Problématiques mécaniques liées à la technologie de la ...

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SÉMINAIRE DU 1 er Avril 2005Centre des Matériaux - ÉvryProblématiques mécaniques liées à la technologiede la microélectroniqueMechanical Reliability in Advanced Microelectric ApplicationsCindy GOLDBERGFreescale Semiconductor,Crolles-2 Alliance, 870 rue Jean Monnet, 38926 Crolles, FranceAdvanced integrated circuits (IC) rely increasingly on the electrical properties oftheir interconnects to enhance circuit speed while suppressing crosstalk. Metal resistivityhas been decreased by transitioning from Al/W based interconnects to copper basedinterconnects. Likewise, dielectric isolation of the interconnects has transitioned fromoxides and nitrides to porous organosilicate glasses and carbides to reduce capacitance.Diffusion barriers are also implemented to prevent copper diffusion into the surroundingdielectrics. However, significant challenges exist to achieve both intrinsic and extrinsicreliability requirements.As a consequence of both the material and geometry scaling, mechanicalreliability has become a key challenge for each new technology node. Materials are morefragile, interfaces are weaker and common techniques to improve these characteristics maycompromise the required interconnect electrical performance. Furthermore, trends toshrink die size result in a decrease in surface area of the package-chip interface (i.e. bondpad), thereby increasing the concentration of packaging forces on the underlying circuitryas compared to earlier generations. Essentially, with each technology node, there areweaker materials and more stringent requirements in packaging.There are three elements to achieving required mechanical reliability for advancedcircuitry. Manipulating bulk and interfacial properties of interconnect materials is animportant first step to achieving mechanically reliable products. The additional use ofstructural elements and design rules is obligatory. Lastly, final assembly modificationsprovide further margin for overcoming the implicit challenges to reliably integrating fragilematerials. Thermo-mechanical modeling is an enabling technique for understanding theseinteractions and anticipating future performance.An overview of interconnection technology and packaging will be presented alongwith several examples related to their interactions and interdependencies.Centre des Matériaux Pierre-Marie FourtÉcole Nationale Supérieure des Mines de Paris - ARMINESEnceinte SNECMA - RN 447 - 91000 ÉVRY - France - Tél. : 01 60 76 30 00 - Fax : 01 60 76 31 50


Caractérisation mécanique et microstructurale des couchesd’interconnexion dans les composants électroniquesNathalie CHERAULTCentre des Matériaux P.M. Fourt, ENSMP Paris, BP 87, 91003 EvrySTMicroelectronics, 850, rue Jean Monnet, 38926 Crolles cedexPour améliorer les performances des circuits intégrés, l’industrie microélectroniqueaugmente sans cesse la densité d’intégration de transistors par puce. La réduction de lataille des transistors entraîne des modifications pour les interconnexions, réseau de lignesmétalliques séparées par un diélectrique dont le rôle est la distribution des signauxélectriques aux composants actifs du circuit. Ainsi le procédé cuivre damascène a étédéveloppé et de nouveaux diélectriques à faible permittivité diélectrique (e


Etude et simulation de la siliciuration Nidans les transistors CMOSFlorian CACHOCentre des Matériaux P.M. Fourt, ENSMP Paris, BP 87, 91003 EvrySTMicroelectronics, 850, rue Jean Monnet, 38926 Crolles cedexInitialement les siliciures étaient utilisés dans les transistors pour baisser larésistance carrée du silicium très dopé. En plus de sa stabilité thermique, il se passive trèsbien dans l’oxygène de l’atmosphère. Pour les applications de la microélectronique, il esttrès important qu’il ne réagisse pas avec SiO2 pour l’utiliser dans des procédésd’autoalignement. Les siliciures les plus adaptés pour ce type de procédé sont WSi2, PtSi,TiSi2, CoSi2, NiSi.Parmi les candidats susceptibles de servir dans les applications VLSI, seulsquelques métaux ont les bonnes propriétés électriques, mécaniques, thermodynamiques etde stabilité thermique.Pour le nouveau nœud de technologie 60 nm, l’alternative qui est choisie pour laproduction de 2005 est le siliciure de nickel qui possède les mêmes caractéristiques derésistivité que le cobalt mais avec de nombreux avantages :- Faible budget thermique qui est expliqué par la très grande diffusivité du nickeldans le silicium.- La phase NiSi possède une résistivité quasi équivalente à CoSi2 tout enconsommant 35% de silicium en moins, ce qui est très prometteur pour les applicationstype SOI. Utilisé en couche plus fine, il génère également moins de contraintes decroissance.- La formation de Ni2Si et surtout NiSi est contrôlée par la diffusion de Ni qui estla seule espèce diffusante.- Alors que le germanium retarde la formation de CoSi2, il est possible de formerla phase NiSi sur substrat SiGeLa siliciuration est un phénomène complexe. En effet, à travers un bilan de matière,il existe des flux d’espèces différentes qui correspondent à des croissances ouconsommations de phases couplées entre elles pour permettre la stœchiométrie de lamatière. Cette étape, chaînon manquante de la TCAD ou modélisation des procédéstechnologiques, doit être formalisée puis implémentée pour fournir une réponse globale etprévisionnelle à la réalisation des transistors.Des modèles de croissance de la siliciuration existent mais le front de latransformation des phases siliciure/silicium doit être représentatif de la physiquemicroscopique du matériau (diffusion plus ou moins rapide dans les zones contraintes,pinning effect…). Les interactions avec les dopants, la diffusion sous la grille et lacroissance sous l’espaceur sont des phénomènes qui ont un intérêt technologique et où lasimulation peut apporter des réponses.Dans un premier temps, nous discuterons de la siliciuration nickel en général ainsique le process utilisé. Ensuite, nous expliquerons le mécanisme de changement de phaseen simulation numérique.Des résultats expérimentaux sur le recuit de plaques permettront d’évaluer descaractéristiques cinétiques et structurales. La mesure de rayon de courbure apportera desinformations en termes de contraintes de croissance et de relaxation. A l’aide desimulation, nous modéliserons la croissance plane de couche et évaluerons les contrainteset les coefficients de relaxation.Centre des Matériaux Pierre-Marie FourtÉcole Nationale Supérieure des Mines de Paris - ARMINESEnceinte SNECMA - RN 447 - 91000 ÉVRY - France - Tél. : 01 60 76 30 00 - Fax : 01 60 76 31 50

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