JP2001156140A - Wire em simulation method - Google Patents

Wire em simulation method

Info

Publication number
JP2001156140A
JP2001156140A JP33403399A JP33403399A JP2001156140A JP 2001156140 A JP2001156140 A JP 2001156140A JP 33403399 A JP33403399 A JP 33403399A JP 33403399 A JP33403399 A JP 33403399A JP 2001156140 A JP2001156140 A JP 2001156140A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
wiring
void
flux
diffusion
simulation method
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP33403399A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tsutomu Niizawa
勉 新澤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
Priority to JP33403399A priority Critical patent/JP2001156140A/en
Publication of JP2001156140A publication Critical patent/JP2001156140A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately predict a wire lifetime by taking in advance a facet face generated in EM of an actual wire into a surface element of a void surface. SOLUTION: A wire EM simulation method comprises the steps of a face direction determining means 257 for providing a face direction in each surface element of a void surface of a wires, a means 256 for introducing surface energy in each face direction thereof, and a means 255 for calculating the chemical potential in each face direction from this surface energy. A void shape change is analyzed in figures by an atomic flux component in a void region generated by a current, and an atom flux component by a slope of the chemical potential.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、配線に電流を流し
たときに発生するエレクトロマイグレーション起因の故
障をシミュレーションする方法において、とくにボイド
発生による故障を予測するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for simulating a failure caused by electromigration that occurs when a current flows through a wiring, and particularly to a method for predicting a failure caused by the occurrence of voids.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体集積回路(LSI)を構成する半
導体素子の微細化にともない、チップ内の配線幅が減少
し、配線を構成する結晶粒の構造が多結晶からバンブー
状多結晶に変化してきた。このようなバンブー状の粒界
構造を持つ配線は、速い拡散経路としての粒界が少なく
なるので、配線のエレクトロマイグレーション(以下、
EMと略記する)による平均寿命が延びた。しかしなが
ら、この配線は、例えばアプライド・フィジックス・レ
ター、1992年、61巻3121ページに記載の論文
にあるように、スリット状のボイドが発生し、数は少な
いが速く切れてしまう配線があり、EM寿命のバラツキ
が大きいことが知られている。すなわちボイドの形状
と、EM寿命とが相関する現象が報告されている。
2. Description of the Related Art With the miniaturization of semiconductor elements forming a semiconductor integrated circuit (LSI), the width of wiring in a chip has been reduced, and the structure of crystal grains forming wiring has changed from polycrystalline to polycrystalline bamboo. Was. In the wiring having such a bamboo-like grain boundary structure, since the number of grain boundaries as a fast diffusion path is reduced, the electromigration of the wiring (hereinafter, referred to as “electromigration”)
EM). However, this wiring has slit-like voids and has a small number of wirings that are cut quickly, as described in, for example, the article described in Applied Physics Letter, Vol. 61, pp. 3121, 1992. It is known that the variation in the service life is large. That is, a phenomenon in which the shape of the void correlates with the EM lifetime has been reported.

【0003】そして、EM寿命を改善するための指針を
得るために、ボイド形状を支配する要因を解明する必要
があり、そのためにシミュレーションが行われている。
シミュレーションは、ボイド付近の電流密度分布と温度
場の影響を考慮している。同時に、ボイドの表面張力を
考慮している。
In order to obtain a guideline for improving the EM life, it is necessary to clarify the factors governing the void shape, and a simulation is performed for that purpose.
The simulation considers the influence of the current density distribution near the void and the temperature field. At the same time, the void surface tension is taken into account.

【0004】初期のボイド形状入力後、有限要素法によ
り電流密度、温度分布を求め差分法により、ボイドの動
きを配線金属の表面拡散、表面張力を用いて計算し、変
形後にメッシュを切り直して、上記電流伝熱、表面拡散
計算を繰り返し、ボイドの成長をシミュレーションする
構成となっている。以下、上記の文献の技術内容を簡単
に説明する。
After inputting the initial void shape, the current density and temperature distribution are obtained by the finite element method, and the movement of the void is calculated by the difference method using the surface diffusion and surface tension of the wiring metal. The above-mentioned current heat transfer and surface diffusion calculations are repeated to simulate the growth of voids. Hereinafter, the technical contents of the above documents will be briefly described.

【0005】形状変形は、表面張力を考慮した表面拡散
と、電流による原子流(EMの項)を用いている。表面
でのフラックスJsを(1)式で表す。そして、ボイド
表面の法線方向の位置変化速度vnは、(2)式で表さ
れる。
The shape deformation uses surface diffusion in consideration of surface tension and atomic flow (EM term) by electric current. The flux Js on the surface is expressed by equation (1). Then, the position change speed vn of the void surface in the normal direction is expressed by equation (2).

【0006】 [0006]

【0007】ここでδsは表面拡散層の厚み、Dsは表
面拡散係数、Ωは原子体積、kはボルツマン定数、Tは
系の温度、Z* は有効電荷、ρは抵抗率、jsは電流密
度、γは表面張力、κは曲率、sは表面に沿った座標で
ある。
Where δs is the thickness of the surface diffusion layer, Ds is the surface diffusion coefficient, Ω is the atomic volume, k is the Boltzmann constant, T is the temperature of the system, Z * is the effective charge, ρ is the resistivity, and js is the current density. , Γ is surface tension, κ is curvature, and s is coordinates along the surface.

【0008】ここで、図7にボイドとメッシュを示し、
ボイド表面がどのように移動するか説明する。図7にお
いて隣接する要素a、要素bのEMによるフラックスI
se(a)、Ise(b)はそれぞれ、(3)式で表さ
れる。
FIG. 7 shows a void and a mesh.
Explain how the void surface moves. In FIG. 7, flux I of adjacent elements a and b by EM
se (a) and Ise (b) are each expressed by equation (3).

【0009】ここで、js(a)、js(b)は要素
a、要素bでの電流密度で有限要素法で計算したもので
ある。質量保存から、節点2のボイド表面の法線方向へ
の移動速度vneが(4)式のように導出される。
Here, js (a) and js (b) are calculated by the finite element method using the current densities at the elements a and b. From the mass conservation, the moving speed vne in the normal direction of the void surface of the node 2 is derived as in equation (4).

【0010】ここで、sa、sbは節点1と2,節点2
と3の距離である。vneの方向は、節点1と3を結ぶ
線分に垂直にとる。時間ステップΔtの間に、節点2が
速度vneで進む距離uneは(5)式で表される。
Here, sa and sb are nodes 1 and 2 and node 2
And a distance of 3. The direction of vne is perpendicular to the line connecting nodes 1 and 3. The distance une at which the node 2 travels at the speed vne during the time step Δt is represented by Expression (5).

【0011】次に、表面張力によるフラックスを計算す
る。まず、それぞれの節点の曲率を隣接する節点の位置
を用いて計算する。これは、3点を通る円を求めその半
径の逆数として求める。曲率はボイド表面が凹のとき正
にとる。曲率を駆動力とした、単位膜厚あたりのフラッ
クスは、要素a,および要素bについて(6)式のよう
に計算できる。これらのフラックスを用いて、節点2に
おける表面の移動距離(時間ステップΔtの間の)、は
(7)式のように計算できる。
Next, the flux due to the surface tension is calculated. First, the curvature of each node is calculated using the positions of adjacent nodes. In this case, a circle passing through three points is obtained, and is obtained as the reciprocal of the radius. The curvature is positive when the void surface is concave. The flux per unit film thickness using the curvature as the driving force can be calculated for element a and element b as in equation (6). Using these fluxes, the movement distance of the surface at the node 2 (during the time step Δt) can be calculated as in equation (7).

【0012】 [0012]

【0013】ここで、ボイド表面の両端の節点にはある
仮定が必要である。すなわち、これらの節点は配線の側
壁に位置するので、この側壁に沿って動く。また、平衡
状態では、ボイド表面と配線側壁の角度は90度と仮定
する。
Here, it is necessary to make certain assumptions at the nodes at both ends of the void surface. That is, since these nodes are located on the side wall of the wiring, they move along the side wall. In the equilibrium state, the angle between the void surface and the wiring side wall is assumed to be 90 degrees.

【0014】以上はファセットを考慮しないボイドの成
長について、処理を記述したが、引き続きこれに修正を
加えることにより、従来の技術では、ファセット状(フ
ァセット面の輪郭を持つ形状)のボイド成長を再現して
いる。
In the above, the processing has been described for the growth of voids without considering facets. However, by continuously modifying the processing, the conventional technique reproduces the growth of voids in a facet shape (a shape having a contour of a facet surface). are doing.

【0015】実験で観測される、ファセット状ボイドの
形状発展を再現するために、表面拡散係数Dsに角度依
存性を(8)式のように取り入れた。
In order to reproduce the shape evolution of facet-like voids observed in the experiment, the angle dependence was introduced into the surface diffusion coefficient Ds as shown in equation (8).

【0016】ここで、Ds、minは、表面拡散が最も
遅い表面での拡散係数、無次元の数A、zはそれぞれ、
非等方性の程度と結晶の対称性(数)である。 角度φ
は、ボイド表面の接線と配線の長手方向とがなす角であ
り、角度φ0 は配線と、結晶の相対的な配置を表す角度
である。
Here, Ds and min are the diffusion coefficient on the surface with the slowest surface diffusion, and the dimensionless numbers A and z are
The degree of anisotropy and the symmetry (number) of the crystal. Angle φ
Is the angle between the tangent to the void surface and the longitudinal direction of the wiring, and the angle φ0 is the angle representing the relative arrangement of the wiring and the crystal.

【0017】1980年サーフェス・サイセンス、97
巻73ページ(Surface Science 97
(1980)73−87)の論文によると、表面拡散係
数は表面により2桁以上値が異なることが報告されてい
る。この報告をもとに、面方位の拡散係数の大きさの関
係をDs(110)>Ds(111)>Ds(100)
とした。(8)式から、拡散係数が最大になる方位はz
の2倍あり、上記の仮定から、最大の拡散係数の方向に
沿って(110)面があると考える。
1980 Surface Science, 97
Vol. 73 (Surface Science 97
According to the paper of (1980) 73-87), it is reported that the surface diffusion coefficient differs by two or more digits depending on the surface. Based on this report, the relationship of the magnitude of the diffusion coefficient of the plane orientation was calculated as Ds (110)> Ds (111)> Ds (100).
And From equation (8), the azimuth at which the diffusion coefficient becomes maximum is z
And it is considered from the above assumption that there is a (110) plane along the direction of the maximum diffusion coefficient.

【0018】このようにしてファセット状ボイドの成長
を取り入れた計算の結果を図8に示す。図8はボイド形
状の時間変化を示すシミュレーション結果である。ここ
では、これまでの仮定に加えて、さらに、ボイド面に一
定の成長速度(Bとする)を仮定している。 図中の実
線の矢印は、最も速い拡散係数を持つ面の方向を示して
いる。図8におけるそれぞれの条件は以下のようであ
る。
FIG. 8 shows the result of a calculation incorporating the growth of facet-like voids in this manner. FIG. 8 is a simulation result showing a temporal change of the void shape. Here, in addition to the above assumptions, a constant growth rate (B) is assumed on the void surface. The solid arrow in the figure indicates the direction of the surface having the fastest diffusion coefficient. Each condition in FIG. 8 is as follows.

【0019】図8(a);A=10、z=3、φ0 =
0、B=0.36μm2 /h 図8(b);A=10、z=1、φ0 =0、B=0.3
6μm2 /h 図8(c);A=10、z=1、φ0 =0、B=0.0
72μm2 /h 図8(d);A=10、z=1、φ0 =−π/4、B=
0.072μm2 /h 図8(a)はz=3で、3つの{110}面群がある結
晶粒は紙面が(111)に一致しているときと整合す
る。ボイドは最初の半円から、6角形(半分)に近い形
に成長している。ただし各辺は、想定される(110)
面とは少しずれている。
FIG. 8A: A = 10, z = 3, φ0 =
0, B = 0.36 μm 2 / h FIG. 8 (b); A = 10, z = 1, φ0 = 0, B = 0.3
6 μm 2 / h FIG. 8C; A = 10, z = 1, φ0 = 0, B = 0.0
72 μm 2 / h FIG. 8D; A = 10, z = 1, φ0 = −π / 4, B =
0.072 μm 2 / h FIG. 8A shows that at z = 3, a crystal grain having three {110} plane groups matches that when the paper surface matches (111). The void grows from the first semicircle to a shape close to a hexagon (half). However, each side is assumed (110)
It is slightly off the plane.

【0020】図8(b)、(c)、(d)はz=1で、
(011バー)面が一枚だけ紙面に垂直になり、紙面が
(110)面になる結晶粒の配置である。これらの場
合、シミュレーション結果は、(11バー1)面に沿っ
ているように見える。
FIGS. 8B, 8C and 8D show the case where z = 1.
This is an arrangement of crystal grains in which only one (011 bar) plane is perpendicular to the paper surface and the paper surface is the (110) plane. In these cases, the simulation results appear to be along the (11 bar 1) plane.

【0021】[0021]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述したよう
な従来の技術では、想定した面方位とずれた面が出てお
り、ボイドの成長を正確に再現できない。そのため、寿
命の予測が不正確になる。 また、ボイド表面に粒界が
ある場合の計算では、粒界の性質を反映できない。した
がって、粒界の性質に起因するボイド形状の予測が不正
確になり、寿命の予測が不正確になる。
However, in the prior art as described above, a plane deviated from the assumed plane orientation appears, and the growth of voids cannot be accurately reproduced. As a result, the life prediction becomes inaccurate. Further, the calculation in the case where there is a grain boundary on the void surface cannot reflect the properties of the grain boundary. Therefore, the prediction of the void shape due to the properties of the grain boundaries becomes inaccurate, and the prediction of the life becomes inaccurate.

【0022】これは、ボイド表面の形状変化において結
晶の方位を拡散係数Dsの面方位依存性を大きさの順番
しか考慮してないので半定量的であり、最大Ds以外の
値は、面方位依存を定量的に再現することができないか
らである。
This is semi-quantitative since the orientation of the crystal in the shape change of the void surface is considered only in the order of the size, depending on the plane orientation dependence of the diffusion coefficient Ds. This is because the dependence cannot be reproduced quantitatively.

【0023】また、拡散係数Dsの角度依存性は、
(8)式のようにz(φ+φ0 )のcosの2乗として
取り入れられている。従って、Dsが最大となる角度は
(φ=nπ/z−φ0 、nは任意の整数)のまわりでD
sは最大値に近い値をとるので、成長するファセット面
の角度がずれ易くなる。さらに、拡散係数Dsの最大の
ものの方向しか意味が無いので、他の面方位は物理的に
規定されていないことになる。したがってたとえ形が再
現されたとしても、他の面方位は推定にすぎず面方位の
解釈において曖昧さが生ずる。また、表面エネルギーを
考慮しておらず、本来の低指数面が優先して生じる機構
を含んでいない。
The angle dependence of the diffusion coefficient Ds is given by
It is taken as the square of the cos of z (φ + φ0) as in equation (8). Therefore, the angle at which Ds becomes the maximum is (φ = nπ / z-φ0, n is an arbitrary integer) around D
Since s takes a value close to the maximum value, the angle of the growing facet surface tends to shift. Furthermore, since only the direction of the largest diffusion coefficient Ds is meaningful, other plane orientations are not physically defined. Therefore, even if the shape is reproduced, the other plane orientations are only estimates and ambiguities arise in the interpretation of the plane orientations. In addition, the surface energy is not taken into account, and the mechanism does not include a mechanism in which an original low index surface is preferentially generated.

【0024】本発明の目的は、以上の問題点を解決し、
ファセット面で構成されるボイドの形状変化を簡便に数
値解析できるシミュレーション方法を提供し、LSIの
配線信頼性を向上させることにある。
An object of the present invention is to solve the above problems,
An object of the present invention is to provide a simulation method capable of easily performing a numerical analysis of a shape change of a void formed by a facet surface, and to improve the wiring reliability of an LSI.

【0025】[0025]

【課題を解決するための手段】このために本発明の配線
EMシミュレーション方法では、配線のボイド表面の表
面要素ごとに面方位を持たせ、前記面方位の表面エネル
ギーより化学ポテンシャルを計算し、前記化学ポテンシ
ャルの勾配より前記配線を構成する原子のフラックスを
求めて前記ボイド表面の時間変化を数値解析する。ここ
で、前記ボイド表面のうち、表面エネルギーの小さい面
の要素が大きくなり、表面エネルギーの大きい面の要素
が小さくなるように、前記化学ポテンシャルを求める。
For this purpose, according to the wiring EM simulation method of the present invention, a plane orientation is provided for each surface element on the void surface of the wiring, and a chemical potential is calculated from the surface energy of the plane direction. The flux of the atoms constituting the wiring is obtained from the gradient of the chemical potential, and the time change of the void surface is numerically analyzed. Here, among the void surfaces, the chemical potential is determined such that elements on a surface having a small surface energy are large and elements on a surface having a large surface energy are small.

【0026】そして、本発明の配線EMシミュレーショ
ン方法では、前記ボイド表面の時間変化の解析におい
て、配線内の電場解析手段と、温度場解析手段と、前記
配線を構成する原子の拡散およびドリフトを解析する手
段とを有する。
According to the wiring EM simulation method of the present invention, in analyzing the time change of the void surface, an electric field analyzing means in the wiring, a temperature field analyzing means, and a diffusion and a drift of atoms constituting the wiring are analyzed. Means.

【0027】そして、本発明の配線EMシミュレーショ
ン方法は、配線のボイド表面の表面要素ごとに面方位を
持たせる面方位決定するステップと、前記面方位ごとに
表面エネルギーを導出するステップと、前記表面エネル
ギーより前記面方位毎に化学ポテンシャルを計算するス
テップとを有する。
According to the wiring EM simulation method of the present invention, a step of determining a plane direction to have a plane direction for each surface element on the void surface of the wiring, a step of deriving a surface energy for each plane direction, Calculating a chemical potential for each plane orientation from energy.

【0028】ここで、本発明の配線EMシミュレーショ
ン方法は、初期のボイド表面形状を決定するステップ
と、前記ボイドにメッシュを生成するステップと、前記
ボイド領域の電流密度分布を計算するステップと、前記
ボイド領域の温度分布を計算するステップとを有する。
Here, in the wiring EM simulation method of the present invention, a step of determining an initial void surface shape, a step of generating a mesh in the void, a step of calculating a current density distribution in the void region, Calculating the temperature distribution in the void region.

【0029】また、本発明の配線EMシミュレーション
方法は、配線内の電流から原子フラックスを求めるステ
ップと、前記ボイドが配線表面に露出しているかどうか
を決定するステップとを有し、前記配線に電流を流すこ
とで前記ボイドが配線表面に露出する場合に、前記電流
により発生する前記ボイド領域の原子フラックスを求
め、前記化学ポテンシャル勾配によるフラックス成分と
で前記ボイド形状変化を数値解析する。
The wiring EM simulation method according to the present invention includes a step of obtaining an atomic flux from a current in the wiring, and a step of determining whether or not the void is exposed on the wiring surface. When the voids are exposed on the wiring surface by flowing the gas, the atomic flux in the void region generated by the current is determined, and the change in the void shape is numerically analyzed with the flux component due to the chemical potential gradient.

【0030】このように本発明では、現実の配線のEM
で生じるファセット面を予めボイド表面の表面要素に取
り入れているために、配線寿命が正確に予測できるよう
になる。
As described above, according to the present invention, the EM
Since the facet surface generated in step (1) is previously incorporated into the surface element of the void surface, the wiring life can be accurately predicted.

【0031】[0031]

【発明の実施の形態】本発明は、配線に電流を流したと
き発生するエレクトロマイグレーション起因の故障をシ
ミュレーションする方法において、ボイド発生による故
障を予測するものである。特に多結晶Al合金からなる
配線では、ボイドは、低指数の面方位を持つファセット
面から構成されることが多く、本発明は、ファセット面
を保持したボイドの形状変化をシミュレーションする方
法を提供する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention predicts a failure caused by voids in a method for simulating a failure caused by electromigration that occurs when a current flows through a wiring. In particular, in a wiring made of a polycrystalline Al alloy, voids often consist of facet planes having a low index plane orientation, and the present invention provides a method for simulating a shape change of a void holding a facet plane. .

【0032】ボイド表面の表面要素ごとに面方位を持た
せ、面方位ごとに求めた表面エネルギーと表面拡散係数
を用いる。また、表面エネルギーの小さい表面の要素を
大きくし、表面エネルギーの大きい面の要素を小さくす
るように、表面エネルギーによる化学ポテンシャル勾配
のフラックスを取り入れることを特徴とするボイド表面
変形のシミュレーション方法である。
A plane orientation is provided for each surface element of the void surface, and the surface energy and the surface diffusion coefficient obtained for each plane orientation are used. A void surface deformation simulation method characterized by incorporating a flux of a chemical potential gradient due to surface energy so as to increase a surface element having a small surface energy and reduce a surface element having a large surface energy.

【0033】以下、本発明の実施の形態を図に従って説
明する。図1は、本発明のシミュレーションで用いる装
置の概略とその手段を示す。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an outline of an apparatus used in the simulation of the present invention and its means.

【0034】図1に示すように、キーボード等の入力装
置1とプログラム制御により動作するデータ処理装置2
と、情報を記憶する記憶装置3と、ディスプレイ装置や
印刷装置等の出力装置4とを含む。
As shown in FIG. 1, an input device 1 such as a keyboard and a data processing device 2 operating under program control
And a storage device 3 for storing information, and an output device 4 such as a display device or a printing device.

【0035】記憶装置3は、形状記憶部31、メッシュ
情報記憶部32、温度分布記憶部33、電位分布記憶部
34,原子流速記憶部35からなる。そして、データ処
理装置2は、初期形状入力手段21、メッシュ生成手段
22、電場解析手段23,温度場解析手段24、拡散ド
リフト解析手段25、形状発展手段26からなる。
The storage device 3 comprises a shape storage unit 31, a mesh information storage unit 32, a temperature distribution storage unit 33, a potential distribution storage unit 34, and an atomic flow rate storage unit 35. The data processing device 2 includes an initial shape input unit 21, a mesh generation unit 22, an electric field analysis unit 23, a temperature field analysis unit 24, a diffusion drift analysis unit 25, and a shape development unit 26.

【0036】ここで、初期形状入力手段21は、入力装
置1から配線と、そのまわりの絶縁膜等の形状や、材質
に対応した物性値や、配線故障シミュレーションを行う
時の境界条件等を入力し、形状・境界条件記憶部31に
格納する。メッシュ生成手段22は、形状・境界条件記
憶部31の配線、絶縁膜のそれぞれについて形状データ
を取り出し、メッシュを生成しメッシュ情報をメッシュ
情報記憶部32に格納する。電場解析手段23は、配線
のメッシュ情報をメッシュ情報記憶部32から、境界条
件を形状・境界条件記憶部31から参照して、有限要素
法あるいは有限体積法等の解析手段を用いてポアソン方
程式を解き各節点の電位を電位分布記憶部34に格納す
る。温度場解析手段24は、メッシュ情報記憶部32か
ら配線および絶縁膜等のメッシュ情報を参照し、形状・
境界条件記憶部31から熱解析に関する境界条件を参照
し、有限要素法あるいは有限体積法等の解析手段を用い
て熱伝導方程式を解き、各節点における温度を計算し、
温度分布記憶部33に格納する。
Here, the initial shape input means 21 inputs, from the input device 1, the shape of the wiring and the surrounding insulating film, physical properties corresponding to the material, boundary conditions for performing the wiring failure simulation, and the like. Then, it is stored in the shape / boundary condition storage unit 31. The mesh generation unit 22 extracts shape data for each of the wiring and insulating film in the shape / boundary condition storage unit 31, generates a mesh, and stores the mesh information in the mesh information storage unit 32. The electric field analysis unit 23 refers to the mesh information of the wiring from the mesh information storage unit 32 and the boundary condition from the shape / boundary condition storage unit 31 and uses the analysis means such as the finite element method or the finite volume method to calculate the Poisson equation. The potential at each node is stored in the potential distribution storage unit 34. The temperature field analysis unit 24 refers to the mesh information of the wiring and the insulating film from the mesh information storage unit 32, and
Referring to the boundary conditions related to the thermal analysis from the boundary condition storage unit 31, solving the heat conduction equation using analysis means such as the finite element method or the finite volume method, calculating the temperature at each node,
It is stored in the temperature distribution storage unit 33.

【0037】そして、拡散ドリフト解析手段25は、粒
界、界面およびボイド表面のメッシュ情報を、メッシュ
情報記憶部32から参照し、粒界、界面、およびボイド
表面での各節点で、拡散係数およびEM、濃度、表面エ
ネルギーによる駆動力を計算し、各駆動力によるフラッ
クスを求め、原子流速記憶部35に格納する。
Then, the diffusion drift analysis means 25 refers to the mesh information of the grain boundary, the interface, and the void surface from the mesh information storage unit 32, and calculates the diffusion coefficient and the diffusion coefficient at each node on the grain boundary, the interface, and the void surface. The driving force based on the EM, the concentration, and the surface energy is calculated, the flux based on each driving force is obtained, and the flux is stored in the atomic velocity storage unit 35.

【0038】形状発展手段26は、原子流速記憶部35
を参照して、各表面要素でのフラックスのバランスを計
算し、表面要素の移動量をもとめ、表面を構成する、節
点の位置を変更し、形状・境界条件記憶部31に格納す
る。また、出力装置4に形状を出力する。
The shape developing means 26 includes an atomic velocity storage unit 35
, The balance of the flux at each surface element is calculated, the amount of movement of the surface element is determined, the position of the node forming the surface is changed, and the shape / boundary condition storage unit 31 is stored. Further, the shape is output to the output device 4.

【0039】次に、図2に従って上記の拡散ドリフト計
算手段25および形状発展手段26の構造を詳細に説明
する。
Next, the structures of the diffusion drift calculation means 25 and the shape development means 26 will be described in detail with reference to FIG.

【0040】図2に示すように、原子流速記憶部35
は、さらに詳細には、表面拡散係数記憶部331、表面
エネルギー記憶部332、結晶粒データ記憶部333、
粒界拡散フラックス記憶部334、EMフラックス記憶
部335、表面フラックス記憶部336からなる。
As shown in FIG. 2, the atomic velocity storage unit 35
In more detail, the surface diffusion coefficient storage unit 331, the surface energy storage unit 332, the crystal grain data storage unit 333,
It comprises a grain boundary diffusion flux storage unit 334, an EM flux storage unit 335, and a surface flux storage unit 336.

【0041】拡散ドリフト計算手段25は、粒界拡散フ
ラックス計算手段251、EMフラックス計算手段25
2、表面フラックス計算手段253、表面拡散係数検索
手段254、化学ポテンシャル計算手段255、表面エ
ネルギー検索手段256、面方位決定手段257からな
る。
The diffusion drift calculator 25 includes a grain boundary diffusion flux calculator 251 and an EM flux calculator 25.
2. It comprises a surface flux calculating means 253, a surface diffusion coefficient searching means 254, a chemical potential calculating means 255, a surface energy searching means 256, and a plane orientation determining means 257.

【0042】粒界拡散フラックス計算手段251は、粒
界上の各節点での温度を温度分布記憶部33を参照して
取り出し、粒界拡散係数を計算する。また、粒界拡散係
数と、粒界上の隣り合う節点での原子濃度から濃度勾配
を計算し、粒界拡散のフラックスを計算し、粒界拡散フ
ラックス記憶部334に格納する。
The grain boundary diffusion flux calculation means 251 takes out the temperature at each node on the grain boundary with reference to the temperature distribution storage unit 33 and calculates the grain boundary diffusion coefficient. Further, a concentration gradient is calculated from a grain boundary diffusion coefficient and an atomic concentration at an adjacent node on the grain boundary, a flux of the grain boundary diffusion is calculated, and stored in the grain boundary diffusion flux storage unit 334.

【0043】EMフラックス計算手段252は、粒界上
の各節点での温度を温度分布記憶部33を参照して取り
出し、粒界拡散係数を計算する。また、この粒界拡散係
数と温度および、粒界上の隣り合う節点での電位から電
流密度を計算し、EMフラックスを計算し、EMフラッ
クス記憶部に格納する。
The EM flux calculation means 252 takes out the temperature at each node on the grain boundary with reference to the temperature distribution storage section 33 and calculates the grain boundary diffusion coefficient. Further, the current density is calculated from the grain boundary diffusion coefficient and the temperature, and the potential at an adjacent node on the grain boundary, and the EM flux is calculated and stored in the EM flux storage unit.

【0044】表面フラックス計算手段253は、化学ポ
テンシャル計算手段255から化学ポテンシャルの表面
に沿った勾配と、表面拡散係数検索手段254から表面
拡散係数とを取り出し、表面フラックスを計算し表面フ
ラックス記憶部336に格納する。
The surface flux calculation means 253 extracts the gradient of the chemical potential along the surface from the chemical potential calculation means 255 and the surface diffusion coefficient from the surface diffusion coefficient search means 254, calculates the surface flux, and calculates the surface flux. To be stored.

【0045】そして、化学ポテンシャル計算手段255
は、ボイド表面に沿った各表面要素について、その方位
を面方位決定手段257を用いて決定し、表面エネルギ
ー検索手段256から面方位情報にしたがった表面エネ
ルギーを取り出し、化学ポテンシャルを求め表面に沿っ
た化学ポテンシャルの勾配を計算し、表面フラックス計
算手段253に渡す。
Then, the chemical potential calculation means 255
Determines the orientation of each surface element along the void surface using the plane orientation determining means 257, extracts the surface energy according to the plane orientation information from the surface energy searching means 256, obtains the chemical potential, and determines the chemical potential along the surface. The calculated chemical potential gradient is calculated and passed to the surface flux calculating means 253.

【0046】次に、図3に基づいて本発明の配線故障シ
ミュレーションの手順を説明する。図3は、本発明によ
る配線故障シミュレーション方法の実施例を説明するた
めのフローチャートである。すなわち、初期形状入力
後、有限要素法により、電流密度、温度分布を求め、そ
れをもとに結晶粒界上およびボイド表面上での原子の粒
界および表面拡散量を計算するエレクトロマイグレーシ
ョンによる配線故障シミュレーションのフローチャート
を示す図である。以下、各ステップについて順に説明す
る。
Next, the procedure of the wiring fault simulation of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a flowchart for explaining an embodiment of the wiring failure simulation method according to the present invention. That is, after the initial shape is input, the current density and temperature distribution are obtained by the finite element method, and the wiring based on electromigration is used to calculate the grain boundary and the surface diffusion amount of the atoms on the crystal grain boundaries and the void surface based on the current density and temperature distribution It is a figure showing a flow chart of failure simulation. Hereinafter, each step will be described in order.

【0047】ステップA1:まず、配線形状にしたがっ
た初期構造を入力装置1より初期形状入力手段21で入
力処理し、配線形状や材料に対応した物性値、境界条件
を形状・境界条件記憶部31に格納する。
Step A1: First, the initial structure according to the wiring shape is input from the input device 1 by the initial shape input means 21, and physical values and boundary conditions corresponding to the wiring shape and material are stored in the shape / boundary condition storage unit 31. To be stored.

【0048】ステップA2:つぎに、メッシュ生成手段
22により、初期構造に対して、メッシュを生成し、メ
ッシュ情報記憶部32に格納する。
Step A2: Next, a mesh is generated for the initial structure by the mesh generation means 22 and stored in the mesh information storage unit 32.

【0049】ステップA3:つぎに、電場解析手段23
により、有限要素法あるいは有限体積法等の解析手段を
用いてポアソン方程式を解き各節点の電位を電位分布記
憶部34に格納する。
Step A3: Next, the electric field analyzing means 23
Thus, the Poisson equation is solved using analysis means such as the finite element method or the finite volume method, and the potential at each node is stored in the potential distribution storage unit 34.

【0050】ステップA4:つぎに、温度解析手段24
により、電流密度分布の計算と同一メッシュで、得られ
た電流により発生するジュール熱を熱源として、温度分
布を求め、温度分布記憶部33に格納する。
Step A4: Next, the temperature analysis means 24
By using the same mesh as that for calculating the current density distribution, the temperature distribution is obtained using the Joule heat generated by the obtained current as a heat source, and stored in the temperature distribution storage unit 33.

【0051】ステップA5:つぎに、拡散ドリフト解析
手段25により、各節点での原子フラックスを求めて、
それぞれの要素におけるフラックスを原子流速記憶部3
5に格納する。さらに、形状発展手段26により、粒界
では粒界中の原子密度を変化させ、表面では原子フラッ
クスの出入りを考慮して、表面要素の移動を行わせ、ボ
イドの形状変形を進展させる。
Step A5: Next, the atomic flux at each node is obtained by the diffusion drift analysis means 25.
The flux in each element is stored in the atomic velocity storage unit 3
5 is stored. Further, the shape evolving means 26 changes the atomic density in the grain boundary at the grain boundary, moves the surface element in consideration of the entrance and exit of the atomic flux on the surface, and advances the shape deformation of the void.

【0052】ステップA6:つぎに、繰り返し回数を更
新し、ステップA7の判定で、所要の繰り返し数に達し
ているかどうか判断し、達していなければステップA2
のメッシュ生成に戻り、達していれば終了する。
Step A6: Next, the number of repetitions is updated, and it is determined in step A7 whether the required number of repetitions has been reached. If not, step A2
The process returns to the generation of the mesh, and the process is ended if the mesh has been reached.

【0053】次に図4のボイド形状変形の詳細フローチ
ャートを参照しながら、ボイド形状変形について説明す
る。
Next, the deformation of the void shape will be described with reference to the detailed flowchart of the deformation of the void shape shown in FIG.

【0054】ステップB1:先ず、図2で示したEMフ
ラックス計算手段252により、全ての表面要素あるい
は粒界要素について、両端の電位から電位勾配をもと
め、有効電荷Z* および電子の電荷e、電場(=電位勾
配)Eと、節点の温度に対応した拡散係数から、表面あ
るいは粒界上でのEMフラックスJE をもとめる。この
で、JE =D(T)/kT・Z* ・eEとなる。
Step B1: First, potential gradients are obtained from potentials at both ends of all surface elements or grain boundary elements by the EM flux calculating means 252 shown in FIG. 2, and the effective charge Z * , the charge e of the electron, the electric field The EM flux J E on the surface or on the grain boundary is determined from (= potential gradient) E and the diffusion coefficient corresponding to the temperature of the node. Thus, J E = D (T) / kT · Z * · eE.

【0055】ステップB2:つぎに、以降の処理は表面
か粒界によりことなるので判定をおこなう。以降の各ス
テップの処理は表面要素全体あるいは、粒界要素全体に
ついて行なう。
Step B2: Next, since the subsequent processing differs depending on the surface or the grain boundary, a judgment is made. The processing in the subsequent steps is performed on the entire surface element or the entire grain boundary element.

【0056】ステップB3:表面の場合には、EMフラ
ックスにもとづいて、表面拡散係数を面方位を考慮し
て、あらかじめ原子間ポテンシャルから分子動力学法
(MD)を用いて求めておき、テーブル化したものか
ら、表面拡散係数検索手段254によりもとめ、EMフ
ラックスによる、原子の増減にしたがって表面要素を移
動させる。
Step B3: In the case of the surface, the surface diffusion coefficient is determined in advance from the interatomic potential using the molecular dynamics method (MD) based on the EM flux and taking into account the plane orientation, and is tabulated. Then, the surface diffusion coefficient is obtained by the surface diffusion coefficient search means 254, and the surface elements are moved according to the increase and decrease of the atoms by the EM flux.

【0057】ステップB4:つぎに、化学ポテンシャル
計算手段255により、化学ポテンシャルμのボイド表
面sに沿った微分でその勾配を求め、表面フラックス計
算手段253により、表面フラックス記憶部336に格
納する。ここで、化学ポテンシャル勾配による表面フラ
ックスは、Js=−Ds/ΩkT・dμ/dsで表され
る。
Step B4: Next, the gradient of the chemical potential μ is obtained by differentiation along the void surface s by the chemical potential calculation means 255, and is stored in the surface flux storage unit 336 by the surface flux calculation means 253. Here, the surface flux due to the chemical potential gradient is represented by Js = −Ds / ΩkT · dμ / ds.

【0058】ステップB5:つぎに、それぞれの表面に
ついて、表面フラックスにしたがって、表面要素へ流れ
込むフラックスと、ここから流れ出るフラックスの差に
比例して 表面フラックスを計算し、表面の法線方向の
移動量を決め、表面を移動させ、表面に関する処理を終
る。
Step B5: Next, for each surface, the surface flux is calculated in proportion to the difference between the flux flowing into the surface element and the flux flowing out of the surface element according to the surface flux, and the amount of movement of the surface in the normal direction is calculated. Is determined, the surface is moved, and the processing on the surface is completed.

【0059】ステップB6:粒界の場合は、まず、ステ
ップB1で計算したEMフラックスにしたがい、粒界要
素における原子濃度を変える。
Step B6: In the case of a grain boundary, first, the atomic concentration in the grain boundary element is changed according to the EM flux calculated in step B1.

【0060】ステップB7:つぎに、ステップB6によ
り生じた濃度勾配によるフラックスを、粒界拡散フラッ
クス計算手段251により計算し、粒界拡散フラックス
記憶部334に格納する。
Step B7: Next, the flux due to the concentration gradient generated in step B6 is calculated by the grain boundary diffusion flux calculation means 251 and stored in the grain boundary diffusion flux storage section 334.

【0061】ステップB8:最後に、各粒界における粒
界拡散フラックスにもとづき、粒界における濃度を計算
し、処理を抜ける。
Step B8: Finally, the density at the grain boundaries is calculated based on the grain boundary diffusion flux at each grain boundary, and the process exits.

【0062】次に、図5にもとづいて表面拡散の駆動力
を与える化学ポテンシャルの計算方法について説明す
る。化学ポテンシャルは単位物質の量の変化あたりの、
エネルギー変化であるから、2つのファセット面が隣接
する場合において、表面形状変形(ファセット面の移
動)とともに、表面エネルギーがどう変化するか、物質
の量がどうなるかを計算する。
Next, a method of calculating a chemical potential for providing a driving force for surface diffusion will be described with reference to FIG. Chemical potential is the change in the amount of unit substance,
Since it is an energy change, when two facet surfaces are adjacent to each other, how the surface energy changes and the amount of the substance are calculated together with the surface shape deformation (movement of the facet surface).

【0063】表面要素a、bにおいて、表面要素aの長
さをLa、表面要素bの長さをLbとし物質側でなす角
をθとする。また、表面エネルギーは、単位面積あたり
の表面エネルギーをγa、γbとするとLa×γa+L
b×γbとなる。いま、物質が他の隣接表面から流れ込
んで、Laがva 、Lbがvb 移動したとする。La
はLa’LbはLb’に長さ(表面積)が変化する。幾
何学的考察から、最終的にLa’、Lb’は(9)式の
ように求まる。また、そのときの面積増加ΔSは (1
0)式より求まる。
In the surface elements a and b, the length of the surface element a is La, the length of the surface element b is Lb, and the angle formed on the material side is θ. Further, assuming that the surface energy per unit area is γa, γb, La × γa + L
b × γb. Now, suppose that the substance flows from another adjacent surface, and La moves by va and Lb moves by vb. La
The length (surface area) of La′Lb changes to Lb ′. From geometrical considerations, La ′ and Lb ′ are finally obtained as in equation (9). The area increase ΔS at that time is (1
It can be obtained from equation (0).

【0064】 [0064]

【0065】以上、ボイドの表面エネルギーとその面積
増加から、この変化にともなう化学ポテンシャルが計算
できる。すなわち、本発明の場合は、(9)式と(1
0)式から(11)式のように表すことができる。
As described above, the chemical potential accompanying this change can be calculated from the surface energy of the void and the increase in the area thereof. That is, in the case of the present invention, equation (9) and (1)
Equations (0) to (11) can be used.

【0066】そして、vaとvbの成長比をパラメータ
α、β、vで表して、va=αv、vb=βvとする。
ここで、α2 +β2 =1である。これらの関係を(1
1)式に代入すると(12)式となる。
The growth ratio between va and vb is represented by parameters α, β, and v, and va = αv and vb = βv.
Here, α 2 + β 2 = 1. These relationships are defined as (1
Substituting into equation (1) gives equation (12).

【0067】 [0067]

【0068】そして、化学ポテンシャルμは(12)式
でvを無限小に極限をとったものになる。このようにし
て、化学ポテンシャルμは、(13)式のようになる。
なお、αあるいはβは、化学ポテンシャルμが最小にな
るように決める。これは、局所的にファセット面の表面
エネルギーを最小にするように意図したものである。表
面に沿った化学ポテンシャルμの勾配が、表面に沿った
物質の流れの駆動力になる。
Then, the chemical potential μ is obtained by limiting v to infinity in equation (12). In this way, the chemical potential μ becomes as shown in equation (13).
Note that α or β is determined so that the chemical potential μ is minimized. This is intended to locally minimize the facet surface energy. The gradient of the chemical potential μ along the surface becomes the driving force for the flow of matter along the surface.

【0069】次に、図6にボイドの形状変形のシミュレ
ーション計算の結果を示す。配線の上面から見た図で、
結晶粒が2つ存在し、その間に粒界が1つ存在する。ま
た、一方の結晶粒(左)にファセット面のあるボイドを初
期状態で作り込んだ。配線にほぼ垂直のファセット面は
(100)、斜めのファセット面は(111)とした。
電流は左から右、電子は右から左にながれ、電流密度は
ボイドの無い部分で2×106 /cm2 、温度は250
℃とした。
Next, FIG. 6 shows the result of a simulation calculation of the shape deformation of the void. This is a view from the top of the wiring,
There are two crystal grains and one grain boundary between them. A void having a facet face in one crystal grain (left) was created in the initial state. The facet surface almost perpendicular to the wiring was (100), and the oblique facet surface was (111).
The current flows from left to right, the electrons flow from right to left, the current density is 2 × 10 6 / cm 2 in the void-free area, and the temperature is 250.
° C.

【0070】各面((111)、(110)、(10
0))の表面エネルギーおよび、各面に対する表面拡散
係数のパラメータ(DS および活性化エネルギーEa)
は、1987年ジャーナル・オブ・マテリアル・リサー
チ、2巻5ページのフォイレスとダウの論文に掲載され
たパラメータセットを用いたEAMポテンシャルで計算
した値が、1991年サーフェス・サイエンス、253
巻334ページのリウらの論文に掲載されている。Al
金属における値を表1に示す。
Each surface ((111), (110), (10
0)) surface energy and, of surface diffusion coefficient for each surface parameters (D S and the activation energy Ea)
Is based on the EAM potential calculated using the parameter set described in the 1987 Journal of Materials Research, Vol. 5, page Voiles and Dow papers, 1991 Surface Science, 253
Vol. 334, published in Liu et al. Al
Table 1 shows the values for metals.

【0071】[0071]

【表1】 [Table 1]

【0072】また、他の面での表面エネルギーおよび表
面拡散係数が必要な場合は、EAMポテンシャルと分子
動力学法を用いて決定し、データを表に追加する。
When the surface energy and the surface diffusion coefficient of another surface are required, the surface energy and the surface diffusion coefficient are determined by using the EAM potential and the molecular dynamics method, and the data is added to the table.

【0073】図6(a)は初期状態、図6(b)は10
h後、図6(c)は20h後のボイドのシミュレーショ
ン結果である。一般にAl配線系では界面に沿った原子
の流れは小さく、また、結晶粒を通した体拡散はそれよ
り小さく無視できる。したがって、上下の界面を通って
右から左に原子が流れる。さらに粒界があることで上部
の界面へ原子が流れるため、ボイド部では原子が枯渇す
る。図6(b)では、10時間後の形状変化を示す。ボ
イド全体から原子が減少し表面が後退するが、表面拡散
が速く、表面エネルギーの低い(111)面は拡大し、
(100)面は面積が広がるが、後退はほとんど見られ
ない。これは、本発明による表面エネルギーの効果が現
れた結果である。また、図6(c)は、20時間後の結
果であるが、粒界と(111)面が合流したところで
は、結晶粒が異るため、(111)面はそれ以上食い込
まず、粒界であった面が、ボイド表面として現れた。
FIG. 6A shows the initial state, and FIG.
After h, FIG. 6C shows a simulation result of voids after 20 h. Generally, in the Al wiring system, the flow of atoms along the interface is small, and the body diffusion through the crystal grains is smaller than that and can be ignored. Therefore, atoms flow from right to left through the upper and lower interfaces. Further, the presence of the grain boundaries causes the atoms to flow to the upper interface, so that the atoms are depleted in the void portion. FIG. 6B shows the shape change after 10 hours. The atoms decrease from the entire void and the surface recedes, but the surface diffusion is fast and the (111) plane with low surface energy expands,
The (100) plane has a larger area, but hardly recedes. This is a result of the effect of the surface energy according to the present invention. FIG. 6 (c) shows the result after 20 hours. When the grain boundary and the (111) plane merge, the crystal grains are different. Surface appeared as a void surface.

【0074】[0074]

【発明の効果】以上に説明したように、本発明はファセ
ット面を保持したボイドの形状変化をシミュレーション
する方法であり、ボイド表面の表面要素ごとに面方位を
持たせ、面方位ごとに求めた表面エネルギーと表面拡散
係数を用いる。また、表面エネルギーの小さい表面の要
素を大きくし、表面エネルギーの大きい面要素を小さく
するように、表面エネルギーによる化学ポテンシャル勾
配のフラックスを取り入れる。
As described above, the present invention is a method for simulating a change in the shape of a void holding a facet surface, in which each surface element of the void surface has a plane orientation and is determined for each plane orientation. Use surface energy and surface diffusion coefficient. Also, the flux of the chemical potential gradient due to the surface energy is adopted so that the surface element having a small surface energy is increased and the surface element having a large surface energy is reduced.

【0075】本発明のEMシミュレーション方法であれ
ば、配線のボイドのファセット成長を精度よく予測でき
る。これは、ボイドの形状変形において、1)表面拡散
係数および表面エネルギーを面方位ごとにあらかじめ求
めており、2)面方位に依存する表面エネルギーと表面
拡散係数をフラックスに取り入れたためである。
According to the EM simulation method of the present invention, the facet growth of the void in the wiring can be accurately predicted. This is because, in the deformation of the void shape, 1) the surface diffusion coefficient and the surface energy are obtained in advance for each plane orientation, and 2) the surface energy and the surface diffusion coefficient depending on the plane orientation are incorporated in the flux.

【0076】このようにして、本発明により、現実の配
線のEMによる配線寿命が正確に予測できるようにな
る。
As described above, according to the present invention, the wiring life of an actual wiring by EM can be accurately predicted.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のシミュレーションで用いる装置および
手段のブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram of an apparatus and means used in a simulation of the present invention.

【図2】上記装置および手段を詳細に説明するためのブ
ロック図である。
FIG. 2 is a block diagram for explaining the above-described device and means in detail.

【図3】本発明のシミュレーション方法を説明するため
のフローチャートである。
FIG. 3 is a flowchart illustrating a simulation method according to the present invention.

【図4】本発明のシミュレーション方法を説明するため
のフローチャートである。
FIG. 4 is a flowchart illustrating a simulation method according to the present invention.

【図5】本発明で用いる化学ポテンシャル導出方法を説
明するための模式図である。
FIG. 5 is a schematic diagram for explaining a chemical potential deriving method used in the present invention.

【図6】本発明のシミュレーション結果を示す図であ
る。
FIG. 6 is a diagram showing a simulation result of the present invention.

【図7】従来の技術を説明するための有限要素法におけ
るメッシュ図である。
FIG. 7 is a mesh diagram in a finite element method for explaining a conventional technique.

【図8】従来の技術のシミュレーション結果である。FIG. 8 is a simulation result of a conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 入力装置 2 データ処理装置 3 記憶装置 4 出力装置 21 初期形状入力手段 22 メッシュ生成手段 23 電場解析手段 24 温度場解析手段 25 拡散・ドリフト解析手段 26 形状発展手段 31 形状・境界条件記憶部 32 メッシュ情報記憶部 33 温度分布記憶部 34 電位分布記憶部 35 原子流速記憶部 251 粒界拡散フラックス計算手段 252 EMフラックス計算手段 253 表面フラックス計算手段 254 表面拡散係数検索手段 255 化学ポテンシャル計算手段 256 表面エネルギー検索手段 257 面方位決定手段 331 表面拡散係数記憶部 332 表面エネルギー記憶部 333 結晶粒データ記憶部 334 粒界フラックス記憶部 335 EMフラックス記憶部 336 表面フラックス記憶部 Reference Signs List 1 input device 2 data processing device 3 storage device 4 output device 21 initial shape input means 22 mesh generation means 23 electric field analysis means 24 temperature field analysis means 25 diffusion / drift analysis means 26 shape development means 31 shape / boundary condition storage unit 32 mesh Information storage unit 33 Temperature distribution storage unit 34 Potential distribution storage unit 35 Atomic flow velocity storage unit 251 Grain boundary diffusion flux calculation unit 252 EM flux calculation unit 253 Surface flux calculation unit 254 Surface diffusion coefficient search unit 255 Chemical potential calculation unit 256 Surface energy search Means 257 Surface orientation determining means 331 Surface diffusion coefficient storage section 332 Surface energy storage section 333 Crystal grain data storage section 334 Grain boundary flux storage section 335 EM flux storage section 336 Surface flux storage section

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 配線のボイド表面の表面要素ごとに面方
位を持たせ、前記面方位の表面エネルギーより化学ポテ
ンシャルを計算し、前記化学ポテンシャルの勾配より前
記配線を構成する原子のフラックスを求めて前記ボイド
表面の時間変化を数値解析することを特徴とする配線E
Mシミュレーション方法。
1. A plane orientation is given to each surface element of a void surface of a wiring, a chemical potential is calculated from a surface energy of the plane orientation, and a flux of atoms constituting the wiring is obtained from a gradient of the chemical potential. A time change of the void surface is numerically analyzed;
M simulation method.
【請求項2】 隣接する表面要素がそれぞれ法線方向に
変位したときの表面エネルギーの変化を、前記変位前後
の体積変化で除し、単位体積当たりの表面エネルギー変
化の最小値を化学ポテンシャルとすることを特徴とする
請求項1記載の配線EMシミュレーション方法。
2. The change in surface energy when adjacent surface elements are displaced in the normal direction is divided by the change in volume before and after the displacement, and the minimum value of the change in surface energy per unit volume is defined as the chemical potential. 2. The wiring EM simulation method according to claim 1, wherein:
【請求項3】 各表面要素の表面エネルギーを全て加算
した値が最小になるように調整することを特徴とする請
求項1または請求項2記載の配線EMシミュレーション
方法。
3. The wiring EM simulation method according to claim 1, wherein an adjustment is performed so that a value obtained by adding all surface energies of the respective surface elements is minimized.
【請求項4】 前記ボイド表面の時間変化の解析におい
て、配線内の電場解析手段と、温度場解析手段と、前記
配線を構成する原子の拡散およびドリフトを解析する手
段と、を有することを特徴とする請求項1、請求項2ま
たは請求項3記載の配線EMシミュレーション方法。
4. An analysis of a time change of the void surface includes an electric field analyzing means in a wiring, a temperature field analyzing means, and a means for analyzing diffusion and drift of atoms constituting the wiring. The wiring EM simulation method according to claim 1, 2, or 3.
【請求項5】 配線のボイド表面の表面要素ごとに面方
位を持たせる面方位決定のステップと、前記面方位ごと
に表面エネルギーを導出するステップと、前記表面エネ
ルギーより前記面方位毎に化学ポテンシャルを計算する
ステップと、を有することを特徴とする請求項1から請
求項4のうち1つの請求項に記載の配線EMシミュレー
ション方法。
5. A step of determining a plane orientation for giving a plane orientation to each surface element of a void surface of a wiring, a step of deriving a surface energy for each plane orientation, and a chemical potential for each plane orientation based on the surface energy. 5. The wiring EM simulation method according to claim 1, further comprising the step of:
【請求項6】 初期のボイド表面形状を決定するステッ
プと、前記ボイドにメッシュを生成するステップと、前
記ボイド領域の電流密度分布を計算するステップと、前
記ボイド領域の温度分布を計算するステップと、を有す
ることを特徴とする請求項4または請求項5記載の配線
EMシミュレーション方法
6. A step of determining an initial void surface shape, a step of generating a mesh in the void, a step of calculating a current density distribution in the void region, and a step of calculating a temperature distribution of the void region. 6. The wiring EM simulation method according to claim 4, wherein:
【請求項7】 配線内の電流から原子のフラックスを求
めるステップと、拡散経路が配線の表面拡散か結晶の粒
界拡散かを判定しそれぞれによる原子のフラックスを、
表面拡散の場合は表面エネルギーによる化学ポテンシャ
ル勾配に、粒界拡散の場合は粒界における濃度勾配に比
例する原子のフラックスを計算するステップを有するこ
とを特徴とする請求項1から請求項6のうち1つの請求
項に記載の配線EMシミュレーション方法。
7. A step of obtaining a flux of atoms from a current in a wiring, and determining whether a diffusion path is diffusion of a surface of the wiring or diffusion of a grain boundary of a crystal.
7. The method according to claim 1, further comprising a step of calculating a flux of atoms proportional to a chemical potential gradient due to surface energy in the case of surface diffusion and a concentration gradient at a grain boundary in the case of grain boundary diffusion. The wiring EM simulation method according to claim 1.
【請求項8】 前記配線に電流を流すことで前記ボイド
が配線側壁に生じる場合に、前記電流によるボイド表面
の原子フラックスを求め、前記化学ポテンシャル勾配に
よるフラックス成分とで前記ボイド形状変化を数値計算
することを特徴とする請求項1から請求項7のうち1つ
の請求項に記載の配線EMシミュレーション方法。
8. When the void is formed on the side wall of the wiring by applying a current to the wiring, an atomic flux on the void surface due to the current is obtained, and a change in the void shape is numerically calculated using a flux component due to the chemical potential gradient. The wiring EM simulation method according to claim 1, wherein the method is performed.
JP33403399A 1999-11-25 1999-11-25 Wire em simulation method Pending JP2001156140A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP33403399A JP2001156140A (en) 1999-11-25 1999-11-25 Wire em simulation method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP33403399A JP2001156140A (en) 1999-11-25 1999-11-25 Wire em simulation method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2001156140A true JP2001156140A (en) 2001-06-08

Family

ID=18272761

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP33403399A Pending JP2001156140A (en) 1999-11-25 1999-11-25 Wire em simulation method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2001156140A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10031984B2 (en) 2012-09-21 2018-07-24 Fujitsu Limited Method and device for simulating surface tension

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10031984B2 (en) 2012-09-21 2018-07-24 Fujitsu Limited Method and device for simulating surface tension

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Lienig et al. Fundamentals of electromigration
JP2001351919A (en) Wiring fault analysis method
Hoyt et al. Kinetic phase field parameters for the Cu–Ni system derived from atomistic computations
Shi et al. Molecular dynamics simulation of the contact angle of liquids on solid surfaces
Heinen et al. Evaporation sampled by stationary molecular dynamics simulation
Tan et al. Revisit to the finite element modeling of electromigration for narrow interconnects
Miao et al. Büttiker probes for dissipative phonon quantum transport in semiconductor nanostructures
Lutsko Communication: A dynamical theory of homogeneous nucleation for colloids and macromolecules
Freund The atomic detail of an evaporating meniscus
Heino et al. Thermal conduction at the nanoscale in some metals by MD
Pal et al. An enthalpy model for simulation of dendritic growth
Kalaev et al. A modified hypothesis of Reynolds stress tensor modeling for mixed turbulent convection in crystal growth
Jin et al. Electron effective mean free path and thermal conductivity predictions of metallic thin films
Kumar et al. Current-driven nanowire formation on surfaces of crystalline conducting substrates
Bly et al. Theoretical study of the electromigration wind force for adatom migration at metal surfaces
Kteyan et al. Physics-based simulation of stress-induced and electromigration-induced voiding and their interactions in on-chip interconnects
Abtahi et al. On the formation of thermal drift
Bower et al. Analysis of failure mechanisms in the interconnect lines of microelectronic circuits
Vegge et al. Calculation of quantum tunneling for a spatially extended defect: The dislocation kink in copper has a low effective mass
Ni et al. Phonon transport modeling using Boltzmann transport equation with anisotropic relaxation times
JP2001156140A (en) Wire em simulation method
Cho et al. Electromigration-driven motion of morphologically stable voids in metallic thin films: Universal scaling of migration speed with void size
Benabou et al. Simulation of silver nanoparticles sintering at high temperatures based on theoretical evaluations of surface and grain boundary mobilities
Wang et al. Energy variation in diffusive void nucleation induced by electromigration
Cho et al. Current-driven interactions between voids in metallic interconnect lines and their effects on line electrical resistance

Legal Events

Date Code Title Description
RD01 Notification of change of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421

Effective date: 20040113

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20040309