Darstellung thermisch transienter Deformationen in Halbleiterbauteilen

Dieser Beitrag beschäftigt sich mit der bildgebenden Darstellung thermisch transienter Vorgänge innerhalb der Schichtstruktur von Halbleiterbauelementen deren Anregung über eine lokal wirkende thermische Quelle erfolgt. Die Anregung erfolgt über einen kurzen Belastungsimpuls, der zu thermomechanischem Stress im Halbleiterbauteil führt. Dieser kann, abhängig von der Stärke der Anregung, zu einer mechanischen Überlastung der Struktur führen. Über viele Zyklen können Risse im Inneren der Strukturen entstehen, die funktionseinschränkend bzw. funktionszerstörend wirken. Weiters ergeben sich lokale Unterbrechungen der Wärmeleitung, die die Effizienz des Wärmemanagements untergräbt. Die Ultraschall-Mikroskopie als ein nicht-invasives bildgebendes Verfahren ist bei entsprechender digitaler Signalverarbeitung in der Lage, durch geeignete Synchronisation des zyklisch erfolgenden thermischen Anregeprozesses mit der Signalaufnahme, bei dichter räumlicher Abtastung des gesamten Probenvolumens, diese thermisch transienten (evaneszenten) Wellen zu detektieren und zeitaufgelöst als Video darzustellen. Um eine hohe laterale Auflösung (im Mikrometerbereich) zu erreichen, werden fokussierende Transducer (Mittenfrequenz 50 MHz bzw. 100 MHz) verwendet, die mittels eines 3D Verschiebetisches positioniert werden. Eine Tiefenauflösung von 0,15 µm (in Kupfer), bzw. 0,35 µm (in Silizium) wird erreicht. Das Koppelmedium, entionisiertes Wasser, wird über eine Temperaturregelung auf der Soll-Temperatur von 30°C ± 0,5°C gehalten. Ein Steuerprogramm übernimmt die zyklische Anregung des Halbleiterbauteils und die digitale Weiterverarbeitung der Messdaten zur Darstellung der mechanischen Ausdehnung.