Röntgenblick verringert Ausschuss

  • 22. November 2017

Zerstörungsfreie bildgebenden Verfahren liefern drei­dimen­sionale Ein­blicke in das Innere von Kristallen.

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 Daniel Hänschke vom Karls­ruher Institut für Techno­logie. Sein Team konnte nun Ver­setzungen präzise ver­messen und ihre Wechsel­wirkung unter­ein­ander und mit äußeren Ein­flüssen unter­suchen. Die Analyse zeigt, wie sich von einem einzigen Ober­flächen­defekt eine ganze Armada von hexa­gonalen Defekt­linien aus­breitet, wobei im Zentrum eines solchen drei­dimen­sio­nalen Netzes 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“, so Hänschke.

Fehler in Kristallen

Abb.: Kleine Oberflächenfehler können bei der Ver­arbei­tung von Halb­leiter-Wafern zu weit­läufige Defekten im Inneren und Stufen in großen Ober­flächen­arealen führen. (Bild: D. Hänschke, KIT)

In Kombination mit mathematischen Modellrechnungen erlauben es die Ergeb­nisse, die zugrunde 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 Team-Mitglied Elias Hamann. „Mit unserer Methode können wir jedoch auch große, flächige Kristalle unter­suchen, wie zum Beispiel handels­übliche Wafer. 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.“

Die neue Messmethode nutzt Röntgenmethoden am Synchrotron KARA des KIT und am Europä­ischen Synchro­tron ESRF in Grenoble, sowie die CDIC-Licht­mikro­skopie. Die damit möglichen Erkennt­nisse werden die beste­henden Modelle für die Vorher­sage von Defekt­ent­stehung und -aus­breitung ver­bessern und damit wichtige Hin­weise darauf liefern, wie der Herstel­lungs­prozess von Computer-Chips optimiert werden kann. Schon heute werden pro Quadrat­zenti­meter Ober­fläche eines Wafers mehrere Milli­arden Transis­toren unter­gebracht – und die Tendenz ist nach wie vor steigend. Schon jetzt führen noch so kleine Fehler auf und im Kristall zum Aus­fall Tausender dieser winzigen Schal­tungen, was betrof­fene Chips unbrauch­bar machen kann. Die Industrie hat ein großes Inte­resse daran, diesen Aus­schuss auch in Zukunft zu mini­mieren.

KIT / RK

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