Kurzfassung

DIE MIKROELEKTRONIK hat mittlerweile einen Stand erreicht, in dem aufgrund der Strukturgröße quantenmechanische Effekte auf der einen Seite und thermische und mechanische Effekte auf der anderen Seite, immer mehr an Bedeutung gewinnen. Aufgrund der immer kleiner werdenden Halbleiterbauelemente können immer mehr Bauelemente pro Flächeneinheit auf dem Halbleiterchip intergriert werden, um hoch komplexe Aufgaben noch effizienter bewältigen zu können. Die hohe Integrationsdichte der Halbleiterbauelemente birgt aber auch neue Herausforderungen in sich, für das Design, den Betrieb und die Zuverlässigkeit dieser Bauelemente.

Während sich die Integrationsdichte der Bauelemente pro Chip in achtzehn Monaten im Durchschnitt verdoppelt, wächst die auftretende Leistungsdichte exponentiell im selben Zeitintervall und damit auch die thermische Belastung der Bauteile. Darum ist es notwendig, diese hochperformanten Halbleiterbauelemente noch stärker als bisher zu kühlen.

Um diesen Effekten vorbeugen zu können ist es notwendig, die thermischen Effekte einerseits besser zu verstehen und andererseits diese Effekte und deren Auswirkungen durch Simulation schon in der Entwicklungsphase aufzuzeigen. Dadurch ist es möglich mittels Optimierungsverfahren die Bauteile für bestimmte Betriebsbedingungen optimal zu entwickeln. Eine Kopplung der Simulation von elektrischen und thermischen Effekten gewinnt daher zunehmend an Bedeutung. Für sehr kleine Strukturgrößen der Bauelemente ist es von außerordentlicher Wichtigkeit, mechanische Aspekte in den Untersuchungen mitzuberücksichtigen, da diese Effekte erheblichen Einfluß auf die Zuverlässigkeit haben.

Thermische und mechanische Belastungen haben erheblichen Einfluß sowohl auf die elektrischen Eigenschaften als auch auf die Zuverlässigkeit der Halbleiterbauelemente. Daher ist es unumgänglich, die Halbleiterbauelemente für ihren Einsatz zu optimieren. Dafür müssen die Materialeigenschaften auf das genaueste bestimmt werden, um eine optimale Bauteilcharakteristik zu erreichen.

Diese Arbeit zeigt wie anhand einfacher transienten elektrischen Messungen und ausgeklügelten Optimierungsmethoden wichtige elektrische und thermische Materialparameter identifiziert werden können ohne teure und zeitintensive chalorische Meßmethoden anwenden zu müssen. Im Anschluß daran werden die identifizierten Materialparameter in komplizierteren Verbindungsstrukturen Anwendung finden um genauere Resultate zu liefern. Diese Daten sind erforderlich um die transiente Temperaturentwicklung zu beschreiben und um damit die mechanischen Belastungen berechnen und im Vorfeld abschätzen zu können.