Electromigratoin and thermal fatigue in Cu mentallization for ULSI

고집적용 구리배선의 electromigration 및 thermal fatigue 연구

We researched damage formation and failure mechanism under DC(direct current) and AC(alternative current) in order to estimate reliability of Cu interconnects in ULSI. Higher current density and temperature induces more short TTF(time to failure) during interconnects carry DC. Measurement reveals that Cu electromigration has activation energy of 0.96eV and current density exponent value of 4. Thermal fatigue is occurred under DC, and higher frequency and ${\Delta}$T value gives more severe damage during interconnects carry AC Through failure morphology analysis with respect to texture, we observed that damages had grown widely and facetted grains had appeared in (100)grain but damages in (111) had grown thickness direction of line and had induced a failure rapidly.

구리 배선에서의 신뢰성 평가를 위해 직류전류와 교류전류를 각각 인가하였을 때의 파손 발생을 분석해 보았다. 직류 전류에서는 electromigration 현상이 발생하는데, 높은 전류 밀도와 온도에서 더욱 빠르게 파손이 진행되었으며, 실험을 통해 구한 활성화 에너지와 전류밀도 의존지수는 각각 0.96eV와 4의 값을 갖는 것으로 나타났다. 교류 전류에서는 열 피로 현상이 발생하였는데, 높은 주파수와 ${\Delta}$T가 클수록 파손이 심하게 진행되었다. 집합 조직에 따른 failure morphology분석 결과, (100)grains에서는 결함이 넓게 성장하여 facetted grains가 되지만 (111)에서는 배선의 두께 방향으로 성장하여 빠르게 단선을 유발하는 것으로 나타났다.