エレクトロマイグレーション支配パラメーターの特定と電子パッケージ薄膜配線の強度評価

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10750058
• 研究機関: 弘前大学
• 研究代表者: 笹川 和彦 弘前大学, 理工学部, 助教授 (50250676)
• キーワード: 電子パッケージ / 金属薄膜配線 / エレクトロマイグレーション / 角部 / 数値シミュレーション / 強度評価 / 支配パラメータ / 半導体デバイス

研究概要

本研究は電子パッケージ薄膜配線のエレクトロマイグレーション(以下EM)損傷支配パラメータを特定し,これを用いたEM損傷の普遍的強度評価法を開発することを目的とする。本年度は以下の研究を実施した。
(III)バンブー配線におけるEM損傷支配パラメータの実験検証 サブミクロン幅の折れ曲がるバンブー・アルミ薄膜配線を対象として,加速通電試験の結果とバンブー配線のための支配パラメータによる強度評価結果を比較した。配線の強度評価にあたっては,設定した配線形状,基板温度,入力電流密度に対して数値計算を行い,配線全体の電流密度および温度の分布を求め,バンブー配線のための支配パラメータの式に入力し,配線全体で同パラメータの分布を求めた。ここに,配線の物性値は加速試験に供される配線を用いて観察および実験により求め,配線構造の観察には電界放射型電子顕微鏡および集束イオンビーム装置を用いた。これにより,設定した配線形状,環境でのEM強度評価を行った。一方,加速通電試験にあたっては,微細回路通電用プローバ・システムにより定電流電源より発生した一定電流を試験片に負荷するとともに,電流・電圧をデータ・レコーダにより記録した。通電後,試験片を走査型電子顕微鏡および原子間力顕微鏡により観察し,損傷状況を把握した。
以上により,種々の条件下における実際の配線の損傷状況すなわちボイド体積と同支配パラメータよるボイド体積予測値を比較してこれらが良好に一致することを示し同支配パラメータの有効性を確認することにより,EM損傷支配パラメータを用いた電子パッケージ薄膜配線強度の普遍的評価手法の確立を行った。

研究成果

• [文献書誌] K.Sasagawa (N.Nakamura,M.Saka,H.Abe): "Verification of a Governing Parameter for Electromigration Damage in Metal Lines"1999 IEMT/IMC Proceedings,IEEE CPMT,IMAPS. 304-309 (1999)
• [文献書誌] K.Sasagawa (K.Naito,M.Hasegawa,M.Saka,H.Abe): "Verification of a Governing Parameter for Electromigration Damage in Bamboo Lines"Advances in Electronic Packaging ,INTERpack´99,ASME. EEP-Vol.16-1. 227-232 (1999)
• [文献書誌] K.Sasagawa (K.Naito,M.Saka,H.Abe): "Prediction of Electromigration Failure in Bamboo Lines"Advances in Electronic Packaging,INTERpack´99,ASME. EEP-Vol.16-1. 233-238 (1999)
• [文献書誌] 笹川和彦(長谷川昌孝,坂 真澄,阿部博之): "バンブー配線におけるエレクトロマイグレーション損傷支配パラメータの実験的検証に関する研究"日本機械学会1999年度年次大会講演論文集(I). No.99-1. 21-22 (1999)
• [文献書誌] 笹川和彦(内藤一史,木村浩樹,坂 真澄,阿部博之): "エレクトロマイグレーション損傷支配パラメータを用いた多結晶配線断線予測法の実験的検証"日本機械学会1999年度年次大会講演論文集(I). No.99-1. 287-288 (1999)
• [文献書誌] 笹川和彦(内藤一史,木村浩樹,坂 真澄,阿部博之): "エレクトロマイグレーション損傷の支配パラメータを用いた断線予測法"応用物理学会LSI配線における原子輸送・応力問題第5回研究会予稿集. 21-22 (1999)
• [文献書誌] 笹川和彦(長谷川昌孝,坂 真澄,阿部博之): "エレクトロマイグレーション損傷の支配パラメータを用いたバンブー配線におけるボイドおよびヒロック形成の予測"日本機械学会第12回計算力学講演会講演論文集. No.99-5. 303-304 (1999)
• [文献書誌] 笹川和彦(内藤一史,坂 真澄,阿部博之): "エレクトロマイグレーション損傷支配パラメータを用いたバンブー配線の断線予測法"日本機械学会第12回計算力学講演会講演論文集. No.99-5. 305-306 (1999)
• [文献書誌] K.Sasagawa (K.Naito,M.Saka,H.Abe): "A Method to Predict Electromigration Failure of Metal Lines"Journal of Applied Physics. 86・11. 6043-6051 (1999)
• [文献書誌] 笹川和彦(坂 真澄,阿部博之): "電子デバイス用配線の強度評価"電子パッケージの熱的劣化に関する力学的・物性的総合研究ー九州大学応用力学研究所研究集会報告. 11ME-S6. 29-33 (1999)
• [文献書誌] 笹川和彦(内藤一史,坂 真澄,阿部博之): "LSI配線における断線予測シミュレーション"日本金属学会「微細材料の力学特性と信頼性」シンポジウム予稿集. 9-12 (1999)
• [文献書誌] K.Sasagawa (M.Hasegawa,M.Saka,H.Abe): "Atomic Flux Divergence in Bamboo Line for Predicting Initial Formation of Voids and Hillocks"Theoretical and Applied Fracture Mechanics. 印刷中. (2000)
• [文献書誌] K.Sasagawa (K.Naito,H.Kimura,M.Saka,H.Abe): "Experimental Verification of Prediction Method for Electromigration Failure of Polycrystalline Lines"Journal of Applied Physics. 印刷中. (2000)