CD-Labor for Zuverlässigkeitsprobleme in der Mikroelektronik

Einflüsse auf die Zuverlässigkeit von Halbleiterbauelementen und Verdrahtungsstrukturen werden modelliert und simuliert. Dabei werden allgemeingültige, wissenschaftlich fundierte Regeln für die Herstellung solcher Systeme entwickelt.

Die Funktionen von mikroelektronischen Bauelementen, Stromkreisen oder Systemen können aufgrund veränderter Materialeigenschaften ausfallen. Dieses Risiko ist immer präsent und auch unabhängig von der jeweiligen Komplexitätsebene. Forschungsziel sind innovative Lösungen, die das Verständnis für dieses Risiko erweitern und die in aktueller Simulations-Software nicht erfasst werden.

Ein Schwerpunkt der Forschung befasst sich mit Electromigration Reliability. Mit diesem Phänomen ist der strombedingte Transport von Ionen in Leiterbahnen gemeint, der langfristig die Bahnen zerstört. Damit dieser Effekt zuverlässig simuliert werden kann, werden die Auswirkungen verschiedener Designs der Verdrahtungsstruktur, der Materialauswahl und der Mikrostruktur modelliert.

Weiters werden Einflüsse der technologischen Herstellungsprozesse (z. B. Reinigen und Oxidieren) auf die Zuverlässigkeit der mikroelektronischen Bauteile modelliert. Auch die Wirkung von mechanischen Spannungen auf komplexe Strukturen mit mehreren Schichten wird analysiert, denn in solchen Strukturen kann es als Konsequenz zu Trennungen der einzelnen Schichten (Delamination) und zu Rissen kommen. Einen weiteren Aufgabenbereich stellt die Modellierung der Hot Carrier Degradation dar – dabei überwinden Ladungsträger Potenzialbarrieren und können Bauteile beschädigen. Sie ist ein wesentliches Hindernis für die weitere Miniaturisierung und wird daher im Detail erforscht. Die Bias Temperature Instability (BTI) wiederum ist ein wesentliches Zuverlässigkeitskriterium für sogenannte MOS-Bauelemente. Daher liegt ein Schwerpunkt der Tätigkeit auf der Erarbeitung von mikroskopischen Modellen der Defekte, die für BTI sowie für die Abhängigkeit von Zeit, Temperatur und elektrischem Feld verantwortlich sind.

Gemeinsam werden diese Modelle und Simulationen Regeln schaffen, die eine gesteigerte Zuverlässigkeit von Halbleiter-Bauelementen ermöglichen werden.