Bestimmung und Optimierung des mechanischen Verhaltens von Schichtstapeln mit porösen low-k-Dielektrika

• Antragsteller: Professor Dr. Thomas Geßner (†)
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2004 bis 2006
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5433749

Gegenstand des Projektes ist die Untersuchung des mechanischen Verhaltens poröser low-k-Dielektrika mit dem Ziel, diese Materialien eindeutig zu charakterisieren und ihr Verhalten im Anwendungsfall (z. B. Kupfer-Damascene-Technologie) zu prognostizieren. Bisher wird versucht, die Charakterisierung poröser Dielektrika mittels konventioneller Kenngrößen (z. B. Elastizitätsmodul) vorzunehmen, wobei letztere mit etablierten Verfahren (z. B. Nanoindenter oder akustischen Oberflächenwellen - SAW) gemessen werden. In der Regel werden dabei die für homogene Materialien entwickelten AuswerteAlgorithmen formal auf die porösen Materialien übertragen. Dies führt meist dazu, dass man völlig unterschiedliche Werte bekommt, wenn beispielsweise der Elastizitätsmodul einmal mit SAW, im anderen Fall mit dem Nanoindenter bestimmt wird. Bei homogenen Materialien stimmen dagegen die mit verschiedenen Methoden ermittelten E-Modul-Werte meist sehr gut überein. Offensichtlich ist, wie man ohnehin vermuten musste, der konkrete Einfluss der Poren auf den Messprozess bei verschiedenen Messmethoden unterschiedlich, und die in konventioneller Weise bestimmte Kenngröße nicht mehr methodenunabhärigig und universell. Zur Überwindung dieses Zustands sollen zwei Wege verfolgt werden: Der eine Ansatz besteht darin, die Art der Anwendung des registrierenden Eindruckversuchs dem Problem angepasst zu modifizieren (z. B. Messung bei geringsten Lasten, Einsatz von Deckschichten, Detektierung des Übergangs elastisch - plastisch) und auf diese Weise aufzuklären, inwieweit es auf der Grundlage der konventionellen Theorie doch möglich ist, relevante, verallgemeinerbare Aussagen zu erhalten. Im zweiten Ansatz soll versucht werden, ein theoretisches Modell auf der Grundlage einer speziellen Boundary-Element-(BE-)Methode zur Beschreibung des mechanischen Verhaltens poröser Materialien zu entwickeln und zu testen. Dieses Modell soll in einem weiteren Schritt in ein Programmpaket implementiert werden, das es in kurzer Rechenzeit gestattet, Vorhersagen zum mechanischen Versagen poröser Materialien in konkreten Einsatzfällen (z. B. beim Chemisch-Mechanischen-Polieren, CMP) zu machen, gezielte Optimierungen und Modifikationen der Materialien vorzunehmen und Vorschläge für den Schichtaufbau bzw. die Herstellungsprozesse der low-k-Schichtstapel zu unterbreiten. Es kann auch erwartet werden, in diesem Zusammenhang neue Parameter zu identifizieren, die das mechanische Verhalten poröser Materialien adäquat beschreiben. Für das Vorhaben steht an der TU Chemnitz ein hochgenaues Eindruck-Messgerät mit entsprechender Auswerte-Software sowie ein mathematisches Modell zur Vorhersage des mechanischen Versagens homogener Materialien und dünner Schichten zur Verfügung. Weiterhin ist die TUC in der Lage, poröse dielektrische Schichten und entsprechende Deckschichten' (Cap Layers) herzustellen und reale Einsatzbedingungen an einer CMPAnlage zu prüfen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Person: Professor Dr. Frank Richter (†)