ULSI铜互连线微结构与应力及其对电徙动影响的研究

摘要

该论文主要研究了ULSI中铜互连线的微观结构和应力及其对与电徙动MTF的影响.采用AFM、SEM和TEM测评晶粒结构.受到凹槽侧壁形核的影响,沉积态铜互连线随线宽的增加,平均晶粒尺寸从20~30nm增至80~90nm,铜膜晶粒尺寸约为300nm;3μm铜互连线的中间区域晶粒尺寸小于侧壁处晶粒尺寸;退火后,铜互连线晶粒长大,而且晶粒长大程度随线宽的增加而增加.利用XRD和EBSD测量了铜互连线的晶体学取向,沉积态铜互连线的(111)织构明显弱于沉积态铜膜;300℃、30min退火后,铜互连线(111)织构增强;Cu晶粒明显长大和应变能最小化使得铜互连线和铜膜分别经过较高温度400℃和450℃、1h退火后,(111)织构并未发展.通过SIMS和AES分析SiON和Ta扩散阻挡层,结果显示两种阻挡层均可以有效防止铜向SiO<,2>层扩散.二维面探测XRD结果表明沉积态铜互连线中存在拉应力,其主要由热应力产生.200℃退火后,铜互连线拉应力得到松弛.1、2和4μm宽铜互连线MTF随着线宽的增加而增加.由于退火后,铜互连线晶粒长大和(111)织构增强,其MTF和激活能高于沉积态样品.4μm铜互连线电徙动失效的主要原因是铜沿晶界的扩散;随着线宽的降低,铜沿着侧壁Cu/Ta/SiO<,2>界面扩散成为1和2μm铜互连线电徙动失效的主要途径.

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1研究背景

1.1.1铝互连技术

1.1.2铜互连技术

1.2本论文研究内容

第2章实验样品制备

第3章实验方法

3.1铜互连线微观结构分析

3.1.1铜互连线形貌和晶粒尺寸的观测

3.1.2铜互连线晶体学取向分析

3.2铜互连线界面扩散分析

3.3铜互连线应力分析

3.4铜互连线电徙动加速寿命实验

3.4.1电徙动理论

3.4.2电徙动实验方案

第4章实验结果与讨论

4.1铜互连线微观结构的研究

4.1.1晶粒结构

4.1.2晶体学取向

4.1.3 Ta和SiON扩散阻挡层

4.2铜互连线应力的研究

4.3铜互连线电徙动的研究

4.3.1实验结果

4.3.2失效机理

结论

参考文献