Untersuchungen von Stromdichte-, Temperatur- und Massenflussverteilungen in Viastrukturen integrierter Schaltungen:
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Düsseldorf
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| adam_text | Titel: Untersuchungen von Stromdichte-, Temperatur- und Massenflußverteilungen in Viastrukturen integriert
Autor: Weide, Kirsten
Jahr: 1994
Inhaltsverzeichnis Verzeichnis der verwendeten Abkürzungen und Symbole 1 Einleitung ................................................ 1 2 Aufbau der Viastrukturen..................................... 4 2.1 Unterschiede zwischen den Viastrukturen ..................... 4 2.2 Ausfallmechanismen bei Viastrukturen ....................... 6 3 Theoretische Betrachtungen .................................. 8 3.1 Elektromigration und Thermomigration........................ 8 3.2 Bestimmungsgleichung für das elektrische Potential .............. 13 3.2.1 Temperaturunabhängiger Fall ......................... 13 3.2.2 Temperaturabhängige Materialeigenschaften .............. 14 3.3 Vorgehensweise bei der Methode der finiten Elemente ............ 16 4 Beschreibung der Simulationsmodelle........................... 18 4.1 FEM-Grundmodell der Viastruktur........................... 18 4.2 Netzfeinheit und Singularitäten ............................. 22 4.3 Parameter der verwendeten Materialien ....................... 27 4.3.1 Wärmeleitfähigkeiten und spezifische Widerstände .......... 27 4.3.2 Wiedemann-Franz-Gesetz............................ 29 5 Verifikation des Simulationsmodells ............................ 34 5.1 Beschreibung der gefertigten Vias........................... 34 5.2 Temperaturunabhängige Untersuchung der Vias ................ 35 5.2.1 Korrelation bei variierender Viagrundfläche................ 35 5.3.2 Einfluß der Überlappsumme .......................... 36 5.3 Temperaturabhängige Untersuchung der gefertigten Vias .......... 37 5.3.1 Kritischer Strom der gefertigten Vias .................... 38 5.3.2 Vergleich der mittleren Leitbahntemperaturen.............. 40 III
6 Stromdichteverteilung in der Viastruktur ......................... 42 6.1 Untersuchung der Viadimensionierung........................ 43 6.1.1 Einfluß der Viagrundfläche............................ 43 6.1.2 Variation der Kantenbedeckung........................ 45 6.1.3 Untersuchung des Aspect Ratio ....................... 49 6.1.4 Einfluß des Taperwinkels............................. 50 6.1.5 Variation der Füllhöhe und des Füllmaterials............... 53 6.2 Einfluß der Leitbahndimensionierung ......................... 54 6.2.1 Variation des Überlapps ............................. 55 6.2.2 Untersuchung der Leitbahnhöhe ....................... 57 6.3 Einfluß von Barrierenschichten ............................. 60 6.3.1 Konventionelles Modell mit Barrieren .................... 61 6.3.2 Gefülltes Modell mit Barrieren ......................... 65 6.4 Ergebnisse der temperaturunabhängigen Untersuchungen ......... 66 7 Temperaturverteilung in der Viastruktur.......................... 68 7.1 Variation der Stromdichte................................. 69 7.2 Kritischer Strom aus den Simulationen ....................... 73 7.3 Untersuchung der Dimensionierung und der Materialeinflüsse....... 74 7.3.1 Abstand zwischen den Viaketten....................... 74 7.3.2 Feldoxlddlcke und Passivierung........................ 75 7.3.3 Variation der Leitbahnlänge und des Überlapps ............ 76 7.3.4 Variation des Leitbahnmaterials........................ 79 7.3.5 Aspect Ratio und Viafüllmaterial........................ 80 7.4 Einfluß einer Barrierenschicht .............................. 83 7.5 Ergebnisse der temperaturabhängigen Untersuchungen ........... 85 8 Massenfluß und Massenflußdivergenzen......................... 87 8.1 Untersuchung des Massenflusses beim gefertigten Via............ 88 8.1.1 Fehlerort aus Simulation und REM-Analyse................ 88 8.1.2 Stromrichtungsabhängigkeit .......................... 91 IV
8.2 Massenflußdivergenzen in den unterschiedlichen Viastrukturen ...... 93 8.2.1 Konventionelles Via ................................ 93 8.2.2 Gefülltes Via...................................... 96 8.2.3 Vergleich der Viastrukturen........................... 97 8.3 Massenfluß im Aluminium bei Barrieren ....................... 99 8.4 Ergebnisse der Untersuchungen der Massenflüsse...............101 9 Zusammenfassung..........................................102 10 Schriftumsverzeichnis .......................................105 V
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