Modellierung der Metallisierung in integrierten Schaltungen - erste Schritte zu einer Lebensdauervorhersage durch Simulation

• Antragstellerin: Dr.-Ing. Cornelia Schwarz
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 213362725

Einer der Schlüsselfaktoren für den enormen technologischen Fortschritt in unserer Zeit ist zweifellos die (Weiter-)Entwicklung der integrierten Schaltung - eine Zusammenstellung und Verdrahtung elektronischer Bauelemente auf einem einzelnen (Halbleiter-)Substrat. Diese Beschreibung macht bereits deutlich, dass hier auf engstem Raum verschiedenste Werkstoffe eingesetzt werden.Wachsende Anforderungen an die Leistung, Zuverlässigkeit und Lebensdauer der Bausteine erfordern ein tiefgehendes Verständnis möglicher Schädigungs- und Versagensmechanismen. Ursachen der Schädigung sind die thermo-mechanische Beanspruchung der beteiligten Werkstoffe in Folge von zum Teil hohen und extrem kurzen Strompulsen, und die Wechselwirkung der verschiedenen Werkstoffe unter dieser Beanspruchung. Im Laufe ihres Lebens durchlaufen die Bausteine zum Teil viele Millionen Belastungszyklen, so dass eine experimentelle Lebensdaueranalyse im Entwicklungsprozess nicht mehr realisierbar ist. Große Hoffnung wird daher in eine computergestützte Vorhersage der Lebensdauer gesetzt. Diese stellt aufgrund der kleinen Abmessungen der Komponenten von teilweise nur wenigen μm, der extremen Art der Belastung und der großen Spannweite von zu berücksichtigenden Orts- und Zeitskalen eine große Herausforderung dar, der bislang nur zögerlich und unzureichend begegnet wurde.Gegenstand des vorliegenden Antrags ist die Modellierung der Metallisierung in integrierten Schaltungen mit modernen Ansätzen der Werkstoffmechanik im Hinblick auf eine Lebensdauervorhersage durch Simulation.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen