Etude et caractérisation du matériau CuAI1% utilisé en tant que couche de germination pour améliorer les performances de fiabilité des interconnexions des technologies 45 nm et ultérieures

par Thomas Vanypre

Thèse de doctorat en Dispositifs de l'électronique intégrée

Sous la direction de Jean-Claude Dupuy et de Brice Gautier.

Soutenue en 2008

à Lyon, INSA .


  • Résumé

    Les travaux présentés s'inscrivent dans le cadre du développement des technologies de l'intégration des dispositifs électroniques à base silicium. L'augmentation de la vitesse de commutation conduit à une réduction des dimensions des interconnexions qui relient les transistors entre eux et ainsi diminue la fiabilité des circuits intégrés. Les solutions étudiées pour contrebalancer cette tendance ont comme caractéristique de diminuer les performances électriques des lignes. Le cuivre allié à un pourcent d'aluminium, en tant que couche de germination, est un alliage prometteur pour trouver un optimum entre l'amélioration de la fiabilité et une limitation des variations de résistance dans les interconnexions. L'intégration de ce matériau a permis de valider son influence sur la fiabilité lors de tests d'électromigration. L'analyse physique du CuAl1% nous a permis d'identifier plusieurs phénomènes qui expliquent ces résultats tels que : la meilleure adhérence du CuAl sur les matériaux barrières, la plus grande taille des grains formés et la réduction importante de la diffusion des impuretés présentes dans les interconnexions. Nous avons aussi observé que, pour les procédés technologiques les plus avancés, la présence d'aluminium dégrade peu les performances électriques des interconnexions. Le CuAl permet de plus, grâce à ses performances d'adhérence, l'usage d'une barrière ultra-fine et ultra conforme déposée selon le procédé ALD. Cela conduit à un volume de cuivre plus important dans les lignes et ainsi réduit de façon importante la résistance des interconnexions. Enfin, ce travail a permis d'identifier une propriété de l'alliage CuAl qui n'avait pas été présupposée par la littérature. Le CuAl montre une influence sur la diffusion du cuivre en diminuant fortement la défectuosité et la densité de "hillocks" (protrusions de cuivre) observée lors de la fabrication des puces électroniques. Cette propriété peut permettre une réduction importante des contraintes d'enchaînement lors de la production des circuits intégrés.


  • Pas de résumé disponible.


  • Résumé

    AThe work presented is part of the development of the integration of electronic devices based silicon. Increasing the speed of switching leads to a reduction of the sizes of interconnections that connect these transistors and thus reduces the reliability of integrated circuits. The solutions studied to counteract this trend have the characteristic to reduce the electrical performance of the lines. Copper alloy to one percent of aluminum, as a layer of germination, an alloy is promising to find an optimum between improved reliability and limitation of movements of resistance in the interconnections. The inclusion of this material has served to validate its effect on reliability when electromigration tests. The physical analysis of CuAl1% we have identified several factors that explain these results such as: the best adhesion on materials CuAl barriers, the larger size of grains formed and significant reduction of the diffusion of impurities in interconnections. We also observed that the technological processes for the more advanced, the presence of aluminum slightly degrades the performance of electrical interconnections. CuAl allows the addition, thanks to its performance of adhesion, the use of a barrier ultra-fine and ultra compliant filed by the ALD process. This leads to a volume of copper higher in the lines and significantly reduced the strength of interconnections. Finally, this work has identified a property of the alloy CuAl which had not been assumed in the literature. CuAl shows the influence on the diffusion of copper by significantly reducing the defect and the density of "hillocks" (copper protrusions) observed during the manufacture of microchips. This property may allow a significant reduction of sequencing constraints in the production of integrated circuits.

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  • Détails : 1 vol. (151 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 141-151

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  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(3341)
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