Thèse Année : 2024

Understanding of degradation mechanisms involving moisture diffusion into BEOL integrated dielectric stacks

Compréhension des mécanismes de dégradation et de diffusion de l’humidité dans les empilements de diélectriques intégrés

Résumé

The presence of moisture is particularly critical for microelectronic applications, leading to overall performance degradation, metal corrosion within the integrated circuit, and even delamination between different layers. To protect the chips from environmental aggressions, a continuous metal interconnection structure, known as the "seal ring," is placed around them. However, the integrity of this protective structure is sometimes compromised, often due to integration problems during manufacture, which can pose major reliability issues.Therefore, the aim of this thesis is to elucidate the interactions between moisture and these new types of integrated circuits to establish an acceleration model (temperature and humidity) for industrial reliability testing. To achieve this, a comprehensive approach from material to integrated circuit was adopted. Previous work leading up to this thesis established the absorption properties of the main dielectric materials used in the Back End of Line (BEOL). Then, in my work, integrated circuits were studied through physico-chemical and electrical characterizations. By cross-referencing these analyses, a failure criterion was defined for the development of an acceleration model based on Peck's model.
La présence d'humidité est particulièrement critique pour les applications microélectroniques, car elle entraîne une dégradation des performances globales, la corrosion des métaux à l'intérieur des circuits intégrés et même la délaminage entre les différentes couches. Pour protéger les puces des agressions environnementales, une structure d'interconnexion métallique continue, appelée "seal ring", est placée autour d'elles. Cependant, l'intégrité de cette structure protectrice est parfois compromise, souvent en raison de problèmes d'intégration lors de la fabrication, ce qui pourrait poser des problèmes de fiabilité majeurs.L'objectif de cette thèse est d’expliquer les interactions entre l'humidité et les circuits intégrés afin de développer un modèle d'accélération (température et humidité) pour les tests de fiabilité industriels. Pour ce faire, une approche globale, du matériau au circuit intégré, a été adoptée. Les travaux antérieurs à cette thèse ont permis d'établir les propriétés d'absorption des principaux matériaux diélectriques utilisés dans le Back End of Line (BEOL). Ensuite, dans mon travail, les circuits intégrés ont été étudiés à l'aide de caractérisations physico-chimiques et électriques. En croisant ces analyses, un critère de défaillance a été défini pour le développement d'un modèle d'accélération basé sur le modèle de Peck.
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Origine Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04918341 , version 1 (29-01-2025)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04918341 , version 1

Citer

Léo Mischler. Understanding of degradation mechanisms involving moisture diffusion into BEOL integrated dielectric stacks. Electronics. Université de Bordeaux, 2024. English. ⟨NNT : 2024BORD0421⟩. ⟨tel-04918341⟩
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