采用同步辐射源X射线衍射技术原位观测VLSI铝互连线的应力

为研究VLSI金属互连线的应力导致IC器件失效的问题,采用同步辐射源X射线衍射技术,原位测试了VLSI中Al互连线在电迁徙及加热条件下的应力变化.沉积态的Al互连线在室温下为拉应力.退火过程使拉应力逐渐减小,在300～350℃过程中由拉应力转为压应力.在电流密度为(3×105～4×106)A/cm2,275min的电徙动实验过程中,Al互连线阳极端由拉应力转变为压应力,并随后随着电流密度的增加而增加.此外,采用扫描电镜(SEM)观察了Al互连线的电迁徙失效特征及应力释放过程.

铝和铜互连线的晶粒结构及残余应力研究

采用X射线衍射仪和扫描探针显微镜,观察和测量了分别由大马士革工艺制备的Cu互连线和由反应刻蚀工艺制备的Al互连线的晶粒结构和应力状态.大马士革工艺凹槽中的Cu互连线受到机械应力的影响,使Cu互连线的晶粒尺寸（45~65 nm）小于Al互连线的晶粒尺寸（200~300 nm）;Cu互连线（111）的织构强度（2.56）低于Al互连线（111）的织构强度（15.35）;Cu互连线沿线宽方向的应力σ22随线宽的减小而增加,即沉积态和退火态的Cu互连线的σ22由73和254 MPa（4μm线宽）分别增加到104和301 MPa（0.5μm线宽）.Cu互连线和Al互连线的流体静应力σ均为张应力.Al互连线的主应力σ11、σ22和σ33随Al膜厚度的减小而增加.退火使Al互连线的σ11、σ22和σ33降低,表明Al互连线中的残余应力主要为热应力.

A l互连线微结构的EBSD分析与电徙动可靠性

采用电子背散射衍射技术(EBSD),测量了微电子器件中A l互连线的晶粒结构、晶体学取向和晶界特征。A l互连线制备及退火工艺影响着互连线的显微结构和电徙动中值寿命(MTF)。结果表明,退火后晶粒明显长大,晶粒呈近竹节结构,形成很强的{111}织构,并使小角度晶界增加,从而提高了A l互连线的电徙动可靠性。