Confirmation of Cu-pitting model on Cu-based metallization systems, assessment of protection measure and specification of respective test-concept at Infineon

Abstract

In dieser Arbeit sind Teilergebnisse einer vorhergegangenen Dissertation reproduziert und verifiziert werden. Im zweiten Teil der Arbeit ist ein an der TU Wien entwickelter "Korrosionsbeurteilungs" Test- am Infineon Standort in Villach aufgebaut worden. Im Laufe der Dissertation sind folgende Beobachtungen gemacht worden: Bei bestimmten getesteten Cu-basierten Metallisierungs- systemen tritt nicht das üblicherweise beobachtete Dendritenwachstum, sondern zusätzlich Lochkorrosion auf. Durch Messungen von Testwafern mit unterschiedlichen Metallstacks an der TU Wien, soll herausgefunden werden, welche Materialkombinationen von der Lochkorrosion betroffen sind und welche Schichtabfolgen eventuell geschützt und resistent sind. Anschließend ist die während der Dissertation entwickelte Messapparatur in Villach nachgebaut worden. Die Spezifizierung des Tests ist wichtig, da ein bereits etablierter, jedoch schlecht reproduzierbarer Korrosionstest ersetzt werden soll. Die 1x1 cm großen Testchips mit Kammstruktur werden durch Anlegen von 0,5 V Spannung in bidestilliertem Wasser korrodiert. Im Zuge der Dissertation hat sich gezeigt, dass die Lochkorrosion bevorzugt beim kammartigen Aufbau der Chips auftritt, weshalb nur diese untersucht wurden. Die Beurteilung der Korrosion erfolgt optisch mit Hilfe eines Lichtmikroskops. Zur Beurteilung der Oberflächenzusammensetzung der unbelasteten Testchips werden SIMS Analysen vorgenommen. Weiters werden an den getesteten Chips SEM, FIB und EDX Analysen durchgeführt. Ziel ist es zu verstehen, wann die Lochkorrosion auftritt und inwiefern sie mit den Materialkombinationen korreliert. Die Lochkorrosion soll zukünftig durch den an der TU Wien entwickelten Test am Standort Villach besser feststellbar gemacht werden.

In this work partial results of a preceding doctor thesis are reproduced and verified. In the second part of the work a corrosion assessment test (developed at the TU Wien) should be established on site in Villach. During a dissertation the following has been observed: Cu-based metallization systems showed pitting corrosion phenomena beside the more common dendritic growth. Measurement of a testing wafer with different metal stacks at the TU Wien reveal which metal combinations are affected by pitting corrosion and which layer sequences are potentially chemically resistant. With repeated measurements it is determined whether the data is reproducible or not. Afterwards the measuring instrument, evolved during the doctor thesis, is reconstructed at Villach. The specification of the test concept is very important, because an already established corrosion test, with low reproducibility, should be replaced in the future. Testing chips with a size of 1x1 cm and a pectinate structure are tested through application of 0, 5 V voltage in bidistilled water. Within the dissertation it has been shown, that pitting corrosion occurs preferentially at the pectinate structure. Only this setup is tested and examined with an optical microscope. Further SIMS analysis should be carried out on untested chips. The corroded chips are observed via SEM and EDX analysis. The aim of this work is to understand when pitting corrosion occurs and how the material composition correlates with the phenomena. The pitting corrosion should be better recognizable with transfer of the measuring device, developed at the TU Wien.