Analyse der Schichthaftung von Dünnschichtsystemen mittels optisch unterstütztem 4-Punkt-Biege Test (4PB)
- Die in der heutigen Zeit hergestellten Mikroprozessoren sind ein Wunderwerk der Technik und haben eine enorme Rechenleistung. Die Halbleiterindustrie hat das Bestreben, stets nach neuen Techniken zu suchen, die die Rechenleistung der Mikrochips erhöhen. Dabei ist die Signallaufzeit, die zwischen den einzelnen Rechenschritten benötigt wird, von entscheidender Bedeutung. Um diese zu verringern, müssen die Abstände zwischen den einzelnen Bauelementen verkleinert werden. Diese sogenannte Miniaturisierung besitzt aber den Nachteil, dass sich die Leiterbahnen aufgrund der entstehenden, reduzierten Abstände aufladen. Die daraus entstehenden, parasitären Kapazitäten beeinträchtigen die Signallaufzeit negativ und müssen durch geeignete Gegenmaßnahmen kompensiert werden. Eine Lösung des Problems ist durch den Einsatz von neuartigen Isolatoren mit niedriger Dielektrizitätszahl zu verzeichnen. Der Trick liegt in der, durch erzeugte Lufteinschlüsse, porösen Materialgestaltung. Als negativen Effekt besitzen diese Materialien jedoch schlechte, mechanische Stabilitäten. Unter Zuhilfenahme eines Vier-Punkt-Biege-Tests mit entsprechender Messsoftware werden die porösen Materialien in Ihren mechanischen Eigenschaften charakterisiert. Bei diesem Test wird ein Riss in einen Testschichtstapel eingebracht, um die Adhäsion (Gc) zwischen zwei Schichten oder in einer Schicht zu messen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde unter anderem die Messsoftware durch den Einbau von neuen Strukturen aktualisiert und teilweise automatisiert. Es wurden Anpassungsfunktionen generiert, die die Verläufe der aufgenommenen Vier-Punkt-Biege-Kurven bereits während der Messung auswerten und wichtige Kennwerte, wie Probensteifigkeiten und Bruchkräfte automatisch ermitteln können. Mit der Funktion zur optischen Risslängenbestimmung wurden Analysen zu asymmetrischen Rissausbreitungen vorgenommen und interpretiert. Eine Untersuchung von Testwafern mit der Schichtreihenfolge Si/Cu/SiCN/SiCOH ergab meist niedrige Adhäsionswerte (Gc), wenn die Rissausbreitung in der Cu/SiCN-Grenzfläche erfolgte. Dies kann auf einen temporären Effekt der scheinbaren Grenzflächenschwächung, aufgrund einer Mindestschichtdicke durch das poröse SiCOH-Material als Endabscheidungsschicht, zurückgeführt werden. Verschiedene Testgeschwindigkeiten zeigen eine scheinbare Erhöhung der Schichthaftung auf. Außerdem wurden Unterschiede in der Schichthaftung, bei Verwendung verschiedener Epoxidharze festgestellt, die für die Probenpräparation verwendet werden. Desweiteren wurden Tests an Schichtsystemen durchgeführt, bei denen die Kupfer-Schicht einer Plasmabehandlung unterzogen wurde. Erhöhte Adhäsionswerte der Cu/SiCN-Grenzfläche (Gc-Werte) konnten im Vergleich mit einer unbehandelten Cu/SiCN-Grenzfläche festgestellt werden.
Author: | Frank Stenzel |
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Advisor: | Christel Reinhold, Michael Hecker |
Document Type: | Master's Thesis |
Language: | German |
Name: | GLOBALFOUNDRIES GLOBALFOUNDRIES Dresden Module One LLC & Co. KG, Wilschdorfer Landstraße 101, 01109 Dresden |
Date of Publication (online): | 2012/09/13 |
Year of first Publication: | 2012 |
Publishing Institution: | Westsächsische Hochschule Zwickau |
Date of final exam: | 2012/05/16 |
Tag: | 4PB; Analyse; Dünnschichtsystem; Vier-Punkt-Biege 4PB; Adhesion; Analysis; Thin Film |
GND Keyword: | Schichthaftung; Analyse |
Page Number: | 116 Seiten, 51 Abb., 6 Tab., 35 Lit. |
Faculty: | Westsächsische Hochschule Zwickau / Physikalische Technik, Informatik |
Release Date: | 2012/09/13 |