22.08.2017

Silicon goes 3D – TSVs und Trenches als Schlüsseltechnologie einer neuen Halbleitergeneration

Der meiste Druck kommt wie immer von der Kostenseite. Aber für die Entwicklungen im Bereich 3D IC gibt es viele Gründe. Moore´s Law geht noch eine Weile, ist aber limitiert, More than Moore ist angesagt. Der Bedarf an kleinerer Bauteilgröße ist ungebrochen. Hinzu kommen Probleme mit der Bandbreite der Schaltungen, dem thermischen Management und den Signalwegen. Mehr Funktionen eines Bauteils rücken vom PCB auf den IC, also zum Wafer Level. MEMS haben es vorgemacht, 3D Strukturen sind heute machbar. Schlüsseltechnologie für diese sind tiefe Trenches und TSV (Through Silicon Via), Kontaktierungen durch die verschiedenen Ebenen der Bauteile. Denn außen rum ist zu groß, zu langsam, zu kompliziert. Natürlich treffen hier massiv unterschiedlich große Kontaktflächen aufeinander. Abhilfe schaffen Interposer, die wie beim Getriebe eine Untersetzung realisieren, vollgepackt mit TSVs.

Die etablierten Geräte der der MicroProf® Serie bieten in Kombination mit den Weißlichtinterferometern WLI PL und WLI FL optische und somit berührungslose innovative Lösungen im Bereich TSV für Produktion, Forschung und Entwicklung, wo andere Verfahren an ihre Grenzen stoßen. Ätzgräben (Trenches), die durch Plasma-Dicing hergestellt werden, haben beispielsweise Tiefen von 50 bis 200 μm, die weit außerhalb der Reichweite von AFM- oder Profilometerspitzen liegen. Viele optische Verfahren wie z.B. Konfokalmikroskopie sind aufgrund ihrer Apertur ebenfalls nicht für diese Messung geeignet, da aufgrund der Abschattung an den Seitenwänden, kein Licht mehr vom Boden der Gräben zurück in den Sensor gelangen kann. Zusätzlich führt der Ätzprozess zu einer Aufrauung der Oberfläche in den Ätzgräben und somit zu hohen Unterschieden in der Reflektivität zwischen Substratoberfläche und dem Boden der Gräben, wodurch Probleme bei der Messung auftreten können. Das WLI PL eignet sich dank seiner parallelen Beleuchtung hervorragend zur Messung solch tiefer Trenches mit hohem Aspektverhältnis, da hier ein großer Anteil des Lichts auf den Grund der Ätzstruktur gelangt und die Tiefe somit messbar wird. Je nach Oberflächenbeschaffenheit können Strukturen mit Minimalbreiten von 2 bis 3 μm und Aspektverhältnissen von bis zu 50:1 (Tiefe zu Breite) erfasst werden. Die Verwendung eines speziellen Messmodus ermöglicht die Messung in zwei Messschritten. Hierbei werden bei verkürzter Messzeit die Substratoberfläche und der Boden der Strukturen so erfasst, dass eine optimale Anpassung der Messparameter an die unterschiedlichen Oberflächenbeschaffenheiten realisiert wird.

Ein anderes Problem für die Messtechnik stellt oft das geringe laterale Ausmaß der Strukturen dar, da die optische Auflösung der Verfahren meist nicht ausreichend ist, diese aufzulösen. So sind beispielsweise bei Trenches Grabenbreiten von kleiner 1 μm möglich. Das WLI FL ermöglicht mit Hilfe eines Spezialalgorithmus die Bestimmung der Tiefe von Ätzstrukturen mit Breiten bis hinunter zu 0,7 μm, was bereits unterhalb der optischen Auflösungsgrenze des Messverfahrens liegt. Das Aspektverhältnis kann in diesem Fall bis zu 3:1 betragen. Damit werden Dimensionen erschlossen, die bisher so nicht erreicht wurden. Mit diesem Verfahren werden alle zurzeit eingesetzten Varianten von TSVs messbar, auch die eigentlich optisch nicht mehr erfassbaren Vias mit Durchmessern unter einem Mikrometer. Bemerkenswert ist dabei, dass tatsächlich das individuelle Via gemessen wird und nicht etwa ein statistischer Effekt genutzt wird.

Alle Geräte der MicroProf® Serie bieten eine vollständige Analyse von Topographie und TTV an. Je nach den individuellen Anforderungen kann zwischen halb- oder vollautomatischen EFEM (equipment front end module) gewählt werden, welches auch die Prozessierung von dünnen Wafern unterstützt. Aufgrund des verfolgten Multi-Sensor Konzepts können die Geräte jederzeit auch nachträglich mit unterschiedlichen Sensoren, z.B. IR-Sensoren zur Schichtdickenbestimmung, ausgestattet werden. Einer Kombination unterschiedlicher Messaufgaben in einem Gerät steht somit nichts im Weg. Nutzen Sie diese Vorteile für sich.

Wir haben sicher auch eine Lösung für Ihre spezifische Aufgabe. Zögern Sie nicht uns bei Fragen zu kontaktieren. Unsere Experten werden sich gerne um Ihr Anliegen kümmern und individuelle Lösungen für Sie ausarbeiten.