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基于微观结构的Cu互连电迁移失效研究

吴振宇 杨银堂 柴常春 刘莉 彭杰 魏经天

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基于微观结构的Cu互连电迁移失效研究

吴振宇, 杨银堂, 柴常春, 刘莉, 彭杰, 魏经天

A microstructure-based study on electromigration in Cu interconnects

Wu Zhen-Yu, Yang Yin-Tang, Chai Chang-Chun, Liu Li, Peng Jie, Wei Jing-Tian
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  • 提出了一种基于微观晶粒尺寸分布的Cu互连电迁移失效寿命模型. 结合透射电子显微镜和统计失效分析技术, 研究了Cu互连电迁移失效尺寸缩小和临界长度效应及其物理机制. 研究表明, 当互连线宽度减小, 其平均晶粒尺寸下降并导致互连电迁移寿命降低. 小于临界长度的互连线无法提供足够的空位使得铜晶粒耗尽而发生失效. 当互连长度大于该临界长度时, 在整个电迁移测试时间内, 部分体积较小的阴极端铜晶粒出现耗尽情况. 随着互连长度的增加该失效比例迅速增大, 电迁移失效寿命减小. 当互连长度远大于扩散长度时, 失效时间主要取决于铜晶粒的尺寸, 且失效寿命和比例随晶粒尺寸变化呈现饱和的波动状态.
    A microstructure-based electromigration model of Cu interconnects is proposed. Mechanisms of scaling and critical length effects of Cu electromigration are studied by transmission electron microscopy and statistical failure analysis. The results show that the lifetime of electromigration is reduced with Cu grain size decreasing when the width of interconnect is scaled down. Electromigration failure is not observed when the interconnect length is smaller than the critical length due to insufficient vacancies for voiding the whole Cu grains. Some small grains are vacated at the cathode end when the interconnect length is larger than the critical length during the testing. The proportion of failures increases and the lifetime decreases with interconnect length increasing. The failure time is dependent mainly on Cu grain size, and the failure lifetime and failure proportion fluctuate with grain size varying when the interconnect length is beyond the diffusion length.
    • 基金项目: 国家自然科学基金青年科学基金(批准号: 60806034)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the Young Scientists Fund of the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 60806034).
    [1]

    Rosenberg R, Edelstein D C, Hu C K, Rodbell K P 2000 Annu. Rev. Mater. Sci. 30 229

    [2]

    Tu K N 2003 J. Appl. Phys. 94 5451

    [3]

    Hau-Riege C S 2004 Microelectron. Reliab. 44 195

    [4]

    Hu C K, Gignac L, Rosenberg R 2006 Microelectron. Reliab. 46 213

    [5]

    Hau-Riege C S, Thompson C V 2001 Appl. Phys. Lett. 78 3451

    [6]

    Hu C K, Gignac L, Rosenberg R, Liniger E, Rubino J, Sambucetti C, Stamper A, Domenicucci A, Chen X 2003 Microelectron. Eng. 70 406

    [7]

    Chai Y, Chan P C H, Fu Y Y, Chuang Y C, Liu C Y 2008 IEEE Elec. Dev. Lett. 29 1001

    [8]

    Ogawa E T, Bierwag A J, Lee K D, Matsuhashi H, Justison P R, Ramamurthi A N, Ho P S, Blaschke V A, Griffiths D, Nelsen A, Breen M, Havemann R H 2001 Appl. Phys. Lett. 78 2652

    [9]

    Tu K N, Yeh C C, Liu C Y, Chen C 2001 Appl. Phys. Lett. 76 988

    [10]

    Shao W, Vairagara A V, Tung C H, Xie Z L, Krishnamoorthy A, Mhaisalkar S G 2005 Surf. Coat. Technol. 198 257

    [11]

    Wu W, Yuan J S, Kang S H, Oates A S 2001 Solid State Electron. 45 2051

    [12]

    Korhonen M A, B?rgesen P, Tu K N, Li C Y 1993 J. Appl. Phys. 73 3790

    [13]

    Korhonen M A, B?rgesen P, Brown D D, Li C Y 1993 J. Appl. Phys. 74 4995

    [14]

    Lin M H, Chang K P, Su K C, Wang T H 2007 Microelectron. Reliab. 47 2100

    [15]

    Nelson W 1982 Applied Life Data Analysis (New York:Wiley)

    [16]

    Vairagar A V, Mhaisalkar S G, Krishnamoorthy A 2004 Microelectro. Reliab. 44 747

    [17]

    Blech I A 1976 J. Appl. Phys. 47 1203

    [18]

    Lee K D, Ogawa E T, Matsuhashi H, Justison P R, Ko K S, Ho P S, Blaschke V A 2001 Appl. Phys. Lett. 79 3236 018501-5

  • [1]

    Rosenberg R, Edelstein D C, Hu C K, Rodbell K P 2000 Annu. Rev. Mater. Sci. 30 229

    [2]

    Tu K N 2003 J. Appl. Phys. 94 5451

    [3]

    Hau-Riege C S 2004 Microelectron. Reliab. 44 195

    [4]

    Hu C K, Gignac L, Rosenberg R 2006 Microelectron. Reliab. 46 213

    [5]

    Hau-Riege C S, Thompson C V 2001 Appl. Phys. Lett. 78 3451

    [6]

    Hu C K, Gignac L, Rosenberg R, Liniger E, Rubino J, Sambucetti C, Stamper A, Domenicucci A, Chen X 2003 Microelectron. Eng. 70 406

    [7]

    Chai Y, Chan P C H, Fu Y Y, Chuang Y C, Liu C Y 2008 IEEE Elec. Dev. Lett. 29 1001

    [8]

    Ogawa E T, Bierwag A J, Lee K D, Matsuhashi H, Justison P R, Ramamurthi A N, Ho P S, Blaschke V A, Griffiths D, Nelsen A, Breen M, Havemann R H 2001 Appl. Phys. Lett. 78 2652

    [9]

    Tu K N, Yeh C C, Liu C Y, Chen C 2001 Appl. Phys. Lett. 76 988

    [10]

    Shao W, Vairagara A V, Tung C H, Xie Z L, Krishnamoorthy A, Mhaisalkar S G 2005 Surf. Coat. Technol. 198 257

    [11]

    Wu W, Yuan J S, Kang S H, Oates A S 2001 Solid State Electron. 45 2051

    [12]

    Korhonen M A, B?rgesen P, Tu K N, Li C Y 1993 J. Appl. Phys. 73 3790

    [13]

    Korhonen M A, B?rgesen P, Brown D D, Li C Y 1993 J. Appl. Phys. 74 4995

    [14]

    Lin M H, Chang K P, Su K C, Wang T H 2007 Microelectron. Reliab. 47 2100

    [15]

    Nelson W 1982 Applied Life Data Analysis (New York:Wiley)

    [16]

    Vairagar A V, Mhaisalkar S G, Krishnamoorthy A 2004 Microelectro. Reliab. 44 747

    [17]

    Blech I A 1976 J. Appl. Phys. 47 1203

    [18]

    Lee K D, Ogawa E T, Matsuhashi H, Justison P R, Ko K S, Ho P S, Blaschke V A 2001 Appl. Phys. Lett. 79 3236 018501-5

  • [1] 李哲夫, 贾彦彦, 刘仁多, 徐玉海, 王光宏, 夏晓彬, 沈卫祖. 质子辐照对永磁合金微观结构演化的研究. 物理学报, 2018, 67(1): 016104. doi: 10.7498/aps.67.20172025
    [2] 段芳莉, 王明, 刘静. 摩擦导致的聚合物表层微观结构改变. 物理学报, 2015, 64(6): 066801. doi: 10.7498/aps.64.066801
    [3] 唐杰, 杨梨容, 王晓军, 张林, 魏成富, 陈擘威, 梅杨. 高压对大块(PrNd)xAl0.6Nb0.5Cu0.15B1.05Fe97.7-x合金微观结构和性能的影响. 物理学报, 2012, 61(24): 240701. doi: 10.7498/aps.61.240701
    [4] 吴振宇, 董嗣万, 刘毅, 柴常春, 杨银堂. 铜互连电迁移失效阻变特性研究. 物理学报, 2012, 61(24): 248501. doi: 10.7498/aps.61.248501
    [5] 何亮, 杜磊, 黄晓君, 陈华, 陈文豪, 孙鹏, 韩亮. 金属互连电迁移噪声的非高斯性模型研究. 物理学报, 2012, 61(20): 206601. doi: 10.7498/aps.61.206601
    [6] 黄明亮, 陈雷达, 周少明, 赵宁. 电迁移对Ni/Sn3.0Ag0.5Cu/Au/Pd/Ni-P倒装焊点界面反应的影响. 物理学报, 2012, 61(19): 198104. doi: 10.7498/aps.61.198104
    [7] 陆裕东, 何小琦, 恩云飞, 王歆, 庄志强. 倒装芯片上金属布线/凸点互连结构中原子的定向扩散. 物理学报, 2010, 59(5): 3438-3444. doi: 10.7498/aps.59.3438
    [8] 陆裕东, 何小琦, 恩云飞, 王歆, 庄志强. Sn3.0Ag0.5Cu倒装焊点中的电迁移. 物理学报, 2009, 58(3): 1942-1947. doi: 10.7498/aps.58.1942
    [9] 范鲜红, 陈 波, 关庆丰. 质子辐照对纯铝薄膜微观结构的影响. 物理学报, 2008, 57(3): 1829-1833. doi: 10.7498/aps.57.1829
    [10] 何 亮, 杜 磊, 庄奕琪, 李伟华, 陈建平. 金属互连电迁移噪声的多尺度熵复杂度分析. 物理学报, 2008, 57(10): 6545-6550. doi: 10.7498/aps.57.6545
    [11] 杨海波, 胡 明, 张 伟, 张绪瑞, 李德军, 王明霞. 基于纳米压痕法的多孔硅硬度及杨氏模量与微观结构关系研究. 物理学报, 2007, 56(7): 4032-4038. doi: 10.7498/aps.56.4032
    [12] 徐锦锋, 代富平, 魏炳波. 急冷条件下Cu-Pb偏晶合金的相分离研究. 物理学报, 2007, 56(7): 3996-4003. doi: 10.7498/aps.56.3996
    [13] 陈春霞, 杜 磊, 何 亮, 胡 瑾, 黄小君, 卫 涛. 金属互连电迁移噪声的分形特征. 物理学报, 2007, 56(11): 6674-6679. doi: 10.7498/aps.56.6674
    [14] 何 亮, 杜 磊, 庄奕琪, 陈春霞, 卫 涛, 黄小君. 金属互连电迁移噪声的相关维数研究. 物理学报, 2007, 56(12): 7176-7182. doi: 10.7498/aps.56.7176
    [15] 张文杰, 易万兵, 吴 瑾. 铝互连线的电迁移问题及超深亚微米技术下的挑战. 物理学报, 2006, 55(10): 5424-5434. doi: 10.7498/aps.55.5424
    [16] 冯文然, 阎殿然, 何继宁, 陈光良, 顾伟超, 张谷令, 刘赤子, 杨思泽. 反应等离子喷涂纳米TiN涂层的显微硬度及微观结构研究. 物理学报, 2005, 54(5): 2399-2402. doi: 10.7498/aps.54.2399
    [17] 关庆丰, 安春香, 秦 颖, 邹建新, 郝胜志, 张庆瑜, 董 闯, 邹广田. 强流脉冲电子束应力诱发的微观结构. 物理学报, 2005, 54(8): 3927-3934. doi: 10.7498/aps.54.3927
    [18] 宗兆翔, 杜 磊, 庄奕琪, 何 亮, 吴 勇. 超大规模集成电路互连电迁移自由体积电阻模型. 物理学报, 2005, 54(12): 5872-5878. doi: 10.7498/aps.54.5872
    [19] 潘梦霄, 曹兴忠, 李养贤, 王宝义, 薛德胜, 马创新, 周春兰, 魏 龙. 氧化钒薄膜微观结构的研究. 物理学报, 2004, 53(6): 1956-1960. doi: 10.7498/aps.53.1956
    [20] 杜磊, 庄奕琪, 薛丽君. 金属薄膜电迁移1/f噪声与1/f2噪声统一模型. 物理学报, 2002, 51(12): 2836-2841. doi: 10.7498/aps.51.2836
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出版历程
  • 收稿日期:  2011-02-10
  • 修回日期:  2011-04-21
  • 刊出日期:  2012-01-05

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