Studie van de impact van thermische gradiënten op de betrouwbaarheid van metalen gebruikt in micro-elektronica

Recente ontwikkelingen in geavanceerde on-chip en 3D-TSV-interconnecties leiden tot de introductie van thermische gradiënten tijdens chipwerking en betrouwbaarheidstests. Ook vereisen metalen of Si-verwarmers voor Si-fotonica-toepassingen hoge stromen die leiden tot thermische gradiënten. De betrouwbaarheid van interconnects wordt klassiek getest met behulp van constante stroomspanningen bij verhoogde temperaturen. Het storingsmechanisme van de verbinding dat door deze tests wordt geactiveerd, wordt elektromigratie genoemd en het levensduurmodel dat in dit geval wordt gebruikt, is de klassieke wet van Black. Helaas is dit model alleen geldig als de Joule-verwarming veroorzaakt door de spanningsstroom in de metalen lijn beperkt is. Als aan deze voorwaarde niet wordt voldaan, zijn de parameters die met dit model worden geëxtraheerd, zinloos. Terwijl elektromigratietests op hedendaagse interconnects voldoen aan de afwezigheid van Joule-verwarmingsvereisten, is dit niet het geval bij geavanceerde on-chip en 3D-TSV-interconnects. Het is duidelijk dat voor metaal- of Si-verwarmers voor Si-fotonica thermische gradiënten ook goed in overweging moeten worden genomen tijdens betrouwbaarheidstests. Als gevolg hiervan is een nieuwe benadering van elektromigratietesten nodig. Het doel van dit doctoraatsonderwerp is het onderzoeken en bestuderen van de betrouwbaarheid van geavanceerde interconnecties wanneer thermische gradiënten aanwezig zijn. Het onderzoek moet leiden tot de volgende resultaten: • Een beter begrip krijgen van het faalmechanisme van elektromigratie wanneer er een thermische gradiënt aanwezig is in de te testen lijn; • Het bouwen van een betrouwbaarheidsmodel, gekalibreerd en gevalideerd met experimentele gegevens gemeten op geschikte teststructuren, dat voorspellingen van de levensduur mogelijk zou maken in functie van de lijndimensies en in aanwezigheid van een thermische gradiënt; • Identificatie door het model van de geschikte lijnafmetingen, spanningsgradiënt en thermische gradiënteigenschappen die de naleving van de levensduurspecificaties voor de onderlinge verbindingen garanderen.