Caractérisation et modélisation thermomécanique des couches d’interconnexions dans les circuits sub-microélectroniques

Characterization and thermomechanical modeling of interconnects in submicroelectronic circuits

• Auteur / Autrice : Nathalie Cherrault
• Direction : Jacques Besson, Marie-Hélène Berger
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et génie des matériaux
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Paris, ENMP

Mots clés

Mots clés contrôlés

Diélectriques

Microélectronique

Mots clés libres

Microélectronique

Mécanique

Résumé

Le cuivre et des diélectriques à faible permittivité, appelés diélectriques « low-k », ont remplacé l’aluminium et l’oxyde de silicium dans les interconnexions afin de diminuer le temps de réponse des circuits submicroniques. Cependant, les problèmes de fiabilité mécanique risquent d’augmenter. Il est nécessaire de comprendre le comportement de ces structures lors de sollicitations thermomécaniques. Ce travail repose sur un couplage entre la modélisation par éléments finis, des caractérisations mécaniques et des analyses microstructurales. Les caractéristiques mécaniques de films diélectriques ont été déterminées. La tenue mécanique des différentes interfaces a été mesurée. Un modèle par éléments finis a été développé afin d’évaluer les contraintes thermomécaniques dans les interconnexions. La loi de comportement des différents films a été déterminée. Une modélisation séquentielle a permis de prendre en compte le procédé de fabrication des interconnexions.

The introduction of copper and low-k dielectric materials in interconnects, to replace aluminium and SiO2, enables to reduce the RC delay and to improve the performance of submicron circuits. However, it is accompanied by an increase in mechanical reliability risks. A thorough understanding of the thermomechanical behavior of the backend structure is therefore essential. This study is done by coupling finite element modeling with mechanical and microstructural characterization. Mechanical properties of dielectric films have been measured. Interfacial adhesion of films has been studied. A finite element model has been developed to evaluate thermomechanical stresses in interconnects. The constitutive equation of all the materials has been extracted. A sequential process modeling technique has been used to simulate the process steps involved during the manufacturing process.