超大规模集成电路金属互连线的电迁移过程指示参量研究

通过实验研究分阶段全面描述金属互连电迁移过程的参量集合 ,发现了电阻和金属薄膜电阻的低频涨落在金属互连电迁移演化过程中的变化规律 .实验结果表明 ,将电阻与金属薄膜电阻的低频涨落点功率谱幅值及频率指数 3个指示参数相结合 ,可以明确指示和区分电迁移过程中材料的空位扩散、空洞成核和空洞长大 3个微观结构变化的阶段 .上述 3个参量作为一个集合才能够全面表征金属薄膜电迁移退化的过程 ,在此基础上可望发展新的超大规模集成电路 (VLSI)

多晶硅加热法评价金属互连线电迁移寿命

采用一种新颖的方法——多晶硅加热法评价了金属连线的电迁移(EM)寿命.用该方法得到的结果与传统封装测试法得到的结果进行了对比,两者有相当好的一致性.同时,测试时间不到封装测试的1‰.说明多晶硅加热法是一种非常有效的EM评价方法.由于该方法是晶片级测试,而且测试时间非常短,所以采用这种方法可以实现对金属互连线质量的在线实时监控.

一种采用互连线电容耦合的线计算电路设计

随着集成电路工艺节点的不断推进,互连线间的寄生效应越来越明显。互连线已经成为制约提高芯片计算能力的关键因素之一,考虑将互连线作为逻辑计算的设计方法引起设计者的广泛关注。通过对互连线间电容耦合效应的研究,提出一种采用金属互连线间的确定性信号干扰来进行逻辑计算的电路设计方案。该方案首先分析金属互连线间电容耦合关系,构建电容耦合模型。然后利用纳米金属线构成耦合电容,调节干扰线与受扰线之间的耦合强度以及调整反相器阈值,设计与非、或非、异或、同或逻辑,在此基础上实现互连线电容耦合的3线-8线译码器。最后,采用台积电65 nm互补金属氧化物半导体工艺,Cadence Spectre环境下仿真验证,结果表明所设计的线计算电路功能正确。与台积电65 nm工艺库的标准单元相比,二输入线计算与非门使用的晶体管数量减少25%,二输入线计算同或门的功耗减少29.1%,四输入线计算与非门的面积和功耗延时积分别减少46.4%和55%。因此,线计算逻辑门具有低硬件开销特性,提供了密集实现数字集成电路的新途径,有利于芯片向小型化发展。

化学机械抛光中铜膜厚度电涡流在线测量技术研究

半导体集成电路经过几十年的发展,特征尺寸不断减小,器件的集成度越来越高,促进了制造工艺不断发展。铜化学机械抛光（Cu-CMP）工艺在当前的集成电路金属互连线制造过程中占有重要位置。为了防止抛光过程中对新型软介电材料的损伤,目前的趋势是采用两步抛光工艺。同时,晶圆直径的增大也带来抛光均匀性的问题。

有机介质薄膜-陶瓷异构集成互连技术

介绍了有机介质薄膜-陶瓷异构集成互连技术发展概况,基于陶瓷基板、有机介质薄膜和金属化布线及互连制备工艺,详细阐述了有机介质薄膜-陶瓷异构集成互连中的四种关键技术:陶瓷基板收缩率控制、陶瓷基板表面处理、有机介质薄膜制备和金属化布线及互连。陶瓷基板收缩率控制是通过改善陶瓷基板制备工艺,实现了对陶瓷基板通孔位置的控制,进而使陶瓷基板更好地与薄膜工艺相匹配;陶瓷基板表面处理是利用化学机械抛光(CMP)处理陶瓷基板表面,使基板表面粗糙度和平整度满足有机介质薄膜工艺需求,实现了在陶瓷基板上兼容有机介质薄膜;有机介质薄膜由低介电常数的有机高分子聚合物通过旋涂和烘焙而成,再通过多次薄膜工艺实现了多层有机介质薄膜的制备;金属化布线及互连利用物理气相沉积(PVD)技术制备粘附层金属和导电层金属,实现了介质层金属化布线和层间金属化互连。最后展望了有机介质薄膜-陶瓷异构集成互连技术的发展趋势。

亚微米器件制造技术的发展动态

主要从光刻、隔离。

90nm SOI nMOSFET自加热效应研究

应用超快脉冲I-V测试系统对不同宽长比的90 nm绝缘体上硅(SOI)nMOSFET的自加热效应展开研究,根据瞬态和稳态漏源电流-漏源电压(I_(ds)-V_(ds))特性的对比结果,分析器件受自加热影响的程度。测试结果显示,宽长比为10μm/0.09μm的器件在漏源电压为1.3 V左右时才出现稳态漏源电流比瞬态值明显降低的现象,两者之差随着漏源电压的增加而增加。当漏源电压增至工作电压1.5 V时,瞬态漏源电流比稳态值高3.59%。在栅长相同的条件下,栅宽越短,自加热现象越不明显。进而发现接触孔和金属互连线是器件在测试时快速散热的关键路径,并通过温度分布的仿真结果加以证实。改变器件的环境温度,根据温度与瞬态漏源电流的测试结果计算得到宽长比为10μm/0.09μm的器件在室温条件下的沟道温升为33 K。

双大马士革工艺的发展及挑战

随着CMOS晶体管尺寸不断缩小到次微米级，正如摩尔定律的预测，在高效率、高密度集成电路中的晶体管数量上升到几千万个。这些数量庞大的有源元件的信号集成需要多达八层的高密度金属连线，然而这些金属互连线带来的电阻和寄生电容已经成为限制这种高效集成电路速度的主要因素。基于这个因素的推动，半导体工业从原来的金属铝互连线工艺发展成金属铜互连线，同时低k值材料替代了二氧化硅成为金属层间的绝缘介质。金属铜减少了金属连线层间的电阻，同时增强了电路稳定性；低k值介质则减少了金属连线层之间的寄生电容。

面对新材料的挑战-先进化学机械研磨清洗技术简介

随着半导体制造技术的发展，尤其是随着晶体管线宽尺寸从0．13um到90nm，再到60nm以下，电阻电容延迟对整个器件功能的影响越来越大。为了应对这种影响，新的材料不断得到应用：低电阻的铜代替以前的铝成为新的金属互连线，金属之间的介质材料也从以前的TEOS SiO2到低介电常数的FSG，

集成电路互连铝通孔焦耳热效应的分析与模拟仿真

对超大规模集成电路铝互连系统中的铝通孔电迁移进行了试验分析和模拟。以通孔开路为电迁移失效判据,求出了在加速条件下互连铝通孔的电迁移寿命;基于ANSYS模拟软件平台,对铝通孔电迁移热电耦合效应进行了模拟。仿真结果表明通孔最高温度比环境温度高出9.576K,与通孔自热效应理论模型算出的结果基本一致。考虑该温度修正后通孔电迁移寿命与实际值更接近。该工作对铝通孔电迁移的研究和寿命评价具有重要的实际意义。

电化学纳米印刷术用于制造金属连接件

美国伊里诺伊州立大学的研究人员开发出了简单易行的电化学工艺用于金属互连线及其他纳米结构的直接布线。这种称之为S4技术的工艺，首先用聚焦离子束在冲压模具上刻出所需图形，模具由硫化银之类的超离子材料制成。超离子材料中，金属离子几乎可以在晶格中自由运动。