铜互连兆声清洗中结构损伤预测的有限元分析.docx

第21卷第8期2013年8月

光学精密工程

OpticsandPrecisionEngineering

Vol.21No.8Aug.2013

文章编号1004-924X(2013)08-2064-07

铜互连兆声清洗中结构损伤预测的有限元分析

黄雅婷1*,孟春玲1,董秀萍1,路新春2

(1.北京工商大学材料与机械工程学院，北京100048;2.清华大学摩擦学国家重点实验室，北京100084)

摘要：尽管用于铜及低介电材料(low-k材料)互联加工的兆声清洗工艺可以提高纳米颗粒的去除率，但清洗过程中的声波能量会破坏微小器件结构从而导致器件功能失效。本文采用有限元分析法分析和预测了兆声波的破坏作用，研究了铜及low-k材料互联结构在兆声清洗过程中的应力分布及变形。基于ABAQUS软件，采用二维有限元模型对循环布线图形当中的一个典型元胞在空化气泡破裂冲击下的应力应变进行分析，并讨论了它的破坏形式和破坏规律。结果表明，最大应力集中在铜及low-k材料键合处将导致low-k材料分层。当线宽为22nm时，应力和结构变形达最大值，分别为1379MPa和3.074nm;之后随线宽增加最大应力应变值均减小。另外，兆声频率增大不改变应力应变分布规律，对应力应变极值影响亦不明显。分析及预测结果与工业实践得到的结果相符。

关键词：化学机械抛光；兆声清洗；铜互联；有限元分析

中图分类号：TN305文献标识码：Adoi:10.3788/OPE2064

FiniteelementanalysisofstructurefailureinCuinterconnectmegasoniccleaning

HUANGYa-ting,MENGChun-ling,DONGXiu-ping,LUXin-chun2

(1.SchoolofMaterialandMechanicalEngineering,

BeijingTechnologyandBusinessUniversity,Beijing100048,China;

2.StateKeyLaboratoryofTribology,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China)

*Correspondingauthor,E-mail:huangyat@

Abstract:AlthoughmegasoniccleaningcanremoveeffectivelynanoparticlesintheCu/low-kintercon-nectionpost-ChemicalMechanicPolishing(post-CMP)cleaning,themegasonicenergyincleaningmayalsocauseextensivedamagetomicrostructures.Topredictthedamage,thestructuraldeforma-tionandthestressdistributionofCuandlow-kmaterialsinmegasoniccleaningwereexaminedwithFiniteElementAnalysis(FEA).Two-dimensionalmodelswereusedinanalysisofthestress-strainofatypicalcellimpactedbyacaviationbubbleinthecirculatewiringpatternandallofthesimulationswereperformedwithABAQUS.TheresultsshowthatthemaximumstressisconcentratedinthebindingareabetweenCuandlow-k,whichwillresultinthedelaminationoflow-kmaterials.Whenthelin