O nanostamper SEM ultrapassa os limites de escala dos testes mecânicos tradicionais através do modo integrado "imagem-teste-análise", fornecendo um meio preciso para avaliar a confiabilidade de vários níveis de dispositivos microeletrônicos, do material à estrutura. No futuro, à medida que o dispositivo for ainda mais miniaturizado (por exemplo, empilhamento 3D, integração de partículas de núcleo), sua combinação com tecnologias como microscópio de força atômica (AFM) e feixe de íons focados (FIB) irá analisar mais profundamente os mecanismos de falha em escala e promover o aumento contínuo da confiabilidade da microeletrônica.
Princípios técnicos e vantagens
O nanostamper SEM combina a imagem de alta resolução do SEM com a função de teste mecânico do nanostamping: observação em tempo real do perfil da superfície da amostra através do SEM, localização da área alvo (por exemplo, pontos de solda, interconexão, película, etc.); Em seguida, a sonda de nano-encolhimento é usada para aplicar uma carga de microns, registrar a relação entre a profundidade de encolhimento e a carga, calcular a dureza do material, o módulo elástico, o deslizamento e outros parâmetros. Sua principal vantagem é a visualização in situ - durante o teste, a deformação, a formação de rachaduras e o processo de expansão podem ser observados sincronicamente, revelando a associação entre microestrutura e desempenho macro; Ao mesmo tempo, a resolução de deslocamento em nanoescala (geralmente até 0,1 nm) e a precisão de controle de carga (nível nN) podem atender às necessidades de teste de filmes ultrafinos em dispositivos microeletrônicos (por exemplo, camadas de rasteróxido, camadas de passivação).
Aplicações-chave em testes de confiabilidade de microeletrônica
Avaliação de confiabilidade da estrutura de interconexão: falhas na migração elétrica e na migração de tensão de interconexão de cobre / alumínio em chips geralmente decorrem de defeitos mecânicos entre interfaces ou grãos. O nano-encolhimento SEM mede com precisão a dureza e as diferenças de módulo em diferentes locais de interconexão (por exemplo, limites de cristal, interfaces), identificando áreas de concentração de tensão e fornecendo a base para otimizar o processo (por exemplo, temperatura de cozimento, concentração de dopagem). Por exemplo, o grau de deterioração de sua resistência à fadiga pode ser quantificado analisando a resposta de encolhimento do cabo de cobre após o ciclo térmico.
Caracterização do ponto de solda e do material de embalagem: o ponto de solda do chip invertido (FlipChip) (como Sn-Pb, solda sem chumbo) é propenso a deformação plástica ou rachadura devido à desigualdade de expansão térmica durante o ciclo de temperatura. O nano-encolhimento SEM pode fazer testes in situ de pontos de solda individuais sem danificar a embalagem como um todo, para obter parâmetros-chave como a resistência à submissão, a taxa de deslizamento e prever o risco de falha do ponto de solda durante o serviço a longo prazo. Além disso, os testes de módulo elástico do Underfill otimizam sua compatibilidade com o chip/substrato e reduzem o estresse da interface.
Análise de confiabilidade de película e revestimento: a camada de peróxido (apenas alguns nanômetros de espessura) e a camada de passivação (como SiNx) dos dispositivos microeletrônicos devem ter alta resistência dielétrica e resistência a arranhões. O nano-encolhimento de SEM pode determinar diretamente as propriedades mecânicas do filme através do controle da profundidade de pressão (menor do que a espessura da membrana), evitando a interferência do fundo; Em combinação com a observação da descascagem ou rachadura das bordas de encolhimento com a SEM, a força de ligação e a resistência ao impacto do filme e do substrato podem ser avaliados, fornecendo suporte de dados para melhorias de processo, como temperatura de sedimento, tratamento de plasma.