Étude de la résistivité et de l'électromigration dans les interconnexions destinées aux technologies des noeuds 90 nm - 32 nm

par Jean-Frédéric Guillaumond

Thèse de doctorat en Micro et nano-électronique

Sous la direction de Lucile Arnaud et de Michel Dupeux.

Soutenue en 2005

à l'Université Joseph Fourier (Grenoble) .

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  • Résumé

    La résistivité et la fiabilité du cuivre dans les interconnexions des circuits intégrés pour les générations 90 nm – 32 nm ont été étudiées. Le contexte, la réalisation des interconnexions et les outils de caractérisations utilisés sont présentés dans une première partie. Dans une seconde partie, l'augmentation de résistivité observée en diminuant la largeur des lignes de cuivre est décrite à l'aide du modèle de Mayadas. Ce phénomène est dû à la diffusion des électrons sur les défauts du cristal (joints de grains, parois extérieures, impuretés). La résistivité des lignes de dimensions décananométriques, mesurée à l'aide d'une méthode électrique, confirme que cette augmentation est en accord avec la modélisation retenue. Dans une dernière partie, l'électromigration du cuivre qui est un déplacement de matière sous l'effet d'un flux d'électrons, a été évaluée. L'impact de l'utilisation de nouveaux matériaux (diélectrique poreux, barrière de diffusion CVD TiN et ALD TaN, alliage de cuivre-aluminium, barrières supérieures métalliques) a été estimé. De nouvelles caractérisations physiques (expériences d'électromigration in situ sous MEB et analyse de texture par EBSD) ont été développées pour corréler localement la structure cristalline du métal et les mécanismes de cavitation par électromigration. Les résultats majeurs ont montré l'importance du confinement du cuivre pour améliorer les durées de vie ainsi que les risques associés à la réduction des épaisseurs de barrière. Les résultats expérimentaux les plus prometteurs ont été obtenus avec les barrières métalliques où les caractéristiques d'électromigration semblent proches de celles attendues pour un matériau massif.


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  • Titre traduit

    Study of resistivity and electromigration behaviour in interconnections intended for the 90 nm - 32 nm node technologies.


  • Résumé

    The resistivity and reliability of copper in interconnections of the integrated circuits for the 90 nm - 32 nm nodes were studied. The context, the processing of the interconnections and the characterisation tools used are presented in a first part. In a second part, the resistivity increase observed by decreasing the copper line width is described with the model of Mayadas. This phenomenon is due to the diffusion of electrons on the crystal defects (grain boundary, external walls, impurities). The resistivity of decananometric size lines, measured using an electrical method, confirms that the resistivity increase is in agreement with the selected model. On the other hand, we showed that such measurements did not allow to separate the contribution of the various mechanisms responsible for this increase. In the last part, the copper electromigration, which is a material displacement under the effect of a wind of electrons, was evaluated electrically. The impact of using new materials (porous dielectric, CVD TiN and ALD TaN diffusion barrier, copper-aluminium alloy, top metallic barriers) and of the reduction of line widths on this phenomenon was estimated. New physical characterisations (in situ SEM electromigration experiment and EBSD texture analysis) were developed and aimed to correlate the local copper microstructure with voiding mechanisms. The main results showed the great importance of mechanical confinement on the lifetime and the risk of using thin diffusion barriers. The most promising results were obtained with the metallic barriers where electromigration properties are close to those expected with bulk material.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (139 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 131-139

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  • Bibliothèque : Service interétablissements de Documentation (Saint-Martin d'Hères, Isère). Bibliothèque universitaire de Sciences.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : TS05/GRE1/0246
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  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TS05/GRE1/0246/D
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