基于物理模型的集成电路电迁移可靠性仿真算法研究

发布时间：2021-06-20 15:49

　　随着集成电路进入纳米级工艺,金属互连线上的电迁移问题逐渐成为了制约集成电路发展的最主要因素。现有的集成电路电迁移可靠性分析算法一般基于Black经验公式或Korhonen物理模型。但是由于集成电路结构的复杂性以及电迁移现象影响因素的多样性,现有算法很难同时考虑到温度、冗余应力、互连线结构等因素。这导致现有算法的计算结果与实际的电迁移失效时间相比均过于保守,精确度还有很大的提升空间。另外,集成电路规模巨大,这也使得算法的时间花销难以控制。针对现有方法存在的问题,本论文对集成电路中电迁移现象最为显著的供电网络进行分析研究。将供电网络的基本结构——多段互连金属线作为基础研究对象,分析导致其产生电迁移现象的原因。以Korhonen物理模型为基础,文中提出了一种基于积分变换的瞬态应力分析方法。此方法计算得到的多段互连线实时应力分布,考虑到了预先存在的残余应力作用。实验结果通过与有限元分析软件COMSOL比较以验证本积分变换方法的准确性。然后,本论文将此积分变换算法拓展到了全芯片供电网络上。通过设计供电网络仿真系统,对全芯片供电网络进行电迁移失效分析。以电迁移引起的供电网络最大电压降是否超过阈值作... 

【文章来源】：北京工业大学北京市 211工程院校

【文章页数】：62 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

微处理器晶体管数目与摩尔定律关系图（来源：维基百科）

为了应对日益严重的电迁移问题，力求在芯片的仿真设计阶段得到相对精确而高效的芯片平均失效时间，本论文提出了一种针对由电迁移引起的集成电路失效时间的仿真分析算法，并针对电迁移现象最为严重的供电网络进行分析研究，通过建模的手段，运用所提算法，计算其失效时间。本论文主要针对以下几点进行研究：1) 以 Korhonen 物理模型为基础，使用积分变换的方法对 Korhonen 模型进行求解，将二阶偏微分方程转换为常微分方程，计算得到积分变换之后的解，之后使用逆积分变换的方法，以此得到一维互连导线上的瞬态应力分布。2) 提取供电网络物理模型参数，对其进行建模。将供电网络中的导线简化为一维互连线的概念，对其使用积分变换的方法求解电迁移应力变化。3) 设计供电网络电迁移失效仿真算法，计算供电网络的平均失效时间。考虑残余应力以及电迁移过程中供电网络的电阻变化情况，将供电网络建模为时变电阻网络，通过供电网络中最大电压降是否超过阈值为判定条件，计算供电网络的失效时间。研究内容层次模型如图 1-2 所示

第 2 章 电迁移失效原理与分析模型介绍第2章 电迁移失效原理与模型介绍首先介绍了电迁移的失效原理以及大马士革工艺。然后从已有出发，分别介绍了两种主流的电迁移分析模型。迁移基本原理移(Electromigration)现象是指通电导线中金属原子在电流的不生动量交换从而发生位移的现象。

【参考文献】：
期刊论文
[1]集成电路的现状及其发展趋势[J]. 栗晶晶,张智容.  电子制作. 2015(01)
[2]集成电路片内铜互连技术的发展[J]. 陈智涛,李瑞伟.  微电子学. 2001(04)



本文编号：3239486