Please use this identifier to cite or link to this item: http://repositorio.unicamp.br/jspui/handle/REPOSIP/331638
Type: TESE DIGITAL
Degree Level: Mestrado
Title: Estudo teórico da stressmigration e da tensão mecânica em interconexões de cobre com tecnologia de air-gaps através de simulação nmérica do processo de fabricação damascene
Title Alternative: Thoeretical study of stressmigration and mechanical stress in copper interconnects with air-gaps technology through numerical simulation of the damascene manufacturing process
Author: Magro, Estevão Strini, 1989
Advisor: Orio, Roberto Lacerda de, 1981-
Abstract: Resumo: Este trabalho apresenta um estudo do impacto do material dielétrico na confiabilidade da interconexão sob a ótica da stressmigration com foco em modelagem e simulação numérica tridimensional. Foram utilizados quatro materiais isolantes diferentes, SiO2, TEOS, SiLK e SiCOH que perfazem a evolução da tecnologia de interconexões. Em particular, destaca-se o estudo para estruturas que incorporam os chamados air-gaps, uma proposição tecnológica recente que visa a redução na constante dielétrica efetiva associada à estrutura de interconexões. Numa segunda etapa deste trabalho são apresentadas as diferenças da simulação simplificada, em apenas um passo, em relação à simulação passo a passo, referente ao processo de fabricação de interconexões pelo processo dual-dasmascene. De uma análise detalhada das etapas de fabricação foram determinadas as regiões onde ocorrem as maiores magnitudes de tensão mecânica e, consequentemente, possivelmente a formação de falhas. A verificação dos modelos e sua implementação foi realizada através da comparação com resultados da literatura. Para uma estrutura com as mesmas características, obtivemos um erro médio entre 10% e 15% na tensão hidrostática medida. O material dielétrico SiCOH mostrou-se o melhor no quesito confiabilidade. Sua tensão hidrostática nas interfaces Cu/Ta e Cu/SiN sofreram diminuições da ordem de 36% quando comparados com isolantes típicos como TEOS e SiO2. Usando a técnica desenvolvida para a simulação da fabricação completa de interconexões de cobre, foi observado uma tensão hidrostática de 250 MPa na interface Cu/Ta, na VIA. Isto corresponde um aumento de 19% em relação ao valor de 235 MPa obtido na simulação simplificada. Na interface Cu/Ta, em M1, esse aumento chegou a 108%, passando de 120 MPa da simulação em passo simples para 250 MPa com a simulação do processo. Isto mostra a importância em se considerar as diversas etapas de fabricação como realizado neste trabalho, o que é raramente empregado na literatura devido a sua complexidade de implementação. Adicionando a tecnologia de AG no processo de fabricação completo da estrutura de interconexão mais avançada, os resultados mostraram que a tensão hidrostática na interface Cu/SiCN sofreu uma redução de 66% em relação a estrutura sem AG. Além disso, as simulações indicaram que a introdução do AG não altera o efeito da stressmigration. Adicionalmente, identificamos que a etapa mais crítica do processo, isto é, aquela que gera a maior tensão, é a deposição de SiCN, onde a tração mecânica atinge valores de até 400 MPa na interface Cu/Ta/SiCN para estrutura sem AG e 300 MPa com AG. Portanto, sob o ponto de vista da confiabilidade pode-se dizer que o uso da tecnologia do AG se mostrou aqui mais adequada devido à redução da magnitude de tensão gerada. De forma geral, os resultados apresentados se mostram consistentes com o conhecimento teórico e prático existente. Trabalhos experimentais demonstram a geração de cavidades e falhas em regiões próximas às vias e nas interfaces Cu/capa. As simulações aqui realizadas mostram o desenvolvimento de tensões elevadas exatamente nestas regiões, estando, portanto, de acordo com as observações experimentai

Abstract: This work presents a study of the impact of the dielectric material on the reliability of the interconnection from the standpoint of stressmigration focusing on three - dimensional numerical modeling and simulation. Four different insulating materials, SiO2, TEOS, SiLK and SiCOH were used, which characterize the evolution of the interconnection technology. Particularly noteworthy is the study for structures that incorporate so-called air-gaps, a recent technological proposition aimed at reducing the effective dielectric constant associated with the interconnection structure. In a second step of this work, we present the simplified simulation differences, in just one step, in relation to the step-by-step simulation of the process of manufacturing interconnections by the dual-dasmascene process. From a detailed analysis of the manufacturing steps the regions where the highest magnitudes of mechanical stress occurred and, consequently, possibly the formation of failures were determined. The verification of the models and their implementation was performed through the comparison with literature results. For a structure with the same characteristics, we obtained an average error between 10% and 15% in the measured hydrostatic voltage. The SiCOH dielectric material proved to be the best in reliability. Their hydrostatic voltage at the Cu / Ta and Cu / SiN interfaces suffered decreases of the order of 36% when compared with typical insulators like TEOS and SiO2. Using the technique developed for the simulation of the complete fabrication of copper interconnections, a hydrostatic voltage of 250 MPa was observed at the Cu / Ta interface in the VIA. This corresponds to an increase of 19% in relation to the value of 235 MPa obtained in the simplified simulation. In the Cu / Ta interface, in M1, this increase reached 108%, from 120 MPa of the simulation in single step to 250 MPa with the simulation of the process. This shows the importance of considering the various steps of manufacturing as performed in this work, which is rarely used in the literature because of its complexity of implementation. By adding the AG technology in the complete fabrication process of the most advanced interconnection structure, the results showed that the hydrostatic voltage at the Cu / SiCN interface was reduced by 66% in relation to the structure without GA. In addition, the simulations indicated that the introduction of GA does not alter the effect of stressmigration. In addition, we identify that the most critical step of the process, ie the one that generates the greatest stress, is SiCN deposition, where the mechanical traction reaches values ??of up to 400 MPa at the Cu / Ta / SiCN interface for structure without AG and 300 MPa with AG. Therefore, from the point of view of reliability it can be said that the use of AG technology has proved to be more adequate due to the reduction of the magnitude of the generated voltage. In general, the results presented are consistent with the existing theoretical and practical knowledge. Experimental work demonstrates the generation of cavities and faults in regions near the pathways and at Cu / cover interfaces. The simulations performed here show the development of high tensions exactly in these regions, and are therefore in agreement with the experimental observations
Subject: Circuitos integrados
Cobre
Vacâncias
Confiabilidade
Language: Multilíngua
Editor: [s.n.]
Date Issue: 2018
Appears in Collections:FEEC - Tese e Dissertação

Files in This Item:
File SizeFormat 
Magro_EstevaoStrini_M.pdf5.08 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.