Thèse soutenue

Analyse du comportement d'interconnexions damascènes en cuivre testées en électromigrations

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Auteur / Autrice : Thierry Berger
Direction : Gérard Lormand
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Génie des Matériaux
Date : Soutenance en 2001
Etablissement(s) : Lyon, INSA
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne ; 1991-....)

Mots clés

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Mots clés contrôlés

Résumé

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L'augmentation de la vitesse de fonctionnement des circuits intégrés conduit à remplacer les interconnexions en aluminium gravé par des interconnexions en cuivre réalisées à l'aide du procédé damascène. L'électro-migration, transport de matière induit par le passage d'un courant électrique, reste le mode de défaillance qui contrôle la f1abilité de ces nouvelles interconnexions. Cette fiabilité a été étudiée à l'aide de tests peu accélérés sur des dispositifs placés en étuve et de tests fortement accélérés réalisés directement sur les interconnexions. En termes de fiabilité, le gain substantiel apporté par les interconnexions en cuivre dépend fortement de la technique de dépôt mise en œuvre et de la nature des barrières de diffusion qui empêchent le cuivre de diffuser vers le substrat de silicium. Au cours de cette étude les résultats obtenus lors des tests très accélérés sont apparus cohérents avec ceux effectués en étuve. Pour les lignes polycristallines, les énergies d'activation des processus de transport évaluées sur l'ensemble des métallurgies testées sont substantiellement plus faibles que celles citées en référence pour l'autodiffusion du cuivre aux joints de grains. Une analyse approfondie des défaillances permet cependant de montrer le rôle actif de la diffusion aux joints de grains dans le processus de dégradation de ces • interconnexions. Pour les lignes de type « bambou » (largeur de ligne inférieure à la taille de grains), le mécanisme' de transport prépondérant est la diffusion à l'interface cuivre/passivation. La texture des interconnexions en cuivre damascène est beaucoup plus complexe que celle des interconnexions en aluminium gravé ; toutefois la fiabilité des interconnexions testées est, au premier ordre, indépendante de cette texture. L'observation systématique d'extrusions de matière présentant une forme singulière en ailes de papillons tt nécessitera dans l'avenir des études approfondies pour une meilleure compréhension de ce mode de défaillance.