DE102016118063B4 - PROCEDURE FOR ELECTROMIGRATION ACCEPTANCE - Google Patents
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Abstract
Verfahren (500) zur Elektromigrations-Abnahme, mit den folgenden Schritten:Ermitteln einer Vielzahl von Ist-Temperaturen (TACT_1, TACT_2, TACT_3), die jeweils einer oder mehreren Komponenten (218a, 218b, 218c) in einer elektrischen Schaltung (201a, 201b, 201c) einer Vielzahl von elektrischen Schaltungen (201a, 201b, 201c) in einem integrierten Chipdesign (226) entsprechen;Ermitteln einer Elektromigrationsgrenze für eine Komponente (218a) in einer gewählten elektrischen Schaltung (201a) der Vielzahl von elektrischen Schaltungen (201a, 201b, 201c), wobei die Elektromigrationsgrenze bei einer (TACT_1) der Vielzahl von Ist-Temperaturen (TACT_1, TACT_2, TACT_3) ermittelt wird, die der Komponente (218a) in der gewählten elektrischen Schaltung (201a) entspricht; undVergleichen der Elektromigrationsgrenze mit einer Elektromigrationsmetrik, um zu ermitteln, ob ein Elektromigrationsschaden der Komponente (218a) in der gewählten elektrischen Schaltung (201a) vorliegt,wobei das Ermitteln der Vielzahl von Ist-Temperaturen (TACT_1, TACT_2, TACT_3) Folgendes umfasst:Ermitteln einer Vielzahl von Änderungen der realen Temperatur (ΔTreal_1, ΔTreal_2, ΔTreal_3), die jeweils der einen oder den mehreren Komponenten (218a, 218b, 218c) in der einen (201a, 201b, 201c) der Vielzahl von elektrischen Schaltungen (201a, 201b, 201c) entsprechen; undAddieren einer (ΔTreal_1) der Vielzahl von Änderungen der realen Temperatur (ΔTreal_1, ΔTreal_2, ΔTreal_3) zu einer Umgebungstemperatur (TE), die für die Vielzahl von elektrischen Schaltungen (201a, 201b, 201c) dieselbe ist, um eine (TACT_1) der Vielzahl von Ist-Temperaturen (TACT_1, TACT_2, TACT_3) zu ermitteln,wobei das Ermitteln der Vielzahl von Änderungen der realen Temperatur (ΔTreal_1, ΔTreal 2, ΔTreal_3) Folgendes umfasst:Ermitteln einer Temperaturänderung durch Joulesche Wärmeentwicklung (ΔTjoule) anhand eines effektiven Stroms (IRMS) in der Komponente (218a) in der gewählten elektrischen Schaltung (201a); undAddieren der Temperaturänderung durch Joulesche Wärmeentwicklung (ΔTjoule) zu einer Temperaturänderung durch Bauelement-Eigenerwärmung (ΔTchannel), um eine (ΔTreal_1) der Vielzahl von Änderungen der realen Temperatur (ΔTreal_1, ΔTreal_2, ΔTreal_3)zu ermitteln, wobei die Temperaturänderung durch Bauelement-Eigenerwärmung (ΔTchannel) durch Ladungsträger in einem Kanalbereich (206) eines Transistor-Bauelements (204) in der gewählten elektrischen Schaltung (201a) hervorgerufen wird.A method (500) for electromigration abatement, comprising the steps of:determining a plurality of actual temperatures (TACT_1, TACT_2, TACT_3) each of which corresponds to one or more components (218a, 218b, 218c) in an electrical circuit (201a, 201b , 201c) of a plurality of electrical circuits (201a, 201b, 201c) in an integrated chip design (226);determining an electromigration limit for a component (218a) in a selected electrical circuit (201a) of the plurality of electrical circuits (201a, 201b , 201c), wherein the electromigration limit is determined at one (TACT_1) of the plurality of actual temperatures (TACT_1, TACT_2, TACT_3) corresponding to the component (218a) in the selected electrical circuit (201a); and comparing the electromigration limit to an electromigration metric to determine whether there is electromigration damage to the component (218a) in the selected electrical circuit (201a),wherein determining the plurality of actual temperatures (TACT_1, TACT_2, TACT_3) comprises:determining a Plurality of real temperature changes (ΔTreal_1, ΔTreal_2, ΔTreal_3) each of the one or more components (218a, 218b, 218c) in the one (201a, 201b, 201c) of the plurality of electrical circuits (201a, 201b, 201c ) correspond to; andadding one (ΔTreal_1) of the plurality of real temperature changes (ΔTreal_1, ΔTreal_2, ΔTreal_3) to an ambient temperature (TE) that is the same for the plurality of electrical circuits (201a, 201b, 201c) by one (TACT_1) of the plurality of actual temperatures (TACT_1, TACT_2, TACT_3),wherein determining the plurality of real temperature changes (ΔTreal_1, ΔTreal 2, ΔTreal_3) comprises:determining a temperature change by Joule heat evolution (ΔTjoule) using an effective current (IRMS ) in the component (218a) in the selected electrical circuit (201a); andadding the temperature change due to Joule heating (ΔTjoule) to a temperature change due to device self-heating (ΔTchannel) to determine one (ΔTreal_1) of the plurality of real temperature changes (ΔTreal_1, ΔTreal_2, ΔTreal_3), the temperature change due to device self-heating ( ΔTchannel) is caused by charge carriers in a channel region (206) of a transistor device (204) in the selected electrical circuit (201a).
Description
Hintergrund der ErfindungBackground of the Invention
Elektromigration ist der Transport von Atomen in einem leitenden Material, der durch Kollisionen verursacht wird, die einen Impuls zwischen leitenden Elektronen und den Atomen des leitenden Materials übertragen. Bei modernen integrierten Chips kommt es oft zu einer Elektromigration in Metallverbindungsschichten. Wenn zum Beispiel Elektronen einen Strom zu einem Halbleiter-Bauelement führen, kollidieren die Elektronen mit Metallatomen in den Metallverbindungsschichten. Die Kollisionen bewirken, dass sich Metallatome in den Metallverbindungsschichten bewegen (d. h., sie erleben eine Elektromigration), was zu Hohlräumen in den Metallverbindungsschichten führt, die einen Ausfall des integrierten Chips zur Folge haben können.Electromigration is the transport of atoms in a conductive material caused by collisions that transfer momentum between conductive electrons and the atoms of the conductive material. Electromigration in metal interconnect layers often occurs in modern integrated chips. For example, when electrons conduct a current to a semiconductor device, the electrons collide with metal atoms in the metal compound layers. The collisions cause metal atoms in the metal interconnect layers to move (i.e., undergo electromigration), resulting in voids in the metal interconnect layers that can result in integrated chip failure.
Die
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Aspekte der vorliegenden Erfindung lassen sich am besten anhand der nachstehenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verstehen. Es ist zu beachten, dass entsprechend der üblichen Praxis in der Branche verschiedene Elemente nicht maßstabsgetreu gezeichnet sind. Vielmehr können der Übersichtlichkeit der Erörterung halber die Abmessungen der verschiedenen Elemente beliebig vergrößert oder verkleinert sein.
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1 zeigt ein Ablaufdiagramm einiger Ausführungsformen eines Verfahrens zur Durchführung einer Elektromigrations-Abnahme (EM-Abnahme), bei dem verschiedene Temperaturen zum Ermitteln von EM-Schäden an Komponenten in verschiedenen elektrischen Schaltungen verwendet werden. - Die
2A und2B zeigen einige Ausführungsformen eines integrierten Chips, der eine Vielzahl von verschiedenen elektrischen Schaltungen aufweist. - Die
3A bis3C zeigen einige Ausführungsformen von Diagrammen, die Beispiele zum Ermitteln von EM-Schäden über einen mittleren EM-Strom unter Verwendung verschiedener Ist-Temperaturen für Komponenten in den verschiedenen elektrischen Schaltungen der2A und2B zeigen. -
4 zeigt eine Draufsicht einiger Ausführungsformen, die Anpassungen einer Designschicht für elektrischen Schaltungen auf Grund der EM-Schäden zeigt, die in den3A bis3C identifiziert worden sind. -
5 zeigt ein Ablaufdiagramm einiger weiterer Ausführungsformen eines Verfahrens zur Durchführung der EM-Abnahme, das der Bauelement-Eigenerwärmung und der resistiven Erwärmung Rechnung trägt. - Die
6A zeigt eine Schnittansicht einiger Ausführungsformen eines integrierten Chips, bei dem eine Bauelement-Eigenerwärmung und eine resistive Erwärmung auftreten. Die6B zeigt beispielhafte grafische Darstellungen, die den Strom als Funktion der Zeit für zwei elektrische Schaltungen des integrierten Chips aus6A zeigen. -
7 zeigt ein Blockdiagramm einiger Ausführungsformen eines Systems zur Durchführung der EM-Abnahme.
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1 FIG. 12 shows a flowchart of some embodiments of a method for performing electromigration (EM) degradation using different temperatures to determine EM damage to components in different electrical circuits. - the
2A and2 B show some embodiments of an integrated chip having a variety of different electrical circuits. - the
3A until3C FIG. 12 shows some embodiments of graphs that provide examples for determining EM damage versus mean EM current using different actual temperatures for components in the different electrical circuits of FIG2A and2 B demonstrate. -
4 12 shows a top view of some embodiments showing adjustments of a design layer for electrical circuits due to the EM damage shown in FIGS3A until3C have been identified. -
5 FIG. 12 shows a flowchart of some other embodiments of a method for performing EM decay that accounts for device self-heating and resistive heating. - the
6A Figure 12 shows a cross-sectional view of some embodiments of an integrated chip where device self-heating and resistive heating occur. the6B FIG. 12 shows exemplary plots showing current versus time for two electrical circuits of the integrated chip6A demonstrate. -
7 Figure 12 shows a block diagram of some embodiments of a system for performing EM collection.
Detaillierte BeschreibungDetailed description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Elektromigrations-Abnahme mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Verfahren zur Elektromigrations-Abnahme mit den Merkmalen des Anspruchs 11 sowie ein System zur Elektromigrations-Abnahme mit den Merkmalen des Anspruchs 16. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen gegeben. Die nachstehende Beschreibung stellt viele verschiedene Ausführungsformen oder Beispiele zum Implementieren verschiedener Merkmale des vorgesehenen Gegenstands bereit. Nachstehend werden spezielle Beispiele für Komponenten und Anordnungen beschrieben, um die vorliegende Erfindung zu vereinfachen. Diese sind natürlich lediglich Beispiele und sollen nicht beschränkend sein. Zum Beispiel kann die Herstellung eines ersten Elements über oder auf einem zweiten Element in der nachstehenden Beschreibung Ausführungsformen umfassen, bei denen das erste und das zweite Element in direktem Kontakt ausgebildet werden, und sie kann auch Ausführungsformen umfassen, bei denen zusätzliche Elemente zwischen dem ersten und dem zweiten Element so ausgebildet werden können, dass das erste und das zweite Element nicht in direktem Kontakt sind. Darüber hinaus können in der vorliegenden Erfindung Bezugszahlen und/oder -buchstaben in den verschiedenen Beispielen wiederholt werden. Diese Wiederholung dient der Einfachheit und Übersichtlichkeit und schreibt an sich keine Beziehung zwischen den verschiedenen erörterten Ausführungsformen und/oder Konfigurationen vor.The invention relates to a method for electromigration removal with the features of
Darüber hinaus können hier räumlich relative Begriffe, wie etwa „darunter befindlich“, „unter“, „untere(r)“/„unteres“, „darüber befindlich“, „obere(r)“/„oberes“ und dergleichen, zur einfachen Beschreibung der Beziehung eines Elements oder einer Struktur zu einem oder mehreren anderen Elementen oder Strukturen verwendet werden, die in den Figuren dargestellt sind. Die räumlich relativen Begriffe sollen zusätzlich zu der in den Figuren dargestellten Orientierung andere Orientierungen des in Gebrauch oder in Betrieb befindlichen Bauelements umfassen. Die Vorrichtung kann anders ausgerichtet werden (um 90 Grad gedreht oder in einer anderen Orientierung), und die räumlich relativen Deskriptoren, die hier verwendet werden, können ebenso entsprechend interpretiert werden.In addition, spatially relative terms such as "beneath", "below", "lower", "above", "upper" and the like may be used herein for ease of reference describing the relationship of an element or structure to one or more other elements or structures depicted in the figures. The spatially relative terms are intended to encompass other orientations of the device in use or operation in addition to the orientation depicted in the figures. The device may be oriented differently (rotated 90 degrees or in a different orientation) and the spatially relative descriptors used herein interpreted accordingly as well.
Da die Größe von Metallverbindungsschichten durch Verkleinerung abgenommen hat, ist die Elektromigration zu einem wachsenden Zuverlässigkeitsproblem für integrierte Chips geworden. Das liegt daran, dass die geringere Größe der Metallverbindungsschichten die Stromdichte von Signalen ansteigen lässt, die von den Metallverbindungsschichten übertragen werden. Da die Elektromigration proportional zur Stromdichte ist, nimmt durch die höhere Stromdichte auch die Elektromigration zu.As metal interconnect layers have decreased in size through miniaturization, electromigration has become a growing reliability issue for integrated chips. This is because the smaller size of the metal interconnect layers increases the current density of signals carried by the metal interconnect layers. Since the electromigration is proportional to the current density, the higher current density also increases the electromigration.
Um zu gewährleisten, dass integrierte Chips einen Mindestzuverlässigkeitsstandard einhalten, werden sie einem EM-Abnahmeverfahren unterzogen. Normalerweise wird eine EM-Abnahme in zwei Phasen durchgeführt. In der ersten Phase der EM-Abnahme wird eine globale effektive Temperaturänderung (die aus dem Effektivwert des Stroms mehrerer elektrischer Schaltungen eines integrierten Chips ermittelt wird) mit einer festgelegten Temperaturgrenze verglichen, um EM-Schäden zu identifizieren (um sicherzustellen, dass die Temperatur, die von dem effektiven Strom erzeugt wird, unter einer gewählten Höhe liegt). Verletzungen der festgelegten Temperaturgrenze weisen darauf hin, dass ein EM-Schaden vorhanden ist, da höhere Temperaturen dadurch zu einer größeren Elektromigration führen, dass sie thermische Energie liefern, die die Häufigkeit von Kollisionen zwischen Elektronen und Metallatomen in Metallverbindungsschichten erhöht. In der zweiten Phase der EM-Abnahme wird ein mittlerer Strom mit einer festgelegten mittleren Stromgrenze verglichen, um EM-Schäden auf Grund der Stromdichte zu identifizieren (da die EM proportional zur Stromdichte ist).To ensure that integrated chips meet a minimum reliability standard, they undergo an EM acceptance process. Normally an EM acceptance is carried out in two phases. In the first phase of EM mitigation, a global effective temperature change (determined from the RMS current value of multiple electrical circuits on an integrated chip) is compared to a specified temperature limit to identify EM damage (to ensure that the temperature generated generated by the effective current is below a selected level). Violations of the specified temperature limit indicate that EM damage is present because higher temperatures lead to greater electromigration by providing thermal energy that increases the frequency of collisions between electrons and metal atoms in metal compound layers. In the second phase of EM removal, an average current is compared to a specified average current limit to identify EM damage based on current density (since EM is proportional to current density).
Beide Phasen der EM-Abnahme werden an einer Vielzahl von elektrischen Schaltungen eines integrierten Chips durchgeführt und hängen von der globalen effektiven Temperaturänderung ab. Wenn zum Beispiel eine Umgebungstemperatur 110 °C beträgt und eine globale effektive Temperaturänderung 10 °C beträgt, können mittlere Stromgrenzen für die Vielzahl von elektrischen Schaltungen bei einer erhöhten Temperatur von 120 °C berechnet werden. Es ist jedoch erkannt worden, dass die Verwendung ein und derselben erhöhten Temperatur für die Vielzahl von elektrischen Schaltungen zu pessimistisch für bestimmte elektrische Schaltungen sein kann und daher zusätzliche Kosten auf dem Gebiet des Designs durch Identifizieren von unechten EM-Schäden verursachen kann. Darüber hinaus machen die einzelnen Phasen der EM-Abnahme eine Flächenoptimierung schwierig, da die einzelnen Phasen unterschiedliche Ergebnisse liefern können, die zu weiteren Kosten führen. Außerdem tragen beide Phasen nicht der Eigenerwärmung von den Transistor-Bauelementen Rechnung.Both phases of EM decay are performed on a variety of electrical circuits of an integrated chip and depend on the global effective temperature change. For example, if an ambient temperature is 110°C and a global effective temperature change is 10°C, average current limits can be calculated for the plurality of electrical circuits at an elevated temperature of 120°C. However, it has been recognized that using one and the same elevated temperature for the plurality of electrical circuits may be too pessimistic for certain electrical circuits and therefore may incur additional design costs in identifying spurious EM damage. In addition, the individual phases of EM acceptance make area optimization difficult, as the individual phases can produce different results, which lead to further costs. In addition, both phases do not take into account the self-heating of the transistor components.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Elektromigrations-Abnahme (EM-Abnahme), mit dem EM-Schäden an Komponenten (z. B. Metallverbindungsdrähten) in verschiedenen elektrischen Schaltungen eines integrierten Chipdesigns dadurch ermittelt werden, dass eine einzige EM-Prüfung an verschiedenen Komponenten unter Verwendung von verschiedenen Temperaturen durchgeführt wird. Bei einigen Ausführungsformen wird mit dem Verfahren eine Vielzahl von Ist-Temperaturen ermittelt, die jeweils einer oder mehreren Komponenten in einer elektrischen Schaltung einer Vielzahl von elektrischen Schaltungen in einem integrierten Chipdesign entspricht. Für eine Komponente in einer gewählten elektrischen Schaltung der Vielzahl von elektrischen Schaltungen wird eine Elektromigrationsgrenze ermittelt. Die Elektromigrationsgrenze wird bei einer der Vielzahl von Ist-Temperaturen ermittelt, die der Komponente in der gewählten elektrischen Schaltung entspricht. Die Elektromigrationsgrenze wird mit einer Elektromigrationsmetrik verglichen, um zu ermitteln, ob ein EM-Schaden der Komponente in der gewählten elektrischen Schaltung vorliegt. Durch die Verwendung von verschiedenen Ist-Temperaturen für Komponenten in verschiedenen elektrischen Schaltungen werden unechte EM-Schäden abgeschwächt, wodurch der Verlust von Designkosten verringert wird. Darüber hinaus werden durch die Verwendung nur einer EM-Prüfung an einer Komponente Abweichungen zwischen verschiedenen EM- Abnahmeverfahren eliminiert.The present invention relates to an electromigration (EM) acceptance method for determining EM damage to components (e.g., metal bond wires) in various electrical circuits of an integrated chip design by performing a single EM test on various components is performed using different temperatures. In some embodiments, the method determines a plurality of actual temperatures, each corresponding to one or more components in an electrical circuit of a plurality of electrical circuits in an integrated chip design. An electromigration boundary is determined for a component in a selected electrical circuit of the plurality of electrical circuits. The electromigration limit is determined at one of the plurality of actual temperatures corresponding to the component in the selected electrical circuit. The electromigration limit is compared to an electromigration metric to determine if there is EM damage to the component in the selected electrical circuit. By using different Lower actual temperatures for components in various electrical circuits mitigate spurious EM damage, reducing design cost loss. In addition, using only one EM test on a component eliminates variability between different EM acceptance procedures.
Im Schritt 102 wird ein integrierter Chipdesign (d. h. ein Layout) erhalten, der eine Vielzahl von elektrischen Schaltungen hat. Die Vielzahl von elektrischen Schaltungen weist jeweils eine oder mehrere Komponenten in dem integrierten Chipdesign auf, die elektrisch miteinander verbunden sind. Zum Beispiel kann die Vielzahl von elektrischen Schaltungen jeweils einzelne Gruppen von Metallverbindungsschichten (z. B. Metallverbindungsdrähte und Metalldurchkontaktierungen) aufweisen, die mit verschiedenen Leistungsbusleitungen elektrisch verbunden sind (z. B. einem Draht, der auf Vss oder VDD gehalten wird), die so konfiguriert sind, dass sie Schaltkreiselemente mit Strom versorgen. Bei einigen Ausführungsformen können Komponenten in verschiedenen elektrischen Schaltungen elektrisch voneinander getrennt sein.In
Im Schritt 104 wird eine Änderung der realen Temperatur (ΔTreal) für eine oder mehrere Komponenten (z. B. Metallverbindungsdrähte) in einer gewählten Schaltung der Vielzahl von elektrischen Schaltungen ermittelt. Die Änderung der realen Temperatur (ΔTreal) umfasst eine Änderung einer Temperatur der einen oder mehreren Komponenten in der gewählten elektrischen Schaltung auf Grund der Wärme, die in der gewählten elektrischen Schaltung erzeugt wird. Zum Beispiel kann bei verschiedenen Ausführungsformen die Änderung der realen Temperatur (ΔTreal) durch Joulesche Wärmeentwicklung in einem Metallverbindungsdraht in der gewählten elektrischen Schaltung und/oder durch Wärme entstehen, die von einem oder mehreren Transistor-Bauelementen (d. h. Eigenerwärmung) in der gewählten elektrischen Schaltung erzeugt wird (d. h., Wärme, die durch die Kollision von Ladungsträgern mit Halbleitermolekülen in einem Kanalbereich eines Transistor-Bauelements entsteht). Bei einigen Ausführungsformen kann die Änderung der realen Temperatur (ΔTreal) für verschiedene der Vielzahl von elektrischen Schaltungen und/oder für verschiedene Komponenten in der gleichen elektrischen Schaltung unterschiedlich sein.At
Im Schritt 106 wird die Änderung der realen Temperatur (ΔTreal) zu einer Umgebungstemperatur (TE) addiert, um eine Ist-Temperatur (TACT) für die eine oder die mehreren Komponenten in der gewählten elektrischen Schaltung zu erhalten. Die Umgebungstemperatur (TE) kann so eingestellt werden, dass sie den gleichen Wert für verschiedene elektrische Schaltungen des integrierten Chipdesigns hat. Bei einigen Ausführungsformen kann die Umgebungstemperatur (TE) einen Wert haben, der so gewählt ist, dass er größer als der eines Substrats oder eines Metallverbindungsdrahts ist, um die EM-Prüfung zu beschleunigen und EM-Ausfälle in einem jeweils kurzen Zeitraum zu erzeugen (da die reale Lebensdauer eines integrierten Chips in der Praxis größer als die Zeit ist, die für die EM-Abnahme vorgesehen ist). Die Umgebungstemperatur kann zum Beispiel einen Wert haben, der so gewählt ist, dass es zu einem Ausfall des integrierten Chips in einem festgelegten Zeitraum kommt. Bei einigen Ausführungsformen kann die Umgebungstemperatur (TE) eine Variable sein, die von einem Verfahrensingenieur festgelegt wird (z. B. auf Grund von Daten auf dem Chip).At
Im Schritt 108 wird eine Elektromigrationsgrenze für die eine oder die mehreren Komponenten in einer gewählten elektrischen Schaltung bei der Ist-Temperatur (TACT) festgelegt. Die Elektromigrationsgrenze ist eine annehmbare obere Grenze eines Werts einer Elektromigrationsmetrik für die eine oder die mehreren Komponenten in einer elektrischen Schaltung. Wenn der Wert der Elektromigrationsmetrik die Elektromigrationsgrenze überschreitet, besteht die Gefahr der Elektromigration in der einen oder den mehreren Komponenten in der gewählten elektrischen Schaltung, und ein EM-Schaden wird identifiziert. Bei einigen Ausführungsformen kann die EM-Grenze eine mittlere Stromgrenze sein, die bei der Ist-Temperatur festgelegt wird. Bei weiteren Ausführungsformen kann die EM-Metrik/-Grenze eine Grenze für die mittlere Lebensdauer sein, die bei der Ist-Temperatur festgelegt wird.At
Im Schritt 110 wird eine Elektromigrationsmetrik für die eine oder die mehreren Komponenten in der gewählten elektrischen Schaltung bestimmt. Bei einigen Ausführungsformen kann die Elektromigrationsmetrik ein mittlerer Strom in der einen oder den mehreren Komponenten in der gewählten elektrischen Schaltung sein. Bei weiteren Ausführungsformen kann die Elektromigrationsmetrik eine mittlere Lebensdauer sein. Die Elektromigrationsmetrik kann anhand einer Simulation des integrierten Chipdesigns bestimmt werden.At
Im Schritt 112 wird die Elektromigrationsmetrik mit der Elektromigrationsgrenze verglichen, um zu ermitteln, ob ein EM-Schaden in der einen oder den mehreren Komponenten vorliegt.At
Im Schritt 114 werden eine oder mehrere Designschichten, die der einen oder den mehreren Komponenten in der gewählten elektrischen Schaltung entsprechen, justiert, wenn ein EM-Schaden identifiziert worden ist. Wenn zum Beispiel ein mittlerer Strom der Elektromigration eine Stromgrenze verletzt, werden eine oder mehrere Designschichten, die der einen oder den mehreren Komponenten in der gewählten elektrischen Schaltung des integrierten Chipdesigns entsprechen, so justiert, dass die EM-Schäden in der gewählten elektrischen Schaltung abgeschwächt werden.At
Es dürfte wohlverstanden sein, dass die Schritte 102 bis 114 iterativ wiederholt werden können, um EM-Schäden an verschiedenen Komponenten in einer elektrischen Schaltung und/oder an Komponenten in verschiedenen Schaltungen der Vielzahl von elektrischen Schaltungen zu ermitteln und zu beseitigen. Zum Beispiel können die Schritte 102 bis 114 ein erstes Mal ausgeführt werden, um EM-Schäden an einer oder mehreren Komponenten in einer ersten elektrischen Schaltung zu ermitteln, ein zweites Mal, um EM-Schäden an einer oder mehreren Komponenten in einer zweiten elektrischen Schaltung zu ermitteln, usw. Da die Komponenten in jeder elektrischen Schaltung verschiedene Temperaturen haben können, kann die EM-Grenze der Komponenten in jeder elektrischen Schaltung unterschiedlich sein. Daher können EM-Schäden auf einer Schaltung-zu-Schaltung-Basis ermittelt werden, wodurch ein unnötiger Neu-Design von elektrischen Schaltungen, die keine EM-Schäden haben, reduziert werden kann.It should be appreciated that steps 102-114 may be iteratively repeated to determine and eliminate EM damage to various components in an electrical circuit and/or to components in various circuits of the plurality of electrical circuits. For example, steps 102-114 may be performed a first time to determine EM damage to one or more components in a first electrical circuit, a second time to determine EM damage to one or more components in a second electrical circuit determine, etc. Since the components in each electrical circuit can have different temperatures, the EM limit of the components in each electrical circuit can be different. Therefore, EM damage can be determined on a circuit-by-circuit basis, which can reduce unnecessary redesign of electrical circuits that do not have EM damage.
Nachdem die EM-Schäden in einer Vielzahl von elektrischen Schaltungen ermittelt worden sind und die EM-Abnahme abgeschlossen ist, kann im Schritt 116 ein integrierter Chipdesign anhand des angepassten integrierten Chipdesigns auf einem Halbleitersubstrat hergestellt werden.After the EM damage has been determined in a variety of electrical circuits and the EM acceptance is complete, in
Die
Die einzelnen Transistor-Bauelemente 204 weisen jeweils einen Source-Bereich 203a und einen Drain-Bereich 203b auf, die durch einen Kanalbereich 206 getrennt sind. Der Source-Bereich 203a und der Drain-Bereich 203b umfassen stark dotierte Bereiche (die z. B. eine Dotierungskonzentration haben, die höher als die des umgebenden Substrats 202 ist). Bei einigen Ausführungsformen können der Source-Bereich 203a und der Drain-Bereich 203b in einem Wannenbereich 208 angeordnet sein, der eine Dotierungsart hat, die von der des Substrats 202 verschieden ist (z. B. kann ein n-leitender Wannenbereich in einem p-leitenden Substrat angeordnet sein). Über dem Kanalbereich 206 ist eine Gate-Struktur angeordnet. Die Gate-Struktur ist so konfiguriert, dass sie den Durchsatz von Ladungsträgern (z. B. von Löchern oder Elektronen) in dem Kanalbereich 206 während des Betriebs eines Transistor-Bauelements 204 steuert. Die Gate-Struktur weist eine Gate-Elektrode 207 auf, die durch ein Gate-Dielektrikum 205 von dem Kanalbereich 206 getrennt ist. Bei einigen Ausführungsformen ist die Gate-Struktur von einer dielektrischen Schicht 210 (z. B. Phosphorsilicatglas) umgeben.The
Über dem Substrat 202 ist ein Back-End-of-Line(BEOL)-Metallisierungsstapel 212 angeordnet. Der BEOL-Metallisierungsstapel 212 weist eine Vielzahl von Metallverbindungsschichten auf, die in einer dielektrischen Struktur angeordnet sind, die eine oder mehrere dielektrische Schichten 214a bis 214e hat. Bei verschiedenen Ausführungsformen können die eine oder die mehreren dielektrischen Schichten 214a bis 214e ein Oxid, ein dielektrisches Ultra-low-k-Material und/oder ein dielektrisches Low-k-Material (z. B. SiCO) umfassen. Bei einigen Ausführungsformen kann die Vielzahl von Metallverbindungsschichten leitende Kontakte 216, Metallverbindungsdrähte 218a bis 218c und/oder Metalldurchkontaktierungen 220 aufweisen. Die leitenden Kontakte 216 verbinden die Transistor-Bauelemente 204 elektrisch mit den Metallverbindungsdrähten 218a bis 218c, die durch die Metalldurchkontaktierungen 220 getrennt sind.A back-end-of-line (BEOL)
Die einzelnen elektrischen Schaltungen 201a bis 201c weisen jeweils eine Vielzahl von Metallverbindungsschichten auf, die miteinander elektrisch verbunden sind. Zum Beispiel kann bei einigen Ausführungsformen eine erste elektrische Schaltung 201a eine Vielzahl von Metallverbindungsschichten aufweisen, die mit einer ersten Leistungsbusleitung 222a verbunden sind, die so konfiguriert ist, dass sie Strom (der z. B. auf Vss gehalten wird) für Transistor-Bauelemente in der ersten elektrischen Schaltung 201a bereitstellt, während eine zweite elektrische Schaltung 201b eine Vielzahl von Metallverbindungsschichten aufweisen kann, die mit einer zweiten Leistungsbusleitung 222b verbunden sind, die so konfiguriert ist, dass sie Strom (der z. B. auf Vss gehalten wird) für Transistor-Bauelemente in der zweiten elektrischen Schaltung 201b bereitstellt. Bei einigen Ausführungsformen sind die Metallverbindungsschichten in verschiedenen elektrischen Schaltungen voneinander elektrisch getrennt.The individual
Die Metallverbindungsdrähte in den verschiedenen elektrischen Schaltungen 201a bis 201c haben unterschiedliche Ist-Temperaturen auf Grund von unterschiedlichen Änderungen der realen Temperatur (ΔTreal) infolge der resistiven Erwärmung und/oder der Eigenerwärmung der Bauelemente. Zum Beispiel können bei einigen Ausführungsformen die Änderungen der realen Temperatur (ΔTreal) bei Metallverbindungsdrähten in einer gewünschten elektrischen Schaltung von einem Effektivwert des Stroms in den Metallverbindungsdrähten in der gewählten elektrischen Schaltung abhängen. Da die Metallverbindungsdrähte in verschiedenen elektrischen Schaltungen 201a bis 201c unterschiedliche effektive Ströme haben, haben die Metallverbindungsdrähte in verschiedenen elektrischen Schaltungen 201a bis 201c unterschiedliche Änderungen der realen Temperatur. Bei einigen Ausführungsformen kann ein und dieselbe elektrische Schaltung 201a bis 201c unterschiedliche Änderungen der realen Temperatur (ΔTreal) in verschiedenen Segmenten der elektrischen Schaltung haben, da die elektrische Schaltung verschiedene Zweige von Metallverbindungsdrähten haben kann, die unterschiedliche effektive Ströme führen.The metal bond wires in the various
Bei einigen Ausführungsformen kann die erste elektrische Schaltung 201a einen ersten Metallverbindungsdraht haben, der einen ersten effektiven Strom führt, der einer ersten Änderung der realen Temperatur (ΔTreal_1) entspricht, die zweite elektrische Schaltung 201b kann einen zweiten Metallverbindungsdraht haben, der einen zweiten effektiven Strom führt, der einer zweiten Änderung der realen Temperatur (ΔTreal_2) entspricht, und die dritte elektrische Schaltung 201c kann einen dritten Metallverbindungsdraht haben, der einen dritten effektiven Strom führt, der einer dritten Änderung der realen Temperatur (ΔTreai_3) entspricht. Bei verschiedenen Ausführungsformen können zwei oder mehr der ersten Änderung der realen Temperatur (ΔTreal_1), der zweiten Änderung der realen Temperatur (ΔTreal_2) und der dritten Änderung der realen Temperatur (ΔTreal_3) unterschiedlich sein.In some embodiments, the first
Die
Wie in dem Diagramm 300 von
Wie in dem Diagramm 302 von
Wie in dem Diagramm 304 von
Die Draufsicht 400 zeigt einen angepassten integrierten Chipdesign 226'. Bei dem angepassten integrierten Chipdesign 226' ist ein erster Metallverbindungsdraht 218a', der mit der ersten elektrischen Schaltung 201a assoziiert ist, so angepasst worden, dass er EM-Schäden dadurch Rechnung trägt, dass die Breite des ersten Metallverbindungsdrahts 218a' von einer ersten Breite w1 auf eine angepasste erste Breite w1' vergrößert worden ist, die größer als die erste Breite w1 ist. Die Breite des ersten Metallverbindungsdrahts 218a', der mit der ersten elektrischen Schaltung 201a assoziiert ist, wird deshalb vergrößert, weil der mittlere Strom des ersten Metallverbindungsdrahts in der ersten elektrischen Schaltung (IAVG_1) größer als die mittlere EM-Stromgrenze des ersten Metallverbindungsdrahts in der ersten elektrischen Schaltung (IEM _LiM1) ist. Durch Vergrößern der Breite des ersten Metallverbindungsdrahts 218a' werden EM-Schäden in der ersten elektrischen Schaltung 201a verringert, da somit die mittlere EM-Stromgrenze des ersten Metallverbindungsdrahts in der ersten elektrischen Schaltung 201a erhöht wird.The
Bei dem angepassten integrierten Chipdesign 226' ist ein zweiter Metallverbindungsdraht 218b', der mit der zweiten elektrischen Schaltung 201b assoziiert ist, dadurch angepasst worden, dass die Breite des zweiten Metallverbindungsdrahts 218b' von einer zweiten Breite w2 auf eine angepasste zweite Breite w2' verringert worden ist, die kleiner als die zweite Breite w2 ist. Da der mittlere Strom in dem zweiten Metallverbindungsdraht in der zweiten elektrischen Schaltung (IAVG_2) kleiner als die mittlere EM-Stromgrenze des zweiten Metallverbindungsdrahts in der zweiten elektrischen Schaltung (IEM LIM2) ist, kann die Breite des zweiten Metallverbindungsdrahts 218b', der mit der zweiten elektrischen Schaltung 201b assoziiert ist, auf die angepasste zweite Breite w2' verringert werden, ohne EM-Schäden zu verursachen. Bei einigen alternativen Ausführungsformen wird die zweite Breite w2 des zweiten Metallverbindungsdrahts 218b' nicht angepasst.In the adjusted integrated chip design 226', a second
Bei dem angepassten integrierten Chipdesign 226' ist ein dritter Metallverbindungsdraht 218c', der mit der dritten elektrischen Schaltung 201c assoziiert ist, dadurch angepasst worden, dass die Breite des dritten Metallverbindungsdrahts 218c' von einer dritten Breite w3 auf eine angepasste dritte Breite w3' verringert worden ist, die kleiner als die dritte Breite w3 ist. Da der mittlere Strom in dem dritten Metallverbindungsdraht in der dritten elektrischen Schaltung (IAVG_3) kleiner als die mittlere EM-Stromgrenze des dritten Metallverbindungsdrahts in der dritten elektrischen Schaltung (IEM LIM3) ist, kann die Breite des dritten Metallverbindungsdrahts 218c', der mit der dritten elektrischen Schaltung 201c assoziiert ist, auf die angepasste dritte Breite w3' verringert werden, ohne EM-Schäden zu verursachen. Bei einigen alternativen Ausführungsformen wird die dritte Breite w3 des dritten Metallverbindungsdrahts 218c' nicht angepasst.In the custom integrated chip design 226' is a third
Zwar sind die vorstehenden Verfahren (z. B. die Verfahren 100 und 500) hier als eine Reihe von Operationen oder Ereignissen dargestellt und beschrieben worden, aber es dürfte wohlverstanden sein, dass die dargestellte Reihenfolge dieser Operationen oder Ereignisse nicht in einem beschränkenden Sinn aufzufassen ist. Einige Operationen können zum Beispiel in anderen Reihenfolgen und/oder gleichzeitig mit anderen Operationen oder Ereignissen als den hier dargestellten und/oder beschriebenen Operationen oder Ereignissen ausgeführt werden. Darüber hinaus sind möglicherweise nicht alle dargestellten Operationen erforderlich, um einen oder mehrere Aspekte oder Ausführungsformen der vorliegenden Beschreibung zu implementieren. Außerdem können eine oder mehrere der hier beschriebenen Operationen in nur einer Operation oder in mehreren getrennten Operationen und/oder Phasen ausgeführt werden.While the foregoing methods (e.g.,
Im Schritt 502 wird ein integrierter Chipdesign (d. h. ein Layout) erhalten, der eine Vielzahl von elektrischen Schaltungen hat.In
Im Schritt 504 wird eine Änderung der realen Temperatur (ΔTreal) für einen Metallverbindungsdraht in einer gewählten Schaltung ermittelt. Bei einigen Ausführungsformen kann die Änderung der realen Temperatur eine Änderung der realen Temperatur durch Bauelement-Eigenerwärmung und Joulesche Wärmeentwicklung umfassen, die in den Schritten 506 bis 510 ermittelt wird.In
Im Schritt 506 wird die Änderung der Temperatur durch Joulesche Wärmeentwicklung (ΔTjoule) für einen Metallverbindungsdraht in einer gewählten elektrischen Schaltung ermittelt. Die Änderung der Temperatur durch Joulesche Wärmeentwicklung (ΔTjoule) (d. h. resistive Erwärmung) ist proportional zu dem effektiven Strom (IRMS) des Metallverbindungsdrahts in der gewählten elektrischen Schaltung. Zum Beispiel kann ein effektiver Strom von 5 mA zu einer Änderung der Temperatur durch Joulesche Wärmeentwicklung von 5 °C führen. Bei einigen Ausführungsformen kann die Änderung der Temperatur durch Joulesche Wärmeentwicklung (ΔTjoule) von dem Prozess und/oder der Größe von Strukturelementen in einem Technologieknoten abhängen. Bei diesen Ausführungsformen kann die Änderung der Temperatur durch Joulesche Wärmeentwicklung (ΔTjoule) anhand einer Formel ermittelt werden, die in einem Designsregelhandbuch angegeben ist. Bei weiteren Ausführungsformen kann die Änderung der Temperatur durch Joulesche Wärmeentwicklung (ΔTjoule) auf Grund eines Simulationsdurchlaufs mit dem integrierten Chipdesign ermittelt werden.At
Im Schritt 508 wird eine Änderung der Temperatur durch Bauelement-Eigenerwärmung (ΔTchannel) für den Metallverbindungsdraht in einer gewählten elektrischen Schaltung ermittelt. Bei einigen Ausführungsformen kann die Änderung der Temperatur durch Bauelement-Eigenerwärmung (ΔTchannel) dadurch berechnet werden, dass die Eigenerwärmungstemperatur eines Bauelements anhand einer gesonderten Simulation (z. B. einer SPICE-Simulation) (SPICE: simulation program with integrated circuit emphasis; Simulationsprogramm mit dem Schwerpunkt integrierte Schaltkreise) ermittelt wird und dann der Einfluss der Bauelement-Eigenerwärmung auf den Metallverbindungsdraht ermittelt wird.At
Im Schritt 510 wird eine Änderung der realen Temperatur (ΔTreal) für den Metallverbindungsdraht auf Grund der Änderung der Temperatur durch Joulesche Wärmeentwicklung (ΔTjoule) und der Änderung der Temperatur durch Bauelement-Eigenerwärmung (ΔTchannel) ermittelt. Bei einigen Ausführungsformen kann die Änderung der realen Temperatur (ΔTreal) dadurch ermittelt werden, dass die Änderung der Temperatur durch Joulesche Wärmeentwicklung (ΔTjoule) zu der Änderung der Temperatur durch Bauelement-Eigenerwärmung (ΔTchannel) addiert wird (d. h., ΔTreal = ΔTjoule + Koeffizient · ΔTchannel). Bei einigen Ausführungsformen kann die Bauelement-Eigenerwärmung (ΔTchannel) einer ersten elektrischen Schaltung die Ist-Temperatur eines oder mehrerer Metallverbindungsdrähte in einer benachbarten elektrischen Schaltung beeinflussen, sodass die Änderung der realen Temperatur (ΔTreal) dadurch ermittelt werden kann, dass die Änderung der Temperatur durch Joulesche Wärmeentwicklung (ΔTjoule) zu der Änderung der Temperatur durch Bauelement-Eigenerwärmung in mehreren Kanälen addiert wird (d. h., ΔTreal = ΔTjoule + Koeffizient 1 · ΔTchannei_1 + Koeffizient_2 · ΔTchannel_2).At
Im Schritt 512 wird eine mittlere Stromgrenze (IAVGLIM) für den Metallverbindungsdraht in der gewählten elektrischen Schaltung bei einer Ist-Temperatur (TACT) berechnet, die gleich einer Summe aus der Umgebungstemperatur (TE) und der Änderung der realen Temperatur (ΔTreal) ist. Bei einigen Ausführungsformen kann die mittlere Stromgrenze (IAVG_LIM) für einen Metallverbindungsdraht eine Funktion der Ist-Temperatur (TACT) der elektrischen Schaltung und der Breite des Metallverbindungsdrahts sein [d. h., IAVG_LIM = f(TACT, Breite)].In
Im Schritt 514 wird ein mittlerer Strom (IAVG) in einem Metallverbindungsdraht mit der mittleren Stromgrenze (IAVGLIM) für den Metallverbindungsdraht verglichen. Wenn der mittlere Strom (IAVG) größer als die mittlere Stromgrenze (IAVG_LIM) ist, liegt ein EM-Schaden in dem Metallverbindungsdraht vor (bei 516), und das Verfahren geht dazu über, den integrierten Chipdesign (z. B. die Breite des Metallverbindungsdrahts) anzupassen, um den mittleren Strom in der gewählten elektrischen Schaltung zu verringern (Schritt 518).In
Die Schritte 512 bis 518 des Verfahrens 500 können für eine Vielzahl von Metallverbindungsdrähten in einer elektrischen Schaltung iterativ ausgeführt werden. Zum Beispiel können die Schritte 512 bis 518 ein erstes Mal für einen ersten Metallverbindungsdraht in einer ersten elektrischen Schaltung ausgeführt werden, ein zweites Mal für einen zweiten Metallverbindungsdraht in der ersten elektrischen Schaltung ausgeführt werden, usw. Darüber hinaus können die Schritte 512 bis 518 iterativ für eine Vielzahl von elektrischen Schaltungen in dem integrierten Chipdesign ausgeführt werden, um EM-Schäden in den einzelnen elektrischen Schaltungen getrennt zu ermitteln.
Die
In der ersten elektrischen Schaltung 602a hängt die Änderung der realen Temperatur eines Metallverbindungsdrahts 604a oder 606a durch Eigenerwärmung von einer ersten Änderung der Temperatur durch Joulesche Wärmeentwicklung (ΔTjoule1) des Metallverbindungsdrahts und/oder von einer ersten Änderung der Temperatur durch Bauelement-Eigenerwärmung (ΔTchannel1) ab, die in dem Metallverbindungsdraht durch das darunter befindliche erste Transistor-Bauelement 204a (z. B. durch die Kollision von Ladungsträgern in Halbleitermolekülen in einem Kanal des ersten Transistor-Bauelements 204a) verursacht wird. Bei einigen Ausführungsformen kann die erste Änderung der Temperatur durch Joulesche Wärmeentwicklung (ΔTjoule1) aus dem effektiven Strom der ersten elektrischen Schaltung 602a errechnet werden, da die erste Änderung der Temperatur durch Joulesche Wärmeentwicklung (ΔTjoule1) ein Prozess ist, in dem der Durchfluss eines elektrischen Stroms durch einen Leiter Wärme freisetzt. Wie in der ersten grafischen Darstellung 608 gezeigt ist, ist ein Strom 610 in der ersten elektrischen Schaltung 602a ein Wechselstrom, der sich zwischen einem Spitzenwert Ip und einem Mindestwert Im ändert, sodass ein effektiver Strom 612 entsteht, der einen ersten Wert (der z. B. etwa gleich Ip/√2 ist) hat.In the first
Eine erste mittlere EM-Stromgrenze (IAVG_LIM1) kann für den Metallverbindungsdraht 604a auf Grund einer ersten Änderung der realen Temperatur (ΔTreal_1) durch Eigenerwärmung und einer ersten Breite w1 des Metallverbindungsdrahts 604a ermittelt werden [d. h., IAVG_LIM1 = f(TE + ΔTreal_1, w1)]. Dann wird ein mittlerer Strom in dem Metallverbindungsdraht 604a ermittelt und mit der ersten mittleren EM-Stromgrenze (IAVG_LIM1) verglichen, um EM-Schäden des Metallverbindungsdrahts 604a zu ermitteln. Wenn ein EM-Schaden vorliegt, wird die Breite des Metallverbindungsdrahts 604a von w1 auf eine größere Breite vergrößert. Durch Vergrößern der Breite des Metallverbindungsdrahts 604a kann die erste mittlere EM-Stromgrenze (IAVG_LIM1), die eine Funktion der Breite ist, erhöht werden, und dadurch wird der EM-Schaden beseitigt. Eine zweite mittlere EM-Stromgrenze (IAVG_LIM2) kann für den Metallverbindungsdraht 606a auf Grund der ersten Änderung der realen Temperatur (ΔTreal1) durch Eigenerwärmung und einer zweiten Breite w2 des Metallverbindungsdrahts 606a ermittelt werden [d. h., IAVG_LIM2 = f(TE + ΔTreal_1, w2)]. Dann wird ein mittlerer Strom in dem Metallverbindungsdraht 606a ermittelt und mit der zweiten mittleren EM-Stromgrenze (IAVGLIM2) verglichen, um EM-Schäden des Metallverbindungsdrahts 606a zu ermitteln. Wenn ein EM-Schaden vorliegt, wird die Breite des Metallverbindungsdrahts 606a von w2 auf eine größere Breite vergrößert.A first average EM current limit (I AVG_LIM1 ) may be determined for
Bei einigen Ausführungsformen kann die Eigenerwärmung (ΔTchannel) einer zweiten elektrischen Schaltung (z. B. 602b) die Ist-Temperatur eines oder mehrerer Metallverbindungsdrähte in einer ersten elektrischen Schaltung (z. B. 602a) beeinflussen. Wenn in
Nachdem die EM-Prüfungen an den Metallverbindungsdrähten 604a und 606a in der ersten elektrischen Schaltung 602a beendet worden sind, können EM-Prüfungen an den Metallverbindungsdrähten 604b und 606b in der zweiten elektrischen Schaltung 602b durchgeführt werden. In der zweiten elektrischen Schaltung 602b wird eine zweite Änderung der realen Temperatur (ΔTreal_2) eines Metallverbindungsdrahts 604b oder 606b durch Eigenerwärmung von einer zweiten Temperaturänderung durch Joulesche Wärmeentwicklung (ΔTjoule2) des Metallverbindungsdrahts und/oder eine Temperaturänderung durch Bauelement-Eigenerwärmung (ΔTchannel2) verursacht, die in dem Metallverbindungsdraht durch das darunter befindliche zweite Transistor-Bauelement 204b hervorgerufen wird. Bei einigen Ausführungsformen kann die zweite Temperaturänderung durch Joulesche Wärmeentwicklung (ΔTjoule2) aus dem effektiven Strom der zweiten elektrischen Schaltung 602b errechnet werden. Wie in der zweiten grafischen Darstellung 614 gezeigt ist, ist ein Strom 616 in der zweiten elektrischen Schaltung 602b ein Gleichstrom, der zu einem effektiven Strom führt, der einen zweiten Wert hat, der gleich dem Gleichstromwert ist und kleiner als der erste Wert des effektiven Stroms 612 ist. Der zweite Wert bewirkt, dass die Eigenerwärmung der Metallverbindungsdrähte 604b und 606b in der zweiten elektrischen Schaltung 602b geringer als die der Metallverbindungsdrähte 604a und 606a in der ersten elektrischen Schaltung 602a ist, was zu höheren EM-Grenzen führt.After the EM tests have been completed on the
Eine dritte mittlere EM-Stromgrenze (IAVGLIM3) kann für den dritten Metallverbindungsdraht 604b auf Grund der zweiten Änderung der realen Temperatur (ΔTreal_2) durch Eigenerwärmung und einer dritten Breite w3 des dritten Metallverbindungsdrahts 604b ermittelt werden [d. h., IAVG_LIM3 = f(TE + ΔTreal_2, w3)]. Dann wird ein mittlerer Strom in dem dritten Metallverbindungsdraht 604b ermittelt und mit der dritten mittleren EM-Stromgrenze (IAVG_LIM3) verglichen, um EM-Schäden des dritten Metallverbindungsdrahts 604b zu ermitteln. Wenn ein EM-Schaden vorliegt, wird die Breite des dritten Metallverbindungsdrahts 604b von w3 auf eine größere Breite vergrößert. Eine vierte mittlere EM-Stromgrenze (IAVG_LIM4) kann für den vierten Metallverbindungsdraht 606b auf Grund der zweiten Änderung der realen Temperatur (ΔTreal_2) durch Eigenerwärmung und einer vierten Breite w4 des vierten Metallverbindungsdrahts 606b ermittelt werden [d. h., IAVG_LIM4 = f(TE + ΔTreal_2, w4)]. Dann wird ein mittlerer Strom in dem vierten Metallverbindungsdraht 606b ermittelt und mit der vierten mittleren EM-Stromgrenze (IAVGLIM4) verglichen, um EM-Schäden des vierten Metallverbindungsdrahts 606b zu ermitteln. Wenn ein EM-Schaden vorliegt, wird die Breite des vierten Metallverbindungsdrahts 606b von w4 auf eine größere Breite vergrößert.A third average EM current limit (I AVGLIM3 ) can be determined for the third
Bei einigen Ausführungsformen kann die Eigenerwärmung (ΔTchannel) einer ersten elektrischen Schaltung (z. B. 602a) die Ist-Temperatur eines oder mehrerer Metallverbindungsdrähte in einer zweiten elektrischen Schaltung (z. B. 602b) beeinflussen. Wenn in
Das System 700 weist ein erstes Speicherelement 702 auf, das so konfiguriert ist, dass es einen integrierten Chipdesign 704 (d. h. ein Layout) speichert. Das erste Speicherelement 702 umfasst einen elektronischen Speicher (z. B. einen RAM, Festspeicher usw.), der so konfiguriert ist, dass er digitale Daten speichert. Der integrierte Chipdesign 704 weist eine Vielzahl von verschiedenen Designschichten (z. B. Metallverbindungsdrahtschichten, Metalldurchkontaktierungsschichten usw.) auf, die in einer Vielzahl von elektrischen Schaltungen 704a bis 704n angeordnet sind.The
Ein Elektromigrationgrenzen-Ermittlungselement 705 ist so konfiguriert, dass es Elektromigrationsgrenzen für eine oder mehrere Komponenten in der Vielzahl von elektrischen Schaltungen 704a bis 704n ermittelt. Bei einigen Ausführungsformen weist das Elektromigrationgrenzen-Ermittlungselement 705 ein Strommess-Element 706 auf, das so konfiguriert ist, dass es einen Strom (In) in einer oder mehreren Komponenten in jeder der Vielzahl von elektrischen Schaltungen 704a bis 704n misst und eine Vielzahl von effektiven Strömen (IRMS_x, wobei x = 1 bis n ist) für die eine oder die mehreren Komponenten in der Vielzahl von elektrischen Schaltungen 704a bis 704n in dem integrierten Chipdesign 704 ermittelt. Jeder der Vielzahl von effektiven Strömen (IRMS_x) entspricht einer oder mehreren Komponenten in einer der Vielzahl von elektrischen Schaltungen 704a bis 704n in dem integrierten Chipdesign 704. Zum Beispiel entspricht ein erster effektiver Strom IRMS_1 einer oder mehreren Komponenten in einer ersten elektrischen Schaltung 704a, ein zweiter effektiver Strom IRMS_2 entspricht einer oder mehreren Komponenten in einer zweiten elektrischen Schaltung 704b, usw. Bei einigen Ausführungsformen kann das Strommess-Element 706 so konfiguriert sein, dass es eine erste Formel (f1) von einer Designsregel-Datenbank 716 erhält, die zum Berechnen der Vielzahl von effektiven Strömen (IRMS_x) dient. Bei einigen Ausführungsformen hängt die erste Formel (f1) von einem Technologieknoten und/oder einem Herstellungsverfahren für den integrierten Chipdesign 704 ab.An electromigration
Ein Änderung-der-realen-Temperatur-Berechnungselement 708 ist so konfiguriert, dass es eine Änderung der realen Temperatur (ΔTreal_x) für die eine oder die mehreren Komponenten in der Vielzahl von elektrischen Schaltungen 704a bis 704n auf Grund der Vielzahl von effektiven Strömen (IRMS_x) ermittelt. Die Änderung der realen Temperatur (ΔTreal_x) wird mit einem Summierelement 710 zu einer Umgebungstemperatur (TE) addiert, um Ist-Temperaturen (TACT_x) für die eine oder die mehreren Komponenten in den einzelnen der Vielzahl von elektrischen Schaltungen 704a bis 704n zu ermitteln. Bei einigen Ausführungsformen kann die Umgebungstemperatur (TE) in einem zweiten Speicherelement 712 gespeichert werden. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann das zweite Speicherelement 712 der gleiche physikalische Speicher wie das erste Speicherelement 702 sein, oder es kann ein anderer physikalischer Speicher als das erste Speicherelement 702 sein.A change in real
Die Ist-Temperaturen (TACT_x) für die eine oder die mehreren Komponenten in der Vielzahl von elektrischen Schaltungen 704a bis 704n werden für ein Mittlere-Stromgrenzen-Berechnungselement 714 bereitgestellt, das so konfiguriert ist, dass es eine mittlere Stromgrenze (IAVGLIMx) für die eine oder die mehreren Komponenten in der Vielzahl von elektrischen Schaltungen 704a bis 704n bei einer Ist-Temperatur (TACT_x) berechnet, die der einen oder den mehreren Komponenten einer gewählten elektrischen Schaltung 704a bis 704n entspricht. Zum Beispiel kann das Mittlere-Stromgrenzen-Berechnungselement 714 eine erste mittlere Stromgrenze (IAVGLIM1) für einen ersten Metallverbindungsdraht in einer ersten elektrischen Schaltung 704a bei einer ersten Ist-Temperatur (TACT_1) berechnen, eine zweite mittlere Stromgrenze (IAVG_LIM2) für einen zweiten Metallverbindungsdraht in einer zweiten elektrischen Schaltung 704b bei einer zweiten Ist-Temperatur (TACT_2) berechnen, usw. Bei einigen Ausführungsformen kann das Mittlere-Stromgrenzen-Berechnungselement 714 so konfiguriert sein, dass es eine zweite Formel (f2) von der Designregel-Datenbank 716 empfängt, um die mittlere Stromgrenze (IAVGLIMx) zu berechnen. Die zweite Formel (f2) kann von einem Technologieknoten und/oder einem Herstellungsverfahren für den integrierten Chipdesign 704 abhängen.The actual temperatures (T ACT_x ) for the one or more components in the plurality of
Ein Simulationstool 718 ist so konfiguriert, dass es mittlere Ströme (IAVGx) für die eine oder die mehreren Komponenten in der Vielzahl von elektrischen Schaltungen 704a bis 704n anhand des integrierten Chipdesigns 704 ermittelt. Die mittleren Ströme (IAVGx) und die mittlere Stromgrenze (IAVG_LIMx) werden für ein Vergleichselement 720 bereitgestellt, das so konfiguriert ist, dass es EM-Schäden durch Vergleichen der mittleren Ströme (IAVGx) mit der mittleren Stromgrenze (IAVG_LIMx) identifiziert. Wenn zum Beispiel der mittlere Strom (IAVGx) eines Metallverbindungsdrahts in einer elektrischen Schaltung die mittlere Stromgrenze (IAVG_LIMx) dieser elektrischen Schaltung verletzt, wird ein EM-Schaden identifiziert. Bei einigen Ausführungsformen kann das Simulationstool einen SPICE-Simulator aufweisen (SPICE: Simulationsprogramm mit dem Schwerpunkt integrierte Schaltkreise) aufweisen.A
Ein Designlayout-Tool 722 ist so konfiguriert, dass es eine oder mehrere Designschichten, die der einen oder den mehreren Komponenten in einer der Vielzahl von elektrischen Schaltungen 704a bis 704n entsprechen, auf Grund einer Ausgabe des Vergleichselements 720 anpasst. Die eine oder die mehreren Designschichten können so angepasst werden, dass die Breite eines Metallverbindungsdrahts vergrößert wird, wenn ermittelt wird, dass ein EM-Schaden in der elektrischen Schaltung vorliegt. Alternativ können die eine oder die mehreren Designschichten so angepasst werden, dass die Breite eines Metallverbindungsdrahts verringert wird, wenn ermittelt wird, dass der mittlere Strom unter der mittleren Stromgrenze liegt.A
Somit betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Elektromigrations-Abnahme (EM-Abnahme), mit dem EM-Schäden in verschiedenen elektrischen Schaltungen durch Durchführen einer einzigen EM-Prüfung in jeder Schaltung ermittelt werden. Die einzelnen EM-Prüfungen werden dadurch durchgeführt, dass eine Elektromigrationsmetrik (z. B. ein mittlerer Strom) mit einer EM-Grenze der verschiedenen elektrischen Schaltungen, die unter Verwendung verschiedener Temperaturen ermittelt wird, verglichen wird.Thus, the present invention relates to an electromigration (EM) degradation method for detecting EM damage in various electrical circuits by performing a single EM test on each circuit. The individual EM tests are performed by comparing an electromigration metric (e.g., an average current) to an EM limit of the various electrical circuits determined using different temperatures.
Bei einigen Ausführungsformen betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Elektromigrations-Abnahme. Das Verfahren weist das Ermitteln einer Vielzahl von Ist-Temperaturen auf, die jeweils einer oder mehreren Komponenten in einer Vielzahl von elektrischen Schaltungen in einem integrierten Chipdesign entsprechen. Das Verfahren weist weiterhin das Ermitteln einer Elektromigrationsgrenze für eine Komponente in einer gewählten elektrischen Schaltung der Vielzahl von elektrischen Schaltungen auf, wobei die EM-Grenze bei einer der Vielzahl von Ist-Temperaturen ermittelt wird, die der Komponente in der gewählten elektrischen Schaltung entspricht. Das Verfahren weist weiterhin das Vergleichen der Elektromigrationsgrenze mit einer Elektromigrationsmetrik auf, um zu ermitteln, ob ein Elektromigrationsschaden der Komponente in der gewählten elektrischen Schaltung vorliegt.In some embodiments, the present invention relates to a method for electromigration loss. The method includes determining a plurality of actual temperatures, each corresponding to one or more components in a plurality of electrical circuits in an integrated chip design. The method further comprises determining an electromigration limit for a component in a selected electrical circuit of the plurality of electrical circuits, wherein the EM limit is determined at one of the plurality of actual temperatures corresponding to the component in the selected electrical circuit. The method further includes comparing the electromigration limit to an electromigration metric to determine whether there is electromigration damage to the component in the selected electrical circuit.
Bei weiteren Ausführungsformen betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Elektromigrations-Abnahme. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Ermitteln einer ersten Ist-Temperatur, die einem ersten Metallverbindungsdraht in einer ersten elektrischen Schaltung eines integrierten Chipdesigns entspricht; und Ermitteln einer zweiten Ist-Temperatur, die einem zweiten Metallverbindungsdraht in einer zweiten elektrischen Schaltung des integrierten Chipdesigns entspricht. Das Verfahren weist weiterhin die folgenden Schritte auf: Ermitteln einer ersten mittleren Stromgrenze für den ersten Metallverbindungsdraht unter Verwendung der ersten Ist-Temperatur; und Ermitteln einer zweiten mittleren Stromgrenze für den zweiten Metallverbindungsdraht unter Verwendung der zweiten Ist-Temperatur. Das Verfahren weist weiterhin die folgenden Schritte auf: Vergleichen eines ersten mittleren Stroms in dem ersten Metallverbindungsdraht mit der ersten mittleren Stromgrenze, um einen Elektromigrationsschaden in dem ersten Metallverbindungsdraht zu ermitteln; und Vergleichen eines zweiten mittleren Stroms in dem zweiten Metallverbindungsdraht mit der zweiten mittleren Stromgrenze, um einen Elektromigrationsschaden in dem zweiten Metallverbindungsdraht zu ermitteln.In further embodiments, the present invention relates to a method for electromigration loss. The method includes the steps of: determining a first actual temperature corresponding to a first metal bonding wire in a first electrical circuit of an integrated chip design; and determining a second actual temperature corresponding to a second metal bond wire in a second electrical circuit of the integrated chip design. The method further includes the steps of: determining a first average current limit for the first metal bonding wire using the first actual temperature; and determining a second average current limit for the second metal bond wire using the second actual temperature. The method further comprises the steps of: comparing a first average current in the first metal bond wire to the first average current limit to determine electromigration damage in the first metal bond wire; and comparing a second average current in the second metal bond wire to the second average current limit to determine electromigration damage in the second metal bond wire.
Bei noch weiteren Ausführungsformen betrifft die vorliegende Erfindung ein System zur Elektromigration-Abnahme. Das System weist ein Speicherelement auf, das so konfiguriert ist, dass es einen integrierten Chipdesign speichert, der eine Vielzahl von elektrischen Schaltungen umfasst. Das System weist weiterhin ein Elektromigrationgrenzen-Ermittlungselement auf, das so konfiguriert ist, dass es eine Vielzahl von Ist-Temperaturen ermittelt, die jeweils einer oder mehreren Komponenten in einer der Vielzahl von elektrischen Schaltungen in dem integrierten Chipdesign entsprechen, und dass es eine Elektromigrationsgrenze für eine Komponente in einer gewählten elektrischen Schaltung der Vielzahl von elektrischen Schaltungen ermittelt, wobei die Elektromigrationsgrenze bei einer der Vielzahl von Ist-Temperaturen ermittelt wird, die der Komponente in der gewählten elektrischen Schaltung entspricht. Das System weist weiterhin ein Vergleichselement auf, das so konfiguriert ist, dass es die Elektromigrationsgrenze mit einer Elektromigrationsmetrik vergleicht, um zu ermitteln, ob ein Elektromigrationsschaden der Komponente in der gewählten elektrischen Schaltung vorliegt.In still other embodiments, the present invention relates to a system for electromigration abatement. The system includes a memory element configured to store an integrated chip design that includes a plurality of electrical circuits. The system further includes an electromigration limit determination element configured to determine a plurality of actual temperatures, each corresponding to one or more components in one of the plurality of electrical circuits in the integrated chip design, and to determine an electromigration limit for determining a component in a selected electrical circuit of the plurality of electrical circuits, wherein the electromigration limit is determined at one of the plurality of actual temperatures corresponding to the component in the selected electrical circuit. The system further includes a comparator configured to compare the electromigration limit to an electromigration metric to determine whether there is electromigration damage to the component in the selected electrical circuit.
Claims (17)
Applications Claiming Priority (4)
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