Caractérisation physique de la microstructure des interconnexions avancées Cu/Low-k pour l'étude des défaillances par électromigration

par Romain Galand

Thèse de doctorat en Sciences des matériaux

Sous la direction de Yves Wouters.

Soutenue le 24-11-2011

à Grenoble , dans le cadre de École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble) , en partenariat avec Sciences et Ingénieurie des Matériaux et des Procédés (équipe de recherche) .

Le président du jury était Roland Fortunier.

Le jury était composé de Yves Wouters, Lucile Arnaud, Laurent Clement, Salia Cherifi, Jean-francois Laithier, Luca Perniola.

Les rapporteurs étaient Pierre Lefort, Claire Maurice, Christian Degache.


  • Résumé

    L'electromigration est identifiée comme la principale cause de dégradation des interconnexions en cuivre limitant ainsi la fiabilité des produits issus de la microélectronique. Dans ces travaux nous proposons d'approfondir notre connaissance de ce phénomène en étudiant le lien qu'il présente avec les paramètres morphologiques du cuivre. Dans ce but, la technique de diffraction des électrons rétrodiffusés est utilisée. Nous avons d'abord développé les méthodes de préparation et d'acquisition nécessaires afin de pouvoir caractériser les structures issues des technologies 45 nm et au-delà que nous avons choisies pour cette étude. Un lien entre les joints de grains de forte désorientation et la localisation des cavités a alors pu être mis en évidence. Nous avons ensuite tenté de modifier la microstructure du cuivre pour impacter la fiabilité sans succès. Finalement, c'est l'intégration de nouveaux matériaux (Al, Co) renforçant l'interface supérieure, chemin de diffusion du phénomène, qui semble être la voie à adopter pour améliorer la résistance des lignes à l'électromigration.

  • Titre traduit

    Physical characterization of the microstructure of advanced Cu/Low-k interconnections for electromigration failure study.


  • Résumé

    Electromigration is one of the major cause of copper interconnect degradation which limits reliability of microelectronic products. In these works, link between copper morphological parameters and electromigration is studied to get more knowledge of this phenomenon. For that, copper structures from 45 nm technology node and beyond are characterized by backscattered electron diffraction technique. In a first time, developments of sample preparation and acquisition methodology are performed to be able to characterize small dimensions structures from technology node chosen. A link between high angle grain boundary and void location has been highlighted. Then we tried to improve reliability by copper microstructure change without success. It seems that right way to improve interconnect resistance toward electromigration is the introduction of new materials in copper (Al, Co) to reinforce upper interface which is critical diffusion path of electromigration phenomenon.


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