28nm铜互连电容模型及热处理对互连线的影响

摘要

随着集成电路(Intergrated Circuit: IC)规模的扩大及技术节点的推进,后段制程(Back end of line: BEOL)在整个制造工艺中显得越发重要。由互连线产生的互连延迟已成为了影响芯片速度的主要因素,为了降低互连线寄生电容及互连线本身电阻,工程师引入C u/low?κ互连系统。在28nm技术节点下,新的制作工艺和技术的加入,使得原先的电容模型在精度及参数模拟上不再能很好的满足工程上的需要。同时由于阻挡层厚度的减小直接影响了器件的可靠性,针对这种情况工程师们展开了很多的研究,其中合金种子层技术被广泛的应用。
　　本文从28nm技术节点下集成电路IC的后道BEOL工艺着手,重点针对28nm节点下互连线电容的模拟分析及热处理对互连线的影响进行了探讨。我们在参考前人65nm模型的基础上构建了一种28nmBEOL铜互连线结构的电容模型。采用了分解电场来分解电容,然后对各个部分的电容分别进行计算,最后再整合整个电容的方法给出了其二维情况下的基础电容模型,并在此基础上讨论了过渡层,阻挡层及损伤层等28nm技术节点下的技术创新和新结构对电容的影响。最终得到了一个适用于28nm节点的电容模型。经与专业仿真软件Raphael及实际测量值比较,结果表明我们的模型误差在2％以内且相对于仿真软件有着速度快、简洁,易于与现有设计软件结合的优势。运算新模型计算的结果表明在28nm技术节点下,边缘电容及顶端电容等之前常被简化或省略的电容部分约占整体电容的30%,成为整体电容中不可忽视的重要部分。新模型可以为工程师在实际的28nm工艺研发中提供良好的参考依据。
　　使用CuAl合金做为种子层是常见的合金种子层技术,我们从元素Al的扩散及铜互连线组织两方面探讨了热处理对互连线的影响。二次离子质谱SIMS分析结果表明,在现有热处理工艺条件下元素Al会聚集到铜与阻挡层的界面上,并且在铜互连线内的浓度基本不变。此种聚集效果能提高铜互连线的抗电迁移能力;互连线晶粒大小会随关自身线宽的增大而增大,而热处理温度越高,时间越长,其晶粒越大。互连线电阻率与其晶粒大小密切相关,细小晶粒会增加互连线电阻。

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主要术语及符号说明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 集成电路特点与研究历程

1.3 集成电路铜互连工艺过程

1.4 后道铜互连制程中的挑战

1.5 本文研究背景及研究内容

第二章 实验工艺及分析技术手段

2.1 样品及制备工艺

2.2 样品分析技术手段

第三章 28nm铜互连电容模型的研究

3.1 引言

3.2 28nm模型建立

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第四章 热处理对互连线影响的研究

4.1 引言

4.2 样品设计与制备

4.3 结果与讨论

全文总结

参考文献

致谢

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