In-situ thermo-mechanical cycling of Si-TiW-Cu thin film structures

Titel in Übersetzung: In-situ thermomechanische Zyklisierung von Si-TiW-Cu-Dünnschichtstrukturen

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

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Abstract

Materialsysteme in mikroelektronischen Bauelementen bestehen oft aus vielen Schichten verschiedener Materialien. Erhöhte Erwärmungs- und Abkühlungsraten aufgrund höherer Arbeitsfrequenzen integrierter Schaltungen führen zu einer höheren Belastung der Geräte. Dies kann zur Delaminierung dünner Schichten und/oder zu thermomechanischer Ermüdung in Abhängigkeit von inneren Spannungszuständen führen. In der vorliegenden Arbeit werden diese inneren Spannungs- und Dehnungszustände durch in-situ-Thermozyklusexperimente an einem Si-TiW-Cu-Materialstapel untersucht. Die Cu-Schicht erfährt bei höheren Temperaturen (Tmax = 400°C) eine signifikante plastische Verformung, die zur Bildung von Hohlräumen an Korngrenzen und der TiW-Cu-Grenzfläche führt. Die Belastung ist jedoch nicht hoch genug, um sichtbares Risswachstum oder Delamination zu verursachen, selbst bei vorgekerbten Proben und bei Proben mit einer chemisch modifizierten TiW-Grenzfläche. Das Ausbleiben eines Versagens kann auf unzureichende innere Spannungen und Dehnungsraten zurückgeführt werden. Zur Verbesserung des Arbeitsablaufs wurde ein halbautomatisches Bildverarbeitungsprogramm erfolgreich eingeführt. Es ermöglicht schnellere und genauere Messungen der Krümmung der Si-TiW-Grenzfläche. Es wird ein analytisches Modell zur Berechnung der inneren elastischen und plastischen Spannungen und Dehnungen in drei Schichten vorgeschlagen. Zur Validierung dieses Modells wird eine FEA-Analyse durchgeführt, die in der Lage ist, den Bereich der plastischen Verformung in der Cu-Phase vorherzusagen. Der vorgestellte Versuchsaufbau in Verbindung mit dem analytischen Modell verspricht ein besseres Verständnis von Ermüdungs- und Schädigungsprozessen in Dünnschichtverbindungen mit beliebiger Schichtanzahl und Materialzusammensetzung.
Titel in ÜbersetzungIn-situ thermomechanische Zyklisierung von Si-TiW-Cu-Dünnschichtstrukturen
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
  • Montanuniversität
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Kiener, Daniel, Betreuer (intern)
Datum der Bewilligung1 Juli 2022
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2022

Bibliographische Notiz

nicht gesperrt

Schlagwörter

  • Thermomechanische Ermüdung
  • Dünnfilmstrukturen
  • Kupfer
  • Bildverarbeitung
  • Spannungsmodellierung

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