An Approach for the Characterization of the Adhesion Strength Degradation of Semiconductor's Thin Film Metallizations
Internally funded project
Start date : 01.09.2021
End date : 30.09.2023
Project details
Short description
The research project is being worked on as part of a PhD project in collaboration with the Fraunhofer Institute for Integrated Systems and Device Technology (IISB).
In this project a method to characterize the adhesion strength of thin film metallization on semiconductors is developed first. Furthermore, the degradation behavior of the adhesion strength of thin film metallization is investigated and characterized for the first time.
Scientific Abstract
Die Dünnschichtmetallisierung ist eine Schlüsselstruktur von Halbleiterbauelementen, die die Bondbarkeit der Chips auf den Schaltungsträgern gewährleistet und die elektrische und mechanische Zuverlässigkeit der Verbindungen direkt beeinflusst. Eines der Zuverlässigkeitsprobleme der Dünnschichtmetallisierung ist die Delamination aufgrund der nachlassenden Adhäsionskraft im Betrieb. Um das Degradationsverhalten der Dünnschichtmetallisierung zu untersuchen, muss ihre Haftfestigkeit quantitativ charakterisiert werden.
In einer früheren Studie wurde eine kürzlich entwickelte Methode, die Cross-Sectional Nanoindentation (CSN), verwendet, um die Haftfestigkeit der spröden Dünnschicht quantitativ zu charakterisieren. Mit Hilfe der elastischen Platte-Theorie kann die Freisetzungsrate der Dehnungsenergie der Dünnschicht, d. h. die erforderliche spezifische elastische Dehnungsenergie, die zur Delamination führt, berechnet werden. Aufgrund der hohen Duktilität des Metalls ist die derzeitige Technologie jedoch nicht für die Metallisierung von Dünnschichten geeignet.
In diesem Projekt wird ein kombinierter experimenteller und numerischer Ansatz entwickelt. Im Experiment wird die Dünnschicht mit CSN getestet und ihr Delaminationsverhalten statistisch analysiert. Im Finite-Elemente-Modell wird die plastische Dissipation der Dünnschicht während der Delamination separat berücksichtigt. Mit Hilfe der CSN-induzierten Rissprofile aus dem Experiment können die Parameter des Kohäsionszonenmodells in der Simulation, die die Adhäsionsfestigkeit der Dünnschicht beschreiben können, invers identifiziert werden. Schließlich wird mit diesem Ansatz das Degradationsverhalten der Haftfestigkeit eines Standard-Dünnschichtsystems bei Temperaturwechsel-Test untersucht und charakterisiert.
