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THRESHOLD CURRENT DENSITY PREDICTING SYSTEM DUE TO EM DAMAGES OF MULTI-LAYERED STRUCTURE WIRING commons meetings

Patent code P05P002574
File No. Y2003-P432
Posted date Nov 11, 2005
Application number P2004-100093
Publication number P2005-286202A
Patent number P4515131
Date of filing Mar 30, 2004
Date of publication of application Oct 13, 2005
Date of registration May 21, 2010
Inventor
  • (In Japanese)笹川 和彦
  • (In Japanese)長谷川 昌孝
Applicant
  • (In Japanese)国立研究開発法人科学技術振興機構
Title THRESHOLD CURRENT DENSITY PREDICTING SYSTEM DUE TO EM DAMAGES OF MULTI-LAYERED STRUCTURE WIRING commons meetings
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide the evaluation system of a threshold current density with a numeric value simulation method carried out by a computer system.
SOLUTION: A current density distribution and temperature distribution of wiring are first obtained in 2-dimensional FEM analysis (S204). Atomic flux divergences AFD*li of each factor are found, by utilizing the results of the FEM analysis and thin film characteristic coefficient (205) (S206). The atomic concentration N is found, by calculating the decreased amounts or increased amounts of atoms in each factor in time increments allocated by actual time (S208). For the change of the atomic concentration N, the factor of an end is calculated, based on the value of Jend+AFD*li|strxΔl, and other factors are calculated, based on the value of AFD*li (S206). The atomic concentrations N in each factor are calculated, based on the distributions of the N's, the gradients of the atomic concentrations are calculated. As shown in the flowchart of the figure, these calculations are executed repeatedly (S210).
Outline of related art and contending technology (In Japanese)


従来、電子デバイス配線の寿命予測は、経験式を用いて行われていたが、この式を用いるにあたり、式中の配線形状に依存した定数を決定する必要があった。このため、普遍的な予測ができず、煩雑であった。また、式中の定数を決定するために行う通電実験の実験条件の設定により、予測結果が異なってしまい、一般に精度がいいとは言えなかった。これまでに、発明者らによって、断線故障の主要因であるエレクトロマイグレーション(EM)損傷の支配パラメータが理論的に定式化され、これを用いた高精度で普遍的な断線予測手法が開発されている(特許文献1参照)。しかしながら、この手法は、表面に保護膜のない配線を対象としていた。実用の配線は、一般に保護膜で被覆されており、この場合、EMによる配線内の原子濃度(応力)勾配が発生し、これに起因した原子拡散がEMによる原子拡散を打ち消すように作用するため、一般に配線寿命が長くなると言われている。最近、これらを考慮した保護膜を有する配線のためのEM損傷支配パラメータが特定され、断線故障に関する信頼性評価手法が開発された(特許文献2参照)。
昨今の半導体デバイスの微細高集積化に伴い、ビア導体(ビア)と呼ばれる端子で接続された多層構造の回路が形成されるようになっており、このような構造を呈する配線に対する高精度信頼性評価の手法の開発が待望されている。
【特許文献1】
特開2000-306969号公報
【特許文献2】
特開2002-43316号公報

Field of industrial application (In Japanese)


本発明は、ビア導体(Via:ビア)を介した多層構造配線のエレクトロマイグレーション(EM)による断線の予測に関するものである。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
多層構造配線のEM損傷による原子濃度分布評価システムであって、
2次元FEM解析による前記多層構造配線の各要素の電流密度分布、温度分布を計算するFEM解析手段と、
予め得た配線薄膜特性の定数と、前記FEM解析手段から得た電流密度分布、温度分布により、バンブー配線の原子流束発散AFDliを計算するAFDli計算手段と、
前記各要素の原子数の変化を、前記AFDliの値をもとに計算することで、実時間で割り当てられた時間増分における前記各要素中の原子濃度Nを計算する原子濃度変化計算手段と、
前記AFDli計算と、原子濃度変化計算とを、いずれかの要素において原子濃度Nの値が臨界原子濃度になるまで、あるいは、Nの値が臨界原子濃度に達することなく原子濃度分布が定常状態を維持するまで実行させる反復手段とを備え
前記AFDliは、
【数1】
 


であり、AFD*’liは、
【数2】
 


J:原子流束ベクトル,N:原子濃度,k:ボルツマン定数,T:絶対温度,Q:原子拡散の活性化エネルギ,κ:保護膜拘束下の濃度変化と応力変化との間の係数,Ω:原子体積,σT:引張りの熱応力,NT:σTが作用したときの原子濃度,N0:無応力状態における原子濃度,Z:有効電荷数,e:単位電荷,ρ:抵抗率,
であることを特徴とする多層構造配線のEM損傷による原子濃度分布評価システム。

【請求項2】
 
前記予め得た配線薄膜特性の定数は、AFDliによる理論的な配線端ドリフト速度と複数の電流密度と基板温度の組の実験による計測値とを、最小2乗法により最適化パラメータとして決定することを特徴とする、請求項1に記載の多層構造配線のEM損傷による原子濃度分布評価システム。

【請求項3】
 
請求項1又は2に記載の多層構造配線のEM損傷による原子濃度分布評価システムの機能をコンピュータシステムに実現させることを特徴とするプログラム。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2004100093thum.jpg
State of application right Registered
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