Cu互连中应力诱生空洞的有限元分析

采用有限元分析方法模拟铜互连系统中的热应力分布,模拟了在铜互连不同位置处应力诱生空洞前后应力的分布及其变化,研究互连中应力诱生空洞可能的生长位置及其几何形状。结果表明,互连中的应力分布呈明显的各向异性,水平方向上的应力梯度显著大于垂直方向。互连系统中的张应力在M1顶端通孔两侧出现极大值。在M1顶端通孔两侧的空洞生长可以有效释放互连张应力,且随着空洞尺寸的增大张应力不断减小甚至发生向压应力的转变。从能量角度分析,应力诱生空洞释放的应变能提供了空洞在生长过程中克服能量势垒所需要的能量。模拟结果表明,椭圆空洞在生长过程释放更多的弹性能,空洞在生长过程中逐渐由圆形向椭圆转变,更有利于空洞的生长。

基于微观结构的Cu互连电迁移失效研究

提出了一种基于微观晶粒尺寸分布的Cu互连电迁移失效寿命模型.结合透射电子显微镜和统计失效分析技术。研究了Cu互连电迁移失效尺寸缩小和临界长度效应及其物理机制.研究表明,当互连线宽度减小,其平均晶粒尺寸下降并导致互连电迁移寿命降低.小于临界长度的互连线无法提供足够的空位使得铜晶粒耗尽而发生失效.当互连长度大于该临界长度时,在整个电迁移测试时间内,部分体积较小的阴极端铜晶粒出现耗尽情况.随着互连长度的增加该失效比例迅速增大,电迁移失效寿命减小.当互连长度远大于扩散长度时,失效时间主要取决于铜晶粒的尺寸,且失效寿命和比例随晶粒尺寸变化呈现饱和的波动状态.