Thermo-mechanische und mikrostrukturelle Charakterisierung von Kupfer-Durchkontaktierungen im Silizium (Through Silicon Vias)

ISBN-13: 9783668211384 / Niemiecki / Miękka / 2016 / 154 str.

Peter Sattler

Opis

Doktorarbeit / Dissertation aus dem Jahr 2015 im Fachbereich Elektrotechnik, Note: 1,0, Technische Universitat Dresden (Institut fur Aufbau- und Verbindungstechnik der Elektronik), Sprache: Deutsch, Abstract: Fur den Aufbau von 3D-integrierten Mikrosystemen gilt es bestehende Prozessablaufe zu adaptieren und neue Teilprozesse zu integrieren. Dementsprechend muss zunachst Wissen uber die Prozessfuhrung und das Materialverhalten gesammelt werden. Die vorliegende Arbeit konzentriert sich dabei auf das Annealingverhalten von Through-Silicon-Via-Strukturen (TSVs). Im Fokus der Untersuchungen stehen vor allem thermo-mechanische Spannungen, welche sich bei diesem Fertigungsschritt ausbilden. Vom Materialverhalten des Kupfers ausgehend, wird ein hypothetisches Ablaufmodell zur Spannungsentwicklung wahrend des Annealing entwickelt. Experimentalreihen werden von der TSV-Prozessfuhrung abgeleitet, um die getroffenen Annahmen zu uberprufen. In diesem Zusammenhang dienen die Charakterisierung von Testchipkrummung sowie der Kupferprotrusion vor und nach dem Annealing zur Uberprufung der getroffenen Annahmen und weisen ein zeit- und temperaturabhangiges Verhalten auf. EBSD-Messungen zeigen, dass diese Beobachtungen mageblich auf die Umstrukturierung der Kupfermikrostruktur zuruckzufuhren sind. Ausgehend vom Ablaufmodell und von der experimentellen Charakterisierung konnen wichtige Randbedingungen fur Berechnungen erkannt und festgelegt werden. So wird abschlieend ein FE-Modell zur Simulation der thermo-mechanischen Spannungen nach dem Annealing vorgestellt. Die Simulationsergebnisse werden durch -Raman-Spektroskopie-Messungen validiert. Zusammengefasst liefert diese Arbeit nicht nur wichtige materialtechnische Erkenntnisse uber den Ablauf des TSV-Annealing, sondern stellt zusatzlich eine Berechnungsmethodik vor, welche als Werkzeug fur die Prozessoptimierung genutzt werden kann.

O autorze

wissenschaftliche Veröffentlichungen:Konferenzbeiträge:2014P. Saettler, M. Hecker, M. Boettcher, C. Rudolph, and K. J. Wolter, "TSV-Annealing : A thermo-mechanical assessment," in Electronics System-Integration Technology Conference (ESTC), 2014, pp. 1-6.2013P. Saettler, M. Boettcher, C. Rudolph, and K. J. Wolter, "Bath chemistry and copper overburden as influencing factors of the TSV annealing," in Proceedings - Electronic Components and Technology Conference, 2013, pp. 1753-1758.P. Saettler, M. Boettcher, and K. J. Wolter, "µ-Raman spectroscopy and FE-analysis of thermo-mechanical stresses in TSV periphery," in 2013 14th International Conference on Thermal, Mechanical and Multi-Physics Simulation and Experiments in Microelectronics and Microsystems, EuroSimE 2013, 2013, pp. 1-7.2012P. Saettler, M. Boettcher, and K. J. Wolter, "Characterization of the annealing behavior for copper-filled TSVs," in Proceedings - Electronic Components and Technology Conference, 2012, pp. 619-624.P. Saettler, D. Kovalenko, K. Meier, M. Roellig, M. Boettcher, and K. J. Wolter, "Thermo-mechanical characterization and modeling of TSV annealing behavior," in 2012 13th International Thermal, Mechanical and Multi-Physics Simulation and Experiments in Microelectronics and Microsystems, EuroSimE 2012, 2012, pp. 1/6-6/6.2011P. Saettler, K. Meier, and K. J. Wolter, "Considering copper anisotropy for advanced TSV-modeling," in Proceedings of the International Spring Seminar on Electronics Technology, 2011, pp. 419-423.Fachzeitschriften:2015P. Saettler, M. Hecker, M. Boettcher, C. Rudolph, and K. J. Wolter, "µ-Raman Spectroscopy and FE-Modeling for TSV-Stress-Characterization," Microelectron. Eng., pp. 1-7, 2015.2013P. Saettler, M. Boettcher, C. Rudolph, and K.-J. Wolter, "Thermo-mechanische Charakterisierung des TSV-Annealing," Produktion von Leiterplatten und Syst., no. 7, pp. 1498-1507, 2013.