超声表面波技术表征ULSI互连薄膜特性与数值算法的研究

摘要

随着半导体技术的不断发展,集成电路的特征尺寸不断减小。当半导体工艺进入深亚微米时代,集成电路的互连RC延迟、串扰等成为制约集成电路性能的重要因素。Cu/low-k互连工艺取代传统的Al/SiO2互连,缓解了互连延迟和串扰等问题。low-k材料的机械特性严重影响low-k材料在互连布线系统中的应用,因此 low-k材料的机械特性引起了广泛的关注。声表面波(SAWs)技术通过将理论频散曲线与实验频散曲线匹配确定薄膜材料的机械特性,与传统检测技术相比声表面波具有无损、快速、准确等特性,是一种很好的检测技术。一般使用矩阵方法计算声表面波的理论频散特性曲线,但是这种方法只能计算简单的结构,另外在计算过程中忽略薄膜表面以及薄膜与基底界面的粗糙度。
　　因此引入有限元方法对表面波的传播特性进行仿真,本论文使用有限元方法计算声表面波在薄膜/基底结构以及金属与电介质的间隔薄膜结构上传播的理论频散特性曲线,使用蒙特卡洛方法建立自由表面,研究薄膜表面以及薄膜与基底界面粗糙度对声表面波传播的影响。另外建立三维互连布线模型,能够对表面波在更加复杂的互连布线结构上传播的传播特性进行仿真。有限元方法的引入,使得计算声表面波在复杂结构上传播的频散特性曲线得以实现。
　　薄膜与基底的粘附性是薄膜一项重要的机械特性参数,使用声表面波技术能够检测薄膜与基底的粘附性。在使用表面波技术检测薄膜与基底的粘附性时,引入法向弹性常数(KN)与切向弹性常数(KT)表示薄膜与基底之间的粘附性。本论文使用声表面波技术对两组low-k薄膜与基底的粘附性进行检测,并且将声表面波的检测结果与传统的划痕法进行对比,对比实验结果可知,声表面波技术的检测结果与划痕法的检测结果具有一致性,这进一步证明了声表面波技术检测薄膜与基底粘附性的可行性。

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第一章 绪论

1.1 集成电路互连系统面临的挑战

1.2 low-k材料的研究进展

1.3 主要研究问题

1.4 本章小结

第二章 声表面波技术表征薄膜机械特性

2.1 表面波在固体媒介中的传播特性

2.2 激光激发声表面波技术实验系统

2.3 理论频散特性曲线与实验频散特性曲线的拟合

2.4 本章小结

第三章 有限元方法计算表面波的频散特性曲线

3.1 有限元方法介绍

3.2 有限元方法计算表面波的理论频散特性曲线

3.3 有限元方法计算表面波传播特性的计算结果

3.4粗糙度对表面波频散特性曲线的影响

3.5 本章小结

第四章 LSAWs技术表征薄膜/基底粘附性

4.1 薄膜/基底的粘附性和常用检测方法

4.2 激光激发表面波技术检测薄膜/基底的粘附性实验结果

4.3 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢