Caractérisation électrique de l'endommagement par électromigration des interconnexions en cuivre pour les technologies avancées de la microélectronique

Electrical characterization of electromigration-induced degradation on copper interconnects for advanced microelectronic technologies

• Auteur / Autrice : Lise Doyen
• Direction : Yves Wouters, Lucile Arnaud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Micro et nanoélectronique
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Université Joseph Fourier (Grenoble ; 1971-2015)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microélectronique

Détérioration

Fiabilité

Circuits intégrés

Électrodiffusion

Résumé

La dégradation par électromigration des interconnexions en cuivre damascène est une des principales limitations de la fiabilité des circuits intégrés. Des méthodes de caractérisation complémentaires aux tests de durée de vie, habituellement utilisés, sont nécessaires pour approfondir nos connaissances sur ce phénomène de dégradation. Dans cette étude nous proposons de suivre la croissance par électromigration de la cavité en analysant l'évolution de la résistance de l'interconnexion en fonction du temps. Nous avons, dans un premier temps, étudié les effets de la section de ligne et de la température et, dans un second temps, ceux de la densité de courant et de la longueur de ligne. Nous avons ainsi montré que l'analyse de l'évolution de résistance est une méthode pertinente pour étudier la cinétique de dégradation et en extraire les paramètres caractéristiques tels que l'énergie d'activation du phénomène d'électromigration. Nous avons par ailleurs mis en évidence l'influence de la forme et de la taille de la cavité sur le temps à la défaillance, effet d'autant plus important que la ligne est courte.

Copper interconnect degradation due to electromigration is one of the major concern of integrated circuit reliability. New characterization techniques are needed in addition to the standard lifetime tests, in order to increase our knowledge on this degradation phenomenon. In this study, the growth of electromigration induced voids is followed by analyzing evolution of interconnect resistance with time. Effects of, first, the line cross-section and the temperature and, second, of the current density and the line length, have been investigated. It has thus been shown that resistance evolution analysis is a pertinent method to study degradation kinetics and extract characteristic parameters such as the activation energy of mechanism. Moreover, we have highlighted the influence of the void size and shape on the failure time, particularly important on short lines.