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金属配線の信頼性評価装置及び方法、並びに金属配線の信頼性評価のためのプログラムを格納した記録媒体

国内特許コード P110004039
整理番号 Y98-P098-1
掲載日 2011年7月5日
出願番号 特願2007-246243
公開番号 特開2008-028416
登録番号 特許第4889040号
出願日 平成19年9月21日(2007.9.21)
公開日 平成20年2月7日(2008.2.7)
登録日 平成23年12月22日(2011.12.22)
発明者
  • 笹川 和彦
出願人
  • 国立研究開発法人科学技術振興機構
発明の名称 金属配線の信頼性評価装置及び方法、並びに金属配線の信頼性評価のためのプログラムを格納した記録媒体
発明の概要 【課題】金属配線のEM損傷支配パラメータを用いた数値シミュレーションにより、ボイド形成および断線故障に関する予測を行う。
【解決手段】 数値シミュレーションにおいて、金属配線は要素に分割される。電流密度および温度の分布は数値解析により得られる(S304)。各要素の原子流束発散AFDgenは、これらの分布と前もって加速試験により決定される材料物性の定数(S306)を用いることにより計算される(S308)。シミュレーションにおける1計算ステップあたりの体積減少(S312)は、各要素の体積、1計算ステップに対応する時間、および計算されたAFDgenに対応する原子体積を乗じることにより与えられる(S310)。体積に関する減少量を基に、各要素の厚さを減少する(S314)。厚さが減少した要素において、ボイドが形成されたことを示している。金属配線における電流密度と温度の分布の数値解析を各要素の厚さを考慮して再び行う(S304)。計算は繰り返し行われる。
【選択図】図3
従来技術、競合技術の概要


半導体デバイスの高集積化に伴い、微細素子を接続する金属配線に関し、その微細化に伴う信頼性低下が重要な問題である。金属配線の主な故障原因としてエレクトロマイグレーション(EM)が挙げられる。EMとは、高密度電子流により配線を構成する金属原子が移動する現象のことである。EMによる原子流束が不均一な場所では、局所的な原子の損失あるいは蓄積が生じ、これを原子流束の発散という。原子の損失あるいは蓄積によりそれぞれボイド(空隙部)やヒロック(金属原子塊)が生じる。通電に伴いボイドが成長し配線の断面積が減少すると、電流密度は増加しそれに伴い局所的に温度が上昇して溶断に至る。配線の信頼性確保のためには、ボイドあるいはヒロックの形成および断線といったEM損傷の的確な予測が肝要である。



これまでに、二次元の電流密度および温度分布がボイド形成に与える影響についての検討がなされ、配線の電流密度、電流密度勾配、温度、温度勾配、配線を構成する材料の物性がボイド形成の影響因子であることが明らかにされている。原子流束の発散を如何に高精度にしかも容易に求めるかがEM損傷予測の鍵である。これまでも一次元の温度分布を考慮した原子流束の発散の定式化が行われてきており、これに基づいて直線状の多結晶配線を対象に断線予測が行われている。しかし、配線の結晶粒組織すなわち、配線構造を考慮していないため、その適用は限られたものであった。また、単結晶の連続であるバンブー配線に関しては電流密度と温度の二次元分布を考慮した原子流束の発散については未だ検討がされていない。



配線の寿命予測はEM加速条件下の断線試験結果を実用条件下に外挿することにより行われる。この外挿には現在経験式が用いられているが、加速試験条件の選択や配線形状により予測結果が異なるといった問題があり普遍的な寿命予測法の開発が待たれていた。

産業上の利用分野


本発明は、金属配線の故障原因であるエレクトロマイグレーション(EM)損傷を予測して、信頼性を評価する技術に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
バンブー配線を要素分割して、数値解折手法により、電流密度および温度分布を求める手段と、
結晶粒内の原子流束の発散式AFDlatを求め、バンブー配線における原子流束発散(AFDgen)を以下の式で予め導出し、
【数1】


導出した原子流束発散(AFDgen)の式を用い、前記電流密度および温度分布と配線材料の物性定数とにより、前記分割した各要素の原子流束発散を計算する手段と、
計算した原子流束発散から、各要素の体積減少を求める手段と、
各要素の厚さの変化を求める手段とを有し、
各手段の動作を繰り返すことにより、厚さを貫通する要素が配線幅を占める状態、或いは厚さを貫通する要素または温度が材料の融点を超える要素が配線幅を占める状態となるまで処理を行い、配線寿命および断線箇所を予測することを特徴とする金属配線の信頼性評価装置。

【請求項2】
バンブー配線を要素分割して、数値解折手法により、電流密度および温度分布を求めるステップと、
結晶粒内の原子流束の発散式AFDlatを求め、バンブー配線における原子流束発散(AFDgen)を以下の式で予め導出し、
【数2】


導出した原子流束発散(AFDgen)の式を用い、前記電流密度および温度分布と配線材料の物性定数とにより、前記分割した各要素の原子流束発散を計算するステップと、
計算した原子流束発散から、各要素の体積減少を求めるステップと、
各要素の厚さの変化を求めるステップとを有し、
各ステップの動作を繰り返すことにより、厚さを貫通する要素が配線幅を占める状態、或いは厚さを貫通する要素または温度が材料の融点を超える要素が配線幅を占める状態となるまで処理を行い、配線寿命および断線箇所を予測することを特徴とする金属配線の信頼性評価方法。

【請求項3】
請求項2に記載の信頼性評価方法の各ステップをコンピュータに実行させるプログラムを格納した記録媒体。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2007246243thum.jpg
出願権利状態 登録
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