極微細ハイブリッド多層配線の高信頼化に関する研究

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多層銅配線のビアチェーン構造にて、直流及び交流パルスエレクトロマイグレーション寿命評価を行った。直流パルスEM評価においては、周波数領域10-20MHzに相当する高周波にて、パルスオンタイムを50nsec一定として、パルスオフタイムを25,50,100nsecと変えた評価を行った。その結果、パルスオフタイムを増加すると共に、配線の平均EM寿命が著しく増加することを見出した。原子空孔の一次元ドリフト拡散方程式に基づく解析により、これは電流オフ時に原子空孔の濃度勾配に起因するバックフローにより回復過程が数十ナノ秒という短い時間でも存在するためであることが明らかとなった。また、交流パルスEM評価においては、電流平均値がゼロであっても、配線不良が起こることが明らかとなった。一次元ドリフト拡散方程式に基づく解析では、配線寿命は無限大となることが予測されるので、その原因はエレクトロマイグレーションのみではないことが結論される。不良箇所の分布及び不良モードは、やはり直流パルス条件とは異なっていることが判明した。それより、交流パルス試験で不良要因は、配線内部に生じた温度勾配に起因するサーモマイグレーションがその主要な原因であることが推測された。