Analyse mécanique et microstructurale d'interconnexions électriques en tungstène destinées à la microélectronique

Mechanical and microstructural analysis of electrical tungsten interconnections applied to microelectronic devices

• Auteur / Autrice : Laurent Maniguet
• Direction : Michel Ignat, Michel Dupeux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et Génie des matériaux
• Date : Soutenance en 1995
• Etablissement(s) : Grenoble INPG

Mots clés

Mots clés libres

Sciences appliquees

Electronique

Etude experimentale

Interconnexion

Microelectronique

Tungstene

Nc

Propriete mecanique

Contrainte residuelle

Microstructure

Fiabilite

Circuit integre

Depot chimique phase vapeur

Diffraction rx

Modelisation

Verification experimentale

Facteur geometrique

Experimental study

Interconnection

Microelectronics

Tungsten

Nc

Mechanical properties

Residual stress

Microstructure

Reliability

Integrated circuit

Chemical vapor deposition

X ray diffraction

Modeling

Experimental test

Geometrical factor

Résumé

Les films minces de tungstene deposes par voie chimique en phase vapeur et utilises en microelectronique comme materiau d'interconnexion peuvent etre le siege de contraintes residuelles elevees qui sont susceptibles d'endommager les circuits integres. L'objectif de ce travail est de mieux comprendre les proprietes mecaniques et microstructurales des films uniformes, des lignes d'interconnexion passivees et non passivees et des plots d'interconnexion en tungstene. Les contraintes residuelles presentes au sein de ces structures ont ete determinees experimentalement par des mesures de rayon de courbure et par diffraction des rayons x. Les proprietes microstructurales ont ete caracterisees par microscopie electronique a balayage, par microscopie a force atomique, par des mesures de resistivite electrique et par diffraction de rayons x. Le niveau des contraintes intrinseques dans les films de tungstene depend des conditions operatoires de depot (temperature et vitesse de depot). Les principaux modeles qui rendent compte de l'apparition des contraintes intrinseques en tension ont ete appliques a nos systemes. Un modele base sur un processus de diffusion atomique en surface semble le plus prometteur pour quantifier les contraintes intrinseques. Toutefois, il n'existe pas a l'heure actuelle de modele permettant d'expliquer l'ensemble des resultats experimentaux. La determination des contraintes residuelles dans les interconnexions a permis de comprendre l'evolution du champ de contraintes et de deformations en fonction de la nature et de la geometrie des structures. Des solutions analytiques et numeriques, adaptees a la specificite des systemes, ont ete developpees pour calculer le champ des contraintes residuelles. Les resultats de la modelisation sont confrontes aux valeurs experimentales des contraintes residuelles. Ces calculs permettent d'expliquer l'evolution des contraintes residuelles en fonction de la geometrie des interconnexions