Computersimulation und Optimierung nanoskaliger poröser Strukturen mit sehr niedrigen Dielektrizitätskonstanten

• Antragsteller: Dr. Helmut Hermann
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Chemie: Moleküle, Materialien, Oberflächen
• Förderung: Förderung von 2004 bis 2011
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5431414

Die Leistungsfähigkeit mikroelektronischer Bauelemente, insbesondere von Mikroprozessoren, wird bei weiter steigender Integration der Komponenten zunehmend durch die Signalverzögerung im Bereich der on-chip-Verdrahtung bestimmt. Eine der Aufgaben zur Verbesserung dieses Verhaltens besteht in der Entwicklung isolierender Schichtmaterialien mit niedriger Dielektizitätskonstante k. Das klassische Material ist Siliziumdioxid mit k bei etwas 4. Perspektivisch strebt man Werte von k kleiner als 1,5 an. Schichtmaterialien mit einem k-Wert unter 2,0 müssen aus heutiger Sicht porös sein. Die mittlere Porengröße darf 5% des Abstands der Kupfer-Leitbahnen nicht übersteigen, und die maximale Porengröße muss unter 10% dieses Abstandes liegen. Gleichzeitig muss das Material weitere Eigenschaften wie insbesondere mechanische Stabilität aufweisen. Im vorliegenden Projekt sollen mit theoretischen Methoden, vor allem durch Computersimulation, poröse Modellsysteme bezüglich der genannten Eigenschaften optimiert werden. Es sollen Porengrößenverteilungen bestimmt werden, die bei Einhaltung der geforderten Randbedingungen verbesserte k-Werte liefern. Die Wahrscheinlichkeit des Auftretens kritischer Porenagglomerate, die als Perkolationspfade für das Metallisierungselement durch die gesamte Isolationsschicht verstanden werden, soll berechnet werden. Diese Wahrscheinlichkeit soll mit Strukturparametern verknüpft werden, die sich experimentell vergleichesweise gut bestimmen lassen. Der Bezug zum Experiment soll vor allem durch die Berechnung von Kleinwinkelstreukurven und die Simulation von Positronenannihilation hergestellt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen