Effektive Hochtemperatur-Schaltkreisprüfung
In vielen industriellen Anwendungen kommen zuverlässige und effiziente elektrische Systeme zum Einsatz, die aus miniaturisierten, integrierten logischen Schaltungen und Speicherkomponenten zusammengesetzt sind. Um die Sicherheit und die Zuverlässigkeit zu garantieren, müssen diese Schaltkreise auch bei Temperaturen von bis zu 200°C fehlerfrei arbeiten. In der Automobil-, der Luft- und Raumfahrtindustrie und der Schiffsindustrie sowie der Erdöl fördernden Industrie können die Betriebstemperaturen sogar höher sein, daher müssen Schaltkreisdefekte ernsthaft berücksichtigt werden. Im Rahmen des ATHIS-Projekts wurden höchste effektive Testverfahren entwickelt, mit denen defekte Schaltkreise identifiziert werden können. Hochintegrierte Schaltungen werden kontinuierlich verkleinert. Als Folge dessen sind Dünnschichtleiter und Leitungsverbindungen immer höheren Stromdichten ausgesetzt. In Kombination mit einer hohen Umgebungstemperatur ist die Fehlerart, die am häufigsten auftritt, die Elektromigration. Ein Impulsübergang zwischen den leitenden Elektronen und den Ionen, die die Gitterstruktur des Substrats bilden, führt zu einem Materialtransport und dem unvermeidlichen Defekt des betreffenden Schaltkreises. Elektromigration ist nicht die einzige Fehlerart, die bei hohen Temperaturen auftritt. Ein zeitabhängiger dielektrischer Durchschlag und Effekte durch angeregte Elektronen müssen ebenfalls berücksichtigt werden. Elektronen mit hoher Energie, sogenannte angeregte Elektronen, sind Elektronen, die in der Lage sind, durch die dünnen Oxidgates zu tunneln. Sie treten dann als Gate-Strom auf und können den Defekt eines Schaltkreises verursachen. Der zeitabhängige dielektrische Durchschlag ist einer der am meisten untersuchten Schadensmechanismen im Bereich der Zuverlässigkeitsanalyse von Halbleitern. Seit den 1960er Jahren versuchen Wissenschaftler, dieses Phänomen, bei dem ein Oxid mit der Zeit altert, zu verstehen. Jedoch sind beide physikalischen Phänomene (der zeitabhängige dielektrische Durchschlag sowie Effekte durch angeregte Atome) nur unwesentlich von der Temperatur abhängig, sodass die Hauptfehlerursache die Elektromigration bleibt. Da sich die Elektromigration durch einen Kurzschluss oder eine Leitungsunterbrechung äußert, reichen Prüfmethoden, bei denen die Stromstärke oder die Spannung gemessen wird, zur Detektierung aus. Projektpartner haben intelligente Fehlermodelle entwickelt, die bei der Entwicklung von automatischen Tools für die Erstellung von genauen Testmustern verwendet werden können. Das ATHIS-Projekt hat wesentlich dazu beigetragen, die Zuverlässigkeit von Hochtemperatur-Schaltkreisen zu verbessern.
