Ein wesentliches Qualitäts- und Ausbeuterisiko in der Produktion mikroelektronischer Systeme stellen Fehlermoden, ausgelöst durch thermomechanische Effekte während der Bauteilprozessierung oder in der Applikation dar. Das gilt insbesondere für neuartige 3D-integrierte Systeme. Solche Systeme benutzen häufig neuartige elektrische Verbindungstechnologien im Halbleiterchip wie Through Silicon Vias (TSV). Bei der Herstellung der dafür notwendigen Schichtsysteme, welche aus dünnen Schichten sehr unterschiedlicher Materialien (z.B. SiN, SiO2, Al, Cu,W) bestehen, entstehen mechanische Spannungen.

Besonders bei strukturierten Oberflächen und TSV‘s sind diese Spannungen signifikant hoch und können Schädigungen hervorrufen. Die Charakterisierung der Struktur und Eigenspannungen in den Bauteilen erfolgt ortsaufgelöst mittels der sogenannten nano-Strahl-Röntgenanalyse (nano-XRD) und Raman. Mittels Nano-XRD können mit einer Ortsauflösung von 100nm die Spannungen, Kristallstruktur und Orientierung bestimmt werden. Um Spannungen in nicht kristallinen Materialien zu untersuchen, wurde die sogenannte Ionenstrahl-Abtragsmethode verwendet.

Alle Methoden wurden durch FE-Simulationen begleitet, um einerseits auf den Spannungszustand im ungestörten System rückzurechnen und anderseits präzise Materialmodelle für die Simulation zu erhalten. Mit der FE-Simulation stehen dann Werkzeuge zur physikalisch begründeten Design- und Prozessregeln für zukünftige Produkte zur Verfügung.

Kontakt: Stefan Defregger