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Jean-Marc Petit
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STMicroelectronics utilise COMSOL Multiphysics pour simuler les mécanismes de rupture dans les semiconducteurs
La fiabilité des circuits semi-conducteurs, exigée sur une période de plus de 10 ans, est la plupart du temps liée à la physique sur une échelle locale. Précisemment, le passage du courant dans les lignes de cuivre génère des lacunes à l'échelle atomique, qui se transforment en trous, susceptibles d'entrainer la rupture du conducteur. F. Cacho et V. Fiori, du Groupe de simulation de STMicroelectronic à Crolles, simulent l'électromigration et les phénomènes associés avec COMSOL Multiphysics pour mieux comprendre l'influence des propriétés matériaux, de la température et des contraintes mécaniques. Le but : faciliter la mise au point des prototypes et renforcer l'efficacité des tests de fiabilité.
La fiabilité des lignes de connexion est un point essentiel de l’optimisation des architectures des futures technologies MOS. Le développement de lois prédictives dépend d’une meilleure compréhension des mécanismes de dégradation, dont l’électromigration est la première étape. L’injection d’un courant électrique dans un conducteur implique le déplacement d’électrons, qui transfère une partie de leur énergie aux atomes. Le déplacement de ces derniers entraine finalement la formation de lacunes, qui dégradent la ligne métallique, et conduisent à sa rupture.
Concevoir des tests de fiabilité efficace nécessite d'accélérer les processus menant à la rupture : injecter des courants plus forts, à plus haute température, sur les géométries les plus défavorables. Pour cela, la simulation est indispensable pour sélectionner les plus mauvaises conditions possibles, voire à terme prédire les risques de rupture. Le modèle couple plusieurs physiques : diffusion des espèces, transport des électrons par différence de potentiel chimique, contrainte hydrostatique, transport de chaleur. "Le choix de COMSOL Multiphysics s'est imposé par sa souplesse d'implémentation de nouveaux termes, de modification des choix prédéfinis, de couplage entre différentes physiques et chimie," selon F. Cacho.
Les simulations actuelles 3D sont effectuées sur une ligne de grains de cuivre noyés dans un oxyde diélectrique. A l’interface entre les deux matériaux, les dilatations d’origine thermique (avant le passage du courant) conduisent à une répartition très inhomogène des contraintes de cisaillement. On observe ainsi des concentrations de contrainte près des frontières des grains (voir figure ci-dessus). L’application de modèles de diffusion prédit ensuite la répartition des espèces selon la position au sein ou aux frontières des grains. Ces dernières constituent effectivement des sources/puits des lacunes atomiques. C’est la prochaine étape de simulation !
Les produits COMSOL
Bien conçu, rapide, facile à utiliser, COMSOL Multiphysics répond aux défis de la simulation multiphysique. Résoudre des modèles complexes de plus de 10 millions de degrés de liberté, coupler sur mesure n’importe quelle équation, modifier à loisir les modes d’application prédéfinis, tout en restant transparent à l’utilisateur : voici ce que nous proposons pour répondre aux défis de l’innovation des procédés et des produits. Des modules optionnels répondent aux besoins spécifiques en acoustique, génie chimique, sciences de la terre, électromagnétisme, transfert de chaleur, MEMS et mécanique des structures. S'y ajoutent le COMSOL Reaction Engineering Lab®, qui simulent les systèmes réactionnels. Les produits COMSOL sont disponibles sous Windows, Linux, Solaris, et Macintosh. Détails complets sur www.comsol.fr
La société TransTech Systems
TransTech Systems est une société d'ingénierie qui fournit recherche appliquée, support au développement et solutions clés en main dans une large gamme d'activités, au-delà du génie civil et des infrastructures. Depuis 1989, TransTech s'est taillé une réputation mondiale en innovation dans la construction de route. En partenariat avec des manufacturiers, des agences gouvernementales, des universités et des maitres d'oeuvre, TransTech a développé des produits de haute technologie qui améliorent la productivité, augmentent la sécurité et réduisent les coûts, avec une qualité croissante des programmes de construction de route et de pont.
La société COMSOL
Fondée en 1986, la société COMSOL se développe activement en Amérique du Nord et en Europe, au travers de plus de quinze filiales. Plus particulièrement au Benelux, au Danemark, en Finlande, en Allemagne, en Italie, en Norvège, en Suède, en Suisse, au Royaume-Uni et en France (depuis 2002). Un réseau de distributeurs associés couvre le monde entier.
COMSOL, COMSOL Multiphysics, COMSOL Reaction Engineering Lab et FEMLAB sont des marques enregistrées de COMSOL AB. Les autres produits ou noms de produits sont des marques déposées ou enregistrées de leurs propriétaires.
