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三维封装电迁移Cu互连线的多物理场模拟仿真

         
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摘要

随着三维封装微互连尺寸向亚微米发展,电流密度大、应力大、散热困难等问题愈发严重,原子尺度迁移失效现象逐渐成为超大规模集成电路不可忽视的可靠性问题.铜比铝的电阻率低,抗电迁移性能更好,是新一代的可靠互连材料,但是对铜互连的原子迁移研究仍有不足.现有的电迁移(Electromigration)可靠性解析化模型主要针对单根金属线恒定温度情形下的电迁移分析,这种方法虽然计算较为简单,但是对现实情况的指导意义较小,主要原因:一是现实情况下高密度集成电路中存在温度梯度,二是互连线的三维结构对互连线的温度以及电流分布有重要影响,而这些参数严重影响着金属原子的抗电迁移性能.本工作提出一种新的电迁移仿真建模方法,通过COMSOL多物理场软件建立了经典三维Cu互连线结构.通过有限元仿真得到三维互连线的温度、电流密度和应力分布,获得了更优的数据仿真结果.结果显示,金属互连线中电流在直角内侧有严重的淤积现象,电迁移在互连线转折处最为剧烈;高温区域位于直角内外侧之间,热迁移的程度随着温度的升高而升高;高应力区域主要是互连线的外边缘处,但是应力迁移在总体电迁移中占比较小,几乎可以忽略.另外,Cu互连线的抗电迁移性能总体优于Ag互连线,是优异的高密度集成电路导体材料.

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