GaN基芯片上互连线可靠性仿真研究
发布时间：2021-08-25 13:24
氮化镓（GaN）作为第三代半导体材料的代表,因为其出色的性能而受到重视。GaN基芯片时常工作在大电流大电压且高温的条件下,极易引起互连线失效。本文以互连线的失效理论为基础,对GaN基电路上互连线进行了仿真研究。旨在探索互连线中电迁移失效和温度应力失效规律,以解决GaN基芯片上的互连线可靠性问题。本文的仿真工作包括电迁移仿真和温度应力仿真。电迁移仿真主要是对不同通孔结构的互连线进行模拟,然后分析互连线中的电流密度分布以及空位浓度分布。温度应力仿真则是对互连线工作环境的温度变化进行模拟,然后分析温度变化之后互连线中静水应力与等效应力的变化情况。详细成果如下:使用Sentaurus TCAD软件对互连线通孔进行了电迁移仿真。在相同的电流源条件下,研究了通孔直径、不同倒角角度、不同倾斜角度和双通孔结构对互连线可靠性的影响。仿真结果表明:增大通孔直径来降低电流密度的效率最低。倒角,倾斜角和双通孔都能有效减小电流密度,增加互连线的抗电迁移能力。对于互连线通孔底部的空位累积浓度只和通孔底部的直径大小有关,直径越大,累积的浓度就越少,互连线的抗电迁移能力越高。采用Abaqus对具有通孔的互连线进行了温...
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电迁移原理图
响互连线失效的因素有很多，比如：互连线的尺寸、工作温度、互连线中尺寸和结构等[52-55]。（1）互连线长度的影响在早期使用铝作为互连金属的时代，研究者们[56,57]发现铝互连线的中值寿的增加而快速下降。互连线的中值寿命具有如下的特点：MTF = wexp(al) （上式中，A 为一个常数，而 w 是互连线线宽，a 是和互连线尺寸相关的一个述等式可以看出，以铝为材料的互连线是随着线长的增加而寿命越来越小连线可以视作为一个串联系统[58]，这个串联系统由数个长度相等的小互成，这些单元中各自包含一定的缺陷，所以这个串联系统的寿命就取决于严重的那个。互连线的长度越长，就意味着其内包含的单元就越多，所以的寿命就越短。但是当互连线的长度超过一定值时，寿命的减小越来越变最后几乎达到一个稳定值（如图 2.2 所示），这对三种失效模式均适用。MTF
2.3.1 电流拥挤效应在双层且具有通孔的互连结构中，电流拥挤效应是形成电流密度峰值的原因，电流拥挤效应会使电流密度在通孔拐角处上升3倍以上。如图2.3所示，虚线表示电流，在这里之所以不区分方向，是因为无论电流方向是从上往下还是从下往上都会出现这种效应，这是因为电流总是趋向于沿最短路径传输造成的。这种效应会造成拐角处的电流密度变得很高，而远离拐角的角落处电流密度会变得很小。图 2.3 电流拥挤效应[50]前面已经叙述过，电流密度增大会加剧电子风迁移的影响，使质量输运更快。所以降低高电流密度区域的电流峰值是一个十分重要的研究点，改变通孔的几何形状如通孔直径，倒角结构，倾斜角等能够改善电流密度峰值，使其减小。对于金属原子来说
【参考文献】：
期刊论文
[1]Cu互连应力迁移温度特性研究[J]. 吴振宇,杨银堂,柴常春,李跃进,汪家友,刘静. 物理学报. 2009(04)
[2]通孔尺寸对铜互连应力迁移失效的影响[J]. 吴振宇,杨银堂,柴常春,李跃进,汪家友,刘彬. 物理学报. 2008(06)
[3]ULSI中铜互连及其可靠性的研究与进展[J]. 郝跃,邵波涛,马晓华,韩晓亮,王剑屏. 西安电子科技大学学报. 2005(04)
[4]超深亚微米集成电路的铜互连技术布线工艺与可靠性[J]. 杜鸣,郝跃. 西安电子科技大学学报. 2005(01)
博士论文
[1]超深亚微米铜互连的失效机理与可靠性研究[D]. 杜鸣.西安电子科技大学 2010
硕士论文
[1]热应力对铜互连结构可靠性影响的研究[D]. 舒桃林.华南理工大学 2011
[2]超深亚微米集成电路铜互连可靠性研究[D]. 朱琳.西安电子科技大学 2007
本文编号：3362196
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电迁移原理图
响互连线失效的因素有很多，比如：互连线的尺寸、工作温度、互连线中尺寸和结构等[52-55]。（1）互连线长度的影响在早期使用铝作为互连金属的时代，研究者们[56,57]发现铝互连线的中值寿的增加而快速下降。互连线的中值寿命具有如下的特点：MTF = wexp(al) （上式中，A 为一个常数，而 w 是互连线线宽，a 是和互连线尺寸相关的一个述等式可以看出，以铝为材料的互连线是随着线长的增加而寿命越来越小连线可以视作为一个串联系统[58]，这个串联系统由数个长度相等的小互成，这些单元中各自包含一定的缺陷，所以这个串联系统的寿命就取决于严重的那个。互连线的长度越长，就意味着其内包含的单元就越多，所以的寿命就越短。但是当互连线的长度超过一定值时，寿命的减小越来越变最后几乎达到一个稳定值（如图 2.2 所示），这对三种失效模式均适用。MTF
2.3.1 电流拥挤效应在双层且具有通孔的互连结构中，电流拥挤效应是形成电流密度峰值的原因，电流拥挤效应会使电流密度在通孔拐角处上升3倍以上。如图2.3所示，虚线表示电流，在这里之所以不区分方向，是因为无论电流方向是从上往下还是从下往上都会出现这种效应，这是因为电流总是趋向于沿最短路径传输造成的。这种效应会造成拐角处的电流密度变得很高，而远离拐角的角落处电流密度会变得很小。图 2.3 电流拥挤效应[50]前面已经叙述过，电流密度增大会加剧电子风迁移的影响，使质量输运更快。所以降低高电流密度区域的电流峰值是一个十分重要的研究点，改变通孔的几何形状如通孔直径，倒角结构，倾斜角等能够改善电流密度峰值，使其减小。对于金属原子来说
【参考文献】：
期刊论文
[1]Cu互连应力迁移温度特性研究[J]. 吴振宇,杨银堂,柴常春,李跃进,汪家友,刘静. 物理学报. 2009(04)
[2]通孔尺寸对铜互连应力迁移失效的影响[J]. 吴振宇,杨银堂,柴常春,李跃进,汪家友,刘彬. 物理学报. 2008(06)
[3]ULSI中铜互连及其可靠性的研究与进展[J]. 郝跃,邵波涛,马晓华,韩晓亮,王剑屏. 西安电子科技大学学报. 2005(04)
[4]超深亚微米集成电路的铜互连技术布线工艺与可靠性[J]. 杜鸣,郝跃. 西安电子科技大学学报. 2005(01)
博士论文
[1]超深亚微米铜互连的失效机理与可靠性研究[D]. 杜鸣.西安电子科技大学 2010
硕士论文
[1]热应力对铜互连结构可靠性影响的研究[D]. 舒桃林.华南理工大学 2011
[2]超深亚微米集成电路铜互连可靠性研究[D]. 朱琳.西安电子科技大学 2007
本文编号：3362196
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