KIT entwickelt neues Messverfahren Weniger Ausschuss bei der Chip-Fertigung

Kleine Oberflächenfehler können bei der Verarbeitung von Halbleiter-Wafern zu weitläufige Defekten im Inneren und Stufen in großen Oberflächenarealen führen.
Kleine Oberflächenfehler können bei der Verarbeitung von Halbleiter-Wafern zu weitläufige Defekten im Inneren und Stufen in großen Oberflächenarealen führen.

Eine neue Methode zeigt, wie sich aus kleinsten Schäden in Halbleiterkristallen weitläufige Defekte an der Wafer-Oberfläche ausbreiten.

Die Wissenschaftler des Karlsruher Institut für Technologie, KIT, bedienen sich dazu einer einzigartigen Kombination zerstörungsfreier bildgebender Verfahren – genauer gesagt zweier Röntgenmethoden, verbunden mit der so genannten CDIC-Lichtmikroskopie. . 

Damit ist es den Forschern gelungen, dreidimensionale Einblicke in das Innere von Kristallen zu werfen. Die damit möglichen Erkenntnisse sollen bisherige Modelle für die Vorhersage von Defektentstehung und -ausbreitung verbessern und damit wichtige Hinweise darauf liefern, wie der Herstellungsprozess von Computer-Chips optimiert werden kann.

Zum Hintergrund: …

...In Silizium-Wafern können schon wenige Versetzungen zu fehlerhaften Computer-Chips und somit zu unerwünschtem Ausschuss in der Produktion führen. »Daher ist es wichtig zu verstehen, wie sich ein minimaler mechanischer Oberflächenfehler unter typischen Prozesseinwirkungen, wie zum Beispiel Hitze, in die Tiefe des Kristalls entwickelt«, sagt Dr. Daniel Hänschke, Physiker am Institut für Photonenforschung und Synchrotronstrahlung des KIT. 

Sein Team konnte nun Versetzungen präzise vermessen…

...und ihre Wechselwirkung untereinander und mit äußeren Einflüssen untersuchen. Es untersuchte, wie sich von einem einzigen Oberflächendefekt eine ganze Armada von hexagonalen Defektlinien ausbreitet, wobei im Zentrum eines solchen dreidimensionalen Netzwerks tatsächlich völlig ungestörte Bereiche verbleiben können.

»Die auftretende kollektive Bewegung kann auf der gegenüberliegenden Seite des Wafers zu einem Heben oder Senken von beträchtlichen Flächenbereichen führen und störende Stufen bilden, was sich dort dann zum Beispiel nachteilig auf die Fertigung und Funktion von Mikrostrukturen auswirkt«, betont Hänschke.

In Kombination mit mathematischen Modellrechnungen…

...erlauben es die Ergebnisse, die zu Grunde liegenden physikalischen Prinzipien besser zu verstehen. »Bisherige Modelle beruhen vorwiegend auf Daten, die man an sehr kleinen Kristallproben mit Hilfe der Elektronenmikroskopie gewonnen hat«, erläutert Dr. Elias Hamann, ein weiteres Mitglied des Teams am KIT. »Mit unserer Methode können wir jedoch auch große, flächige Kristalle untersuchen, wie zum Beispiel handelsübliche Wafer«, fügt er an. »Nur so können die genauen Zusammenhänge aufgedeckt werden, die zwischen anfänglichen, winzigen Originalschäden und den umfassenden daraus folgenden Kristalldeformationen bestehen, welche dann wiederum weit weg vom Ausgangspunkt zu Problemen führen können.«