Dissertação

{en_GB=Mechanical behavior of nano-copper interconnects subjected to thermal loading} {} EVALUATED

{pt=À medida que os componentes electrónicos vêem o seu tamanho reduzido, o aquecimento por efeito Joule desempenha um papel mais determinante na degradação ou mesmo falha de componentes electrónicos. As altas temperaturas observadas em tais dispositivos são um obstáculo ao desempenho de circuitos à escala nano. Nesse contexto, é crucial entender a forma como a arquitectura dos circuitos integrados baseados em silício sujeitos a carregamento térmico influencia as tensões geradas nas linhas interconectoras de cobre. O objectivo deste trabalho é produzir um modelo de Elementos Finitos capaz de prever as deformações e tensões térmicas em linhas interconectoras. Este modelo foi utilizado, em particular, para o estudo da influência de diferentes parâmetros geométricos nas tensões e deformações observadas nas linhas de cobre. O software de Elementos Finitos AbaqusTM foi utilizado para simular as condições de trabalho do circuito integrado. Uma abordagem inicial bidimensional foi usada para uma configuração de referência, a partir da qual foram estabelecidas tendências entre a arquitectura do modelo e as tensões térmicas. Finalmente, um modelo tridimensional foi desenvolvido e os resultados foram comparados com os estudos bidimensionais. No presente trabalho, confirmou-se que o modelo bidimensional apresentou resultados semelhantes ao modelo 3D para espessuras acima de 40µm. As tensões nas linhas de cobre tendem a estabilizar para razões de largura/altura superiores a 1.5 e distâncias entre linhas superiores à largura das mesmas. Configurações com larguras de linha menores são submetidas a maiores tensões de compressão. Os resultados obtidos fornecem orientações úteis para a optimização e design de circuitos. , en=As electronic components are continuously downscaled, Joule heating plays an increasingly critical role in the degradation or even failure of electric components. The high temperatures observed in such devices challenge the creation of smaller circuits and compromise their performance. In this context, it is crucial to understand the way thermal loading and silicon integrated circuit architectures influence stresses in nano-copper interconnect lines. The goal of this work is to produce a Finite Element (FE) model capable of predicting the thermal stresses at interconnect lines and use it to study the influence of different geometric parameters on the thermal stresses and deformation observed in copper lines. The FE analysis software AbaqusTM was used to simulate the integrated circuit’s working conditions and an initial bidimensional approach was used for a reference configuration from which several geometric features were studied (line width, aspect ratio and line distance) and trends between the model architecture and stresses were established. Finally, a three-dimensional model was developed, and the results were compared with the bidimensional studies. In the present work, the bidimensional model was confirmed to provide matching results, as compared with 3D, for architectures with thicknesses above 40µm. Stresses at the copper lines were found to stabilize for aspect ratios higher than 1.5 and line distances higher than their respective width. Configurations with smaller line widths are subjected to higher compressive stresses. The results obtained from these models can provide useful guidelines for the optimal design of circuits. }
{pt=Interconectores de cobre, carregamento térmico, método dos elementos finitos, tensões residuais, en=Copper interconnects, thermal loading, finite element method, residual stresses}

Maio 21, 2019, 11:0

Orientação

ORIENTADOR

Paulo Jorge Matos Fernandes Martins Ferreira

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Catedrático

ORIENTADOR

Augusto Manuel Moura Moita de Deus

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Auxiliar