Finite-Elemente-Analyse von Cu-Leitbahnen in S-Bahn-Struktur: Ein neues CF-Polymer im Vergleich zum herkömmlichen Low-k-Dielektrikum SiLK(TM)

Abstract:
Im Rahmen eines BMBF-Verbundprojektes wurde an der Verbesserung der Performance von ICs durch Integration von Kupfer und Low-k-Dielektrika gearbeitet. Dazu wurden für eine S-Bahn-Struktur erstmalig komplexe dreidimensionale Finite-Elemente-Modelle erstellt. Zur Durchführung von Lebensdauertests wurde in einer Cu-Technologie mit 4-Lagen-Metallisierung und SiO2-Dielektrikum in einem ersten Schritt bei Infineon eine 0,4 µm breite S-Bahn-Struktur in Metalllage 2 erstellt. Parallel dazu wurde ein korrespondierendes Modell in homogener Cu/SiO2-Architektur angelegt. Im Anschluss wurden zwei Modelle mit hybrider SiO2/Cu/Low-k-Architektur erstellt. Hierbei flossen zum einen die Technologiedaten des neuen CF-Polymer (k = 2,2) ein, das im Rahmen des Verbundprojektes in einem PECVD-Prozess bei der TU-Chemnitz entwickelt wurde. Zum anderen wurden die Technologiedaten des in einem Spin-On-Prozess erstellten SiLK(TM) (k = 2,65) herangezogen. In einem zweiten Schritt wurden weitere Modelle angelegt: In den Metalllagen 1-3 wurden Modelle mit 4 µm breiter S-Bahn-Struktur angelegt und in Metalllage 4 Modelle mit 4 µm sowie 20 µm breiter S-Bahn-Struktur. Mit Hilfe der Finite-Elemente-Analyse wurde im Anschluss gezeigt, dass mit dem neuen CF-Polymer in den Metalllagen 1, 2 und 3 ähnliche Lebensdauern erreicht werden wie mit dem herkömmlichen SiLK(TM). Dabei ist der PECVD-Prozess erheblich kostengünstiger als der Spin-On-Prozess.