Contrôle microstructural du cuivre aux dimensions nanométriques : application à la maîtrise de la résistivité des interconnexions en microélectronique

par Vincent Carreau

Thèse de doctorat en Micro et nanoélectronique

Sous la direction de Yves Bréchet, Sylvain Maitrejean et de Marc Verdier.

Soutenue en 2008

à Grenoble INPG .

mots clés

• Cuivre
• Microélectronique
• Circuits intégrés

Résumé

De part les hautes densités d’intégration atteintes dans les circuits intégrés avancés, les interconnexions ont un rôle de plus en plus important. Lorsque les dimensions critiques des interconnexions sont réduites en deçà des 100nm, on observe une hausse de la résistivité du métal et une diminution de la durée de vie qui se traduisent par une perte de performance. Celle-ci est principalement due à la microstructure du métal dans ces milieux confinés. Cette thèse présente l’étude de la microstructure du cuivre dans les interconnexions. Pour cela, nous avons étudié les évolutions microstructurales de films minces, de lignes étroites et d’architectures damascènes. Nous avons identifié, quantifié et compris certains paramètres majeurs des évolutions microstructurales dans ces milieux confinés tels que la géométrie des lignes, les forces d’ancrage aux interfaces et les évolutions de mobilité des joints de grain. Nous avons ainsi pu proposer des solutions d’optimisation de la microstructure.

Titre traduit

Copper microstructural control at nano scale : application to the resistivity reduction in integrated circuits interconnects

Résumé

Ln integrated circuits, interconnects have a role more and more important since the number components is increasing. When dimensions are of the oroer of tens of nanometres, metal resistivity increases and interconnects reliability decreases. These two phenomenons are partly due to metal microstructure in nano-scale lines. This study deals with the copper microstructure in interconnects. For that, microstructure evolution was studied in thin films, narrow lines and in the Damascene architecture. Relevant microstructure evolution parameters were identified, quantified and understand in these geometries, such as dimensions, pinning forces and grain boundary mobility evolution. Solutions are proposed to optimize microstructure.