Qualitätssicherung

Experten für Fehleranalytik in der Elektronik treffen sich in Halle

| Redakteur: Franz Graser

Kurzschlüsse in einem TSV (Through Silicon Via), lokalisiert mit Thermographie-Verfahren
Kurzschlüsse in einem TSV (Through Silicon Via), lokalisiert mit Thermographie-Verfahren (Bild: Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM)

Internationale Experten, die mit modernsten Analyseverfahren nach Defekten in der Mikroelektronik fahnden, tauschen sich am 9. und 10. April 2014 am Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik in Halle beim CAM-Workshop über ihre Arbeiten aus.

Um die Packungsdichte und Leistung von mikroelektronischen Bauteilen weiter zu erhöhen, setzen viele Hersteller auf die Ausnutzung der dritten Dimension mit gestapelten Chipaufbauten. „Diese Bauteil-Architekturen mit neu entwickelten Verbindungstechnologien bringen enorme technische Herausforderungen für die Herstellung entlang der Produktionskette mit sich. Dabei sind auch zahlreiche neue Fehlerbilder aufzuklären“, sagt Frank Altmann vom Center für angewandte Mikrostrukturdiagnostik (CAM) am Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik in Halle.

Mit seiner Gruppe hat sich Altmann auf die Fehlersuche an mikroelektronischen Bauteilen spezialisiert und entwickelt geeignete Analysetechniken. Zu seinen Kunden gehören Halbleiterfirmen wie Infineon, Bosch und Micronas in Deutschland oder Freescale, IBM und Intel in den USA.

Besonderes Augenmerk legt Altmanns Gruppe auf die so genannten TSVs (through silicon vias), eine innovative Verbindungstechnik, die gerade aus der Forschung in die Massenproduktion überführt wird. Bei diesen vertikalen Durchkontaktierungen zwischen übereinander liegenden Halbleiterchips sind die Bauelemente über sehr kurze Signalwege miteinander verbunden, was die Performance gegenüber bisherigen Drahtbondverbindungstechniken deutlich erhöht.

„Die TSV-Technologie birgt viele Fehlerquellen, die aber nicht so leicht zu finden sind“, so Altmann weiter. Der Unterschied in der thermischen Ausdehnung von Kupferfüllung und umgebenden Silizium des Chips verursacht enorme mechanische Spannungen, die zu inneren Schäden führen können. Aber auch die großflächigen ultradünnen Isolierungen der TSV-Wände können bei geringsten Produktionsabweichungen zu elektrischen Kurzschlüssen führen.

Das Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik mit seinem Center für angewandte Mikrostrukturdiagnostik (CAM) begleitet seit Jahrzehnten die großen Chiphersteller bei der Umstellung von Produktionsprozessen und erarbeitet mit namhaften Geräteherstellern wie ZEISS und PVA Tepla in Deutschland oder den US-amerikanischen Firmen FE und DCG Systems die notwendigen Diagnostiktechniken, um eine präzise und hochgenaue Fehleranalytik auf kleinstem Raum möglich zu machen.

„Diese Verfahren müssen geeignet kombiniert werden, um erfolgreich Fehler finden und deren Ursachen ermitteln zu können“, sagt Altmann. Zum Beispiel entwickeln die Forscher hochsensitive Wärmebildtechniken wie die Lock-in-Thermographie, die das Auffinden von Kurzschlüssen über deren minimale widerstandsbedingte Aufheizung im Bereich von weniger als einem Tausendstel Grad ermöglichen.

Danach greifen die Wissenschaftler des CAM sinnbildlich zum Nanoskalpell: mit fokussierten Laser- und Ionenstrahlen wird der Fehlerbereich im Mikrometerbereich chirurgisch heraus getrennt und für die elektronenmikroskopische Analyse zugänglich gemacht. Die Forscher des IWM verfügen dazu über eine beispiellose Ausstattung an modernen Diagnostikverfahren.

Mit einem der weltweit besten Durchstrahlungs-Elektronenmikroskope schauen sich Altmann und seine Kollegen die gefundenen Defektstellen in Nanometerauflösung an und analysieren anhand von charakteristischer Röntgenstrahlung deren chemische Zusammensetzungen. So können sie etwa sehen, ob das Leitermaterial des TSV durch die Isolationsschicht gedrungen ist und einen Kurzschluss verursacht hat.

Seine Arbeiten stellt Altmann am Mittwoch auf dem diesjährigen Workshop des Fraunhofer CAM vor. Unter dem Titel „Advanced Failure Analysis and Reliability Assessment in 3D and Heterogenous Microelectronic Integration“ findet diese Veranstaltung bereits zum dritten Mal unter der Leitung von Professor Matthias Petzold, dem Leiter des IWM/CAM, in Halle statt.

Am 9. und 10. April 2014 treffen sich dort über 130 Wissenschaftler und Entwickler aus unterschiedlichen Branchen der Halbleiterindustrie. Das Workshop-Programm mit Beiträgen von international renommierten Forschungsinstituten wie IMEC in Belgien, RTI International in den USA und LETI in Frankreich sowie namhaften Halbleiter- und Geräteherstellern wie Global Foundries, Infineon, ZEISS-XRADIA aus Deutschland, FEI aus Niederlanden und Neocera aus USA wird ergänzt durch eine Messeausstellung.

(Quelle: Clemens Homann, Fraunhofer IWM)

Kommentar zu diesem Artikel abgeben

Schreiben Sie uns hier Ihre Meinung ...
(nicht registrierter User)

Zur Wahrung unserer Interessen speichern wir zusätzlich zu den o.g. Informationen die IP-Adresse. Dies dient ausschließlich dem Zweck, dass Sie als Urheber des Kommentars identifiziert werden können. Rechtliche Grundlage ist die Wahrung berechtigter Interessen gem. Art 6 Abs 1 lit. f) DSGVO.
Kommentar abschicken
copyright

Dieser Beitrag ist urheberrechtlich geschützt. Sie wollen ihn für Ihre Zwecke verwenden? Kontaktieren Sie uns über: support.vogel.de/ (ID: 42629584 / Halbleiterfertigung)