El nanoindexador Sem rompe las limitaciones de escala de las pruebas mecánicas tradicionales a través del modo integrado de "imagen - prueba - análisis" y proporciona medios precisos para la evaluación de la fiabilidad de varios niveles de dispositivos microelectrónicos, desde materiales hasta estructuras. En el futuro, a medida que los dispositivos se miniaturicen aún más (como apilamiento 3D e integración de núcleos), su combinación con microscopía de fuerza atómica (afm), haz de iones enfocado (fib) y otras tecnologías analizará más a fondo el mecanismo de falla a escala y promoverá una mejora continua de la fiabilidad microelectrónica.
Principios y ventajas tecnológicas
El medidor de nanoindentación Sem combina las funciones de imagen de alta resolución de Sem con las pruebas mecánicas de nanoindentación: observar la morfología de la superficie de la muestra en tiempo real a través de Sem y localizar el área objetivo (como puntos de soldadura, interconexiones, películas, etc.); Posteriormente, se utiliza una sonda de nanoindentación para aplicar una carga de nivel micro - niu, registrar la relación entre la profundidad de presión y la carga, y calcular la dureza, el módulo de elasticidad, el arrastre y otros parámetros del material. Su ventaja central radica en la visualización in situ: durante el proceso de prueba, se puede observar simultáneamente la deformación, el inicio y la propagación de grietas en el área de indentación, revelando la relación entre la microestructura y las propiedades macroscópicas; Al mismo tiempo, la resolución de desplazamiento a nivel nanométrico (generalmente hasta 0,1 nm) y la precisión de control de carga (nivel nn) pueden satisfacer las necesidades de prueba de películas ultrafinas en Dispositivos microelectrónicos (como la capa de óxido de puerta y la capa de pasivación).
Aplicaciones clave en las pruebas de fiabilidad Microelectrónica
1. evaluación de la fiabilidad de la estructura de interconexión: la falla de la migración eléctrica y la migración de esfuerzo de la interconexión cobre / aluminio en el chip a menudo se debe a defectos mecánicos en la interfaz o entre granos. La nanoindentación Sem puede medir con precisión las diferencias de dureza y módulo en diferentes posiciones de interconexión (como límites de grano e interfaces), identificar áreas de concentración de esfuerzo y proporcionar una base para optimizar el proceso (como la temperatura de recocido y la concentración de dopaje). Por ejemplo, al analizar la respuesta de indentación de la interconexión de cobre después del ciclo térmico, se puede cuantificar el grado de atenuación de su rendimiento antifatiga.
2. caracterización de las propiedades de las juntas de soldadura y los materiales de encapsulamiento: las juntas de soldadura de chips invertidos (como SN - pb, soldadura sin plomo) son propensas a la deformación plástica o agrietamiento debido al desajuste de expansión térmica durante el ciclo de temperatura. La nanoindentación Sem puede probar in situ un solo punto de soldadura sin destruir el conjunto del paquete, obtener parámetros clave como su resistencia al rendimiento y la tasa de velocidad de arrastre, y predecir el riesgo de falla del punto de soldadura en el servicio a largo plazo. Además, la prueba de módulo de elasticidad del relleno inferior (underfil) puede optimizar su compatibilidad con el chip / sustrato y reducir el estrés de la interfaz.
3. análisis de fiabilidad de películas y recubrimientos: las capas de óxido de puerta (solo unos nanómetros de espesor) y pasivadas (como sinx) de Dispositivos microelectrónicos deben tener una alta resistencia dieléctrica y resistencia a los arañazos. La nanoindentación Sem puede determinar directamente las propiedades mecánicas intrínsecas de la película controlando la profundidad de presión (inferior al espesor de la película), evitando la interferencia del sustrato; La observación de descamación o grietas en el borde de la indentación en combinación con Sem puede evaluar la fuerza de unión y la resistencia al impacto de la película delgada con el sustrato, proporcionando soporte de datos para la mejora del proceso (como la temperatura de deposición y el tratamiento de plasma).