Elektromagnetische und thermomechanische Charakterisierung und Zuverlässigkeitsbewertung

Parameteridentifikation mit Nanoindenter#

© Fraunhofer ENAS
Berkovich Imprint auf einem TSV-Abschnitt.

Kontinuierliches Downsizing und die Integration multipler Features in mikroelektronische Schaltungen erhöhen kontinuierlich ihre strukturelle Komplexität. Dies gilt auch für Vias durch Silizium (TSV), bei denen die mechanische Charakterisierung des Kupfers im TSV aufgrund der geringen Größe mit klassischen Methoden der Materialcharakterisierung nicht realisierbar ist. Die instrumentierte Nanoindentation stellt jedoch bei Verwendung mehrere Indenterspitzen einen vielversprechenden Ansatz dar. Eindeutige Lösungen für elastisch-plastisches Materialverhalten konnten unter Verwendung von Berkovich- und Cube-Corner-Indenterspitzen erzielt werden. Die ermittelten Kraft-Weg-Kurven wurden durch Finite-Elemente-Modellierung und Simulation unter der Annahme isotroper Verfestigung (Ramberg-Osgood) nachgebildet. Aus dem Abgleich konnten Verfestigungsexponent und Streckgrenze spezifiziert werden. Die vorgestellte Methode ermöglicht somit eine schnelle Vorhersage des Werkstoffverhaltens in einem sehr guten ersten Ansatz. Mit Hilfe von Finite-Elemente-Simulationen konnte bereits das Delaminationsrisiko im BEoL-Stack um Kupfer-TSVs abgeschätzt werden, wo Materialien mit großen thermischen Ausdehnungsunterschieden interagieren.