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半導体集積回路の配線構造設計装置 コモンズ

国内特許コード P140011128
掲載日 2014年12月1日
出願番号 特願2014-211318
公開番号 特開2016-081261
出願日 平成26年10月16日(2014.10.16)
公開日 平成28年5月16日(2016.5.16)
発明者
  • 神谷 庄司
  • 大宮 正毅
出願人
  • 国立大学法人 名古屋工業大学
発明の名称 半導体集積回路の配線構造設計装置 コモンズ
発明の概要 【課題】半導体集積回路における配線の配線構造設計装置1に関する。
【解決手段】配線10の配線層間の破壊じん性値を測定する配線層間破壊じん性測定部2と、配線10の加工プロセスに起因した応力を計算する応力計算部31および配線のエネルギー解放率を計算するエネルギー解放率計算部32からなるエネルギー解放率計算部3と、配線10の結晶粒構造を測定する結晶粒構造解析部4と、剥離判定部5とを有し、剥離判定部5において、配線層間破壊じん性測定部2から得られた配線10の破壊じん性値分布40およびエネルギー解放率計算部32から得られた配線10のエネルギー解放率分布42より、半導体集積回路の配線層間の剥離発生確率を計算する配線構造設計装置1である。
【選択図】 図1
従来技術、競合技術の概要


半導体集積回路は銅配線と絶縁膜層が交互に多層に積層された多層配線構造となっている.そして、次世代の高速・高集積度LSI内部では、集積回路内の配線間隔の微細化がすすめられている。さらに、配線遅延による性能劣化を防ぐため、銅を用いた配線と低誘電率をもつ層間絶縁材が使用されている。しかし、層間絶縁膜は低誘電率になるほど、ヤング率が低下するなどの機械的特性が低下を引き起こす。そして、異種材料が隣り合っている銅配線と絶縁膜の界面の機械的強度低下させ層間剥離を誘発する。



一方、集積回路を形成したシリコンチップを実装基板に取り付ける際に、はんだボールを用いて接合するフリップチップ実装が行われている。その結果、シリコンチップと実装基板との熱膨張係数の違いから、接合部に熱応力が発生する。また、実稼働時の外力負荷により、ヤング率の大きいシリコンチップとヤング率の小さい層間絶縁膜との変形のミスマッチからも応力が発生する。



このようなシリコンチップと基板との相互作用(Chip Package Interaction、以下CPI)による応力は製品の機械的信頼性を大きく低下させ、半導体集積回路製造の後工程でたびたび問題となり、設計や製造プロセスの見直しなど、製品開発において多大な損失を生じさせる(非特許文献1、2)。



CPIによる半導体集積回路の配線層間剥離については、複合材料の物性値を用いてLSIチップのモデルを簡易化して応力を解析する方法や、剥離発生の予測を多段階のステップに分けて解析することで計算を容易にする方法等が提案されている(特許文献1、非特許文献3)。また、LSIチップの特定箇所の剥離強度を評価するために、配線層間のエネルギー解放率を計算し剥離を予測する手法も提案されている(特許文献2)。



配線層間の剥離がおきるか否かについては、破壊力学的な考察から式1で判定することが可能である。
G>Gc (式1)
ここで,Gはエネルギー解放率を,Gcは破壊じん性値を表す.すなわち、銅配線/絶縁膜界面にき裂または欠陥がある場合、そのき裂または欠陥を進展させる駆動力であるエネルギー解放率と、その進展に対する抵抗力である破壊じん性値を用いて判定できる。一方、銅配線/絶縁膜界面の破壊じん性値は銅配線表面の結晶粒の大きさ・分布、結晶方位などの不均質な結晶粒構造に依存することが指摘されている(非特許文献4)。そのため、局所的な結晶粒構造の特性を反映した界面強度の定量的評価が重要な課題となってきている。

産業上の利用分野


本発明は、半導体集積回路における配線を設計する配線構造設計装置に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
半導体集積回路の配線を設計する配線構造設計装置において、
前記配線の配線層間の破壊じん性値を測定する配線層間破壊じん性測定部と、
前記配線の加工プロセスに起因した応力を計算する効力計算部および前記配線のエネルギー解放率を計算するエネルギー解放率計算部からなるエネルギー解放率計算部と、
前記配線の結晶粒構造を測定する結晶粒構造解析部と、
剥離判定部とを有し、
前記剥離判定部において、
前記配線層間破壊じん性測定部から得られた前記配線の破壊じん性値分布および前記エネルギー解放率計算部から得られた前記配線のエネルギー解放率分布より、
前記半導体集積回路の配線層間の剥離発生確率を計算することを特徴とする配線構造設計装置。

【請求項2】
前記エネルギー解放率計算部の前記エネルギー解放率を計算する工程において、
前記エネルギー解放率を、
前記配線の配線層間を仮想的に剥離させることにより生じるエネルギー変化を剥離面積で割ることにより計算することを特徴とする請求項1に記載する配線構造設計装置。






国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2014211318thum.jpg
出願権利状態 公開
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