随着特征尺寸的不断缩小,VLSI芯片的性能日益受到互连线RC延迟的制约。为了降低RC延迟,IBM提出了一种Air-gap铜互连结构,用介电常数最低的绝缘介质——空气隙,作为互连介质层。研究表明,Air-gap铜互连结构不仅能显著减少互连线电容,而且能够改善互连线的漏电流和时间依赖的介质击穿(TDDB)特性。热应力是影响铜互连结构可靠性的一个重要方面。互连线上的热应力过大,容易产生薄膜附着或粘黏缺陷,造成空洞和应力迁移。考虑到Air-gap铜互连结构工艺比较复杂,结构不够稳定,对该结构进行热应力分析就成为了不可或缺的重要研究内容。本文描述一种对Air-gap铜互连结构的热应力进行有限元分析的方法。首先根据Hitachi公司的实验结果建立了不同互连线间距下Air-gap铜互连结构的有限元模型;然后,根据Hitachi Air-gap铜互连结构的工艺流程,分析了Air-gap铜互连结构在工艺过程中的热应力和形变,并且对比了不同互连线间距的Air-gap铜互连结构以及传统的实填充铜互连结构,在热应力和形变方面的差异;最后,根据热应力分析结果,我们预测了Air-gap铜互连结构在工艺结束后可能出现的缺陷和可靠性问题。考虑到焦耳热对Air-gap铜互连结构可靠性的潜在影响,本文分析了在不同电流密度和热边界条件下,Air-gap铜互连结构温度场和热应力的分布;对比了同一Air-gap铜互连结构在不同温度下,互连线以及airgap周围热应力的差异,以及同一温度下,互连结构的几何特征对铜互连结构应力的影响。