Propriétés des couches minces et des interconnexions de cuivre

par Magali Grégoire

Thèse de doctorat en Science et génie des matériaux

Sous la direction de Michel Ignat et de Srdjan Kordic.

Soutenue en 2006

à Grenoble, INPG .


  • Résumé

    Les procédés de fabrication des interconnexions de cuivre génèrent de fortes contraintes mécaniques au sein de celles-ci, qui sont à l'origine de la formation de cavités lors du fonctionnement des circuits intégrés. Ces cavités peuvent induire l'ouverture des circuits, ce qui détériore fortement leurs fiabilités. L'objectif de notre étude est d'analyser la formation des cavités sous contrainte et de déterminer les paramètres influant sur ce phénomène. L'influence des recuits sur la microstructure du cuivre est tout d'abord démontrée. Le module de Young des couches de cuivre est relié à leurs textures grâce à un modèle polycristallin. La température de contrainte nulle et le coefficient de dilatation thermique des couches de cuivre sont aussi déduits. Ces paramètres sont utilisés pour estimer les contraintes résiduelles dans les interconnexions de cuivre. Dans les lignes de cuivre, deux modes de formation des cavités sont observés, respectivement au dessous et au dessus de la température de contrainte nulle. Un seul mode a pu être détecté pour les interconnexions multi-niveaux. La comparaison des simulations par éléments finis et des résultats expérimentaux nous permet de relier l'état de contrainte dans les interconnexions au taux de germination et de croissance des cavités. Les propriétés de l'interface Curra semblent jouer un rôle primordial dans la formation des cavités et les nouveaux procédés de dépôt permettent de limiter leur germination. Un nouveau formalisme, permettant de décrire la germination et la croissance des cavités dans les interconnexions de cuivre, est proposé. Les énergies d'activation relatives à la formation des cavités sont alors déduites.


  • Pas de résumé disponible.

  • Titre traduit

    Properties of copper thin films and interconnects


  • Résumé

    Mechanical stresses in copper interconnects are developed during processing. Due to the relaxation of stress, voids can appear inside th interconnect and create open failures. This so-called "stress-voiding" phenomenon is nowadays a major reliability concern. The key parameters which play a role in the susceptibility to stress-voiding are determined. The impact of anneals on copper microstructure and segregation of impurities at the Curra interface is determined. The Young's modulus of copper layers is related to the texture through a polycrystalline mode!. The zero stress temperature and the thermal expansion coefficient of copper layers are also deduced. These parameters are used to determine the residual stress inside sub-micron Cu interconnects using finite-element simulations. For Cu lines, two void formation modes are observed with respect 10 Ihe zero-stress temperature. Only one mode is detected for multi level interconnects. The impact of residual stress on void formation is demonstrated using finite-element simulations. Curra interface properties play a role in void formation and "punch-through" processes limit void nucleation. A new model of stress voiding is proposed. Activation energies, estimated using this model, indicate grain boundary and/or interface diffusion.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (246 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 239-246

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  • Bibliothèque : Service interétablissements de Documentation (Saint-Martin d'Hères, Isère). Bibliothèque universitaire de Sciences.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : TS06/INPG/0200
  • Bibliothèque : Service interétablissements de Documentation (Saint-Martin d'Hères, Isère). Bibliothèque universitaire de Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TS06/INPG/0200/D
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