基于不同阻挡层材料的铜互连热应力有限元分析

作     者：嵇凤丽 王颖 高松松 刘云涛 JI Feng-li;WANG Ying;GAO Song-song;LIU Yun-tao

作者机构：哈尔滨工程大学信息与通信工程学院哈尔滨150001 

出 版 物：《功能材料与器件学报》 (Journal of Functional Materials and Devices)

年 卷 期：2012年第18卷第1期

页      面：51-56页

学科分类：080903[工学-微电子学与固体电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金(No.60906038) 黑龙江省自然科学基金(No.QC2009C66) 

主　　题：铜互连 扩散阻挡层 ZrN ANSYS 热应力 

摘      要：本文利用ANSYS有限元软件分别对用TaN和ZrN作为扩散阻挡层的Cu/barrier/SiO2/Si结构中铜线的热应力分布进行仿真。研究热载荷350℃到20℃不同阻挡层材料单大马士革和双大马士革两种结构铜互连线的热应力。通过仿真结果得到:单大马士革结构中,在阻挡层材料为ZrN时铜线中等效应力(700MPa)比阻挡层材料为TaN时等效应力(800MPa)小;双大马士革结构中,用ZrN作为阻挡层铜线中各个方向的热应力σx、σy和σz分别比TaN作为阻挡层时小100MPa、300MPa和200MPa。本文还研究阻挡层材料分别为ZrN和TaN时,改变阻挡层的厚度对铜线热应力的影响。结果表明,热应力随着阻挡层厚度的增加而增加。各种厚度ZrN作为扩散阻挡层时的应力都比TaN作为扩散阻挡层的应力小,x、y和z方向的应力SX(ZrN)、SY(ZrN)和SZ(ZrN)分别减少了50MPa、200MPa和50MPa。