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Frank Lindert

• Die Miniaturisierung stellt in der Halbleiterelektronik eine fortschreitende Entwicklung dar. Dieser Trend fordert ständig neue Innovationen und Entwicklungen. Zum gegenwärtigen Zeitpunkt befinden sich bis zu einer Milliarde Transistoren auf einem Quadratzentimeter Silizium. Diese Transistoren werden bei AMD über derzeit maximal elf Ebenen, in denen sich unzählige Leiterbahnen befinden, miteinander verdrahtet und bilden somit sehr komplexe Netzwerke. Durch moderne Technologien verfügen Mikroprozessoren über enorme Rechenleistungen. Was bringen weitere Skalierungen mit sich? Die Taktraten werden steigen, wobei die elektrischen Spannungen weiter abgesenkt werden müssen. Der Stromverbrauch wird pro Schaltfunktion zwar drastisch sinken, doch die Leistungsdichte im Bereich der Transistoren (Leistung/cm2) bleibt nahezu konstant. Die Folge gleicher Leistungsdichte bei geringeren Dimensionen der Leiterbahnen sind höhere Stromdichten und somit höhere Verlustleistungen in den Leiterbahnen. Zusätzlich treten durch Verringerung der Abstände zwischen den Leiterbahnen und durch hohe Stromdichten erhöhte Kapazitäten zwischen den Leiterbahnen auf. Verlustleistung und Schaltzeit werden wesentlich durch diese Kapazitäten bestimmt. Aus diesem Grunde wird der Einsatz von Materialien mit sehr niedrigen Dielektrizitätszahlen notwendig. Diese Materialien werden als Low-k oder Ultra-low-k Dielektrika bezeichnet. Die Nachteile dieser Werkstoffe sind sehr schlechte Wärmeleitungseigenschaften, hohe Feuchtigkeitsaufnahme sowie geringe thermische und mechanische Stabilität. Gegenstand der Arbeit sind Untersuchungen zur mechanischen Zuverlässigkeit dieser Verdrahtungsebenen, sowie ein umfassender Überblick hinsichtlich der Einflussnahme von Fertigungstechnologie und den verwendeten dielektrischen Materialien auf die mechanische Zuverlässigkeit. Vorausgehend musste eine Methode gefunden werden, welche diesbezüglich aussagekräftige und reproduzierbare Ergebnisse liefert. Anschließend wurden Messreihen aufgenommen, um Einflussfaktoren bezüglich der Zuverlässigkeit qualitativ und quantitativ bewerten zu können. Sollten sich mechanische Instabilitäten der Schichtsysteme herausstellen, so kann diesen durch Kenntnisse von Versagensgründen und -mechanismen gezielt entgegen gewirkt werden.