如图2所示从右往左时,若下层Cu互连线为待测金属互连线,这种测试结构称为顺流结构。相反地,若上层Cu互连线为待测金属互连线,则称为逆流结构。在实际的EM失效试验中,工业上通常用一个固定电阻漂移系数作为EM失效的判断依据。研究显示[10],由于Cu制程本身的工艺因素影响,导致在EM试验中样品的失效分布通常会呈现出双模对数正态分布的特征,出现两种失效类型,即早期失效与晚期失效。图3为样品失效时间(tF)的双模对数正态分布现象。图中F为失效样本点对应的累计失效概率。在透射电子显微镜(TEM)下发现,对于顺流结构中呈现早期失效类型的样品,空洞的位置一般出现在通孔的正下方或者靠近通孔底部不远处,这是因为扩散阻挡层的存在阻碍了Cu 离子的流动,使Cu 离子通量在通孔底部发生较大变化,导致空洞成核。而逆流结构的早期失效样品中空洞位置通常位于通孔内部。

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于微观结构的Cu互连电迁移失效研究[J]. 吴振宇,杨银堂,柴常春,刘莉,彭杰,魏经天.  物理学报. 2012(01)
[2]多层金属化系统中的蓄水池效应[J]. 李秀宇,吴月花,李志国,郭春生,刘朋飞,朱春节.  半导体技术. 2007(04)
[3]集成电路互连引线电迁移的研究进展[J]. 吴丰顺,张金松,吴懿平,郑宗林,王磊,谯锴.  半导体技术. 2004(09)



本文编号：3355266