Substratverformung

Substratverformung bezeichnet die Verformung eines Substrats, die durch innere Spannungen oder äußere Belastungen verursacht wird, insbesondere im Zusammenhang mit der Abscheidung dünner Filmschichten oder dem Aufbau mehrschichtiger Gefüge. Sie äußert sich in Biegung, Krümmung oder plastischer Deformation des Substrats und kann die Mikrostrukturen, Messwerte und Bauelemente beeinträchtigen.

Ursachen sind thermo-mechanische Spannungen infolge Temperaturwechseln und unterschiedlicher Ausdehnungskoeffizienten zwischen Substrat und Film, Gitterfehlpassungen in epitaktischen Systemen, intrinsische Restspannungen während des Wachstums sowie Diffusionseffekte. Externe Lasten können zusätzlich Verformungen hervorrufen.

Folgen sind Krümmung oder Bowing des Substrats, Wrinkling, Delamination, Risse und veränderte Eigenschaften der auf dem Substrat aufgebrachten Strukturen. Die Verformung kann die elektrischen, optischen und mechanischen Eigenschaften der Bauteile beeinflussen und die Fertigung beeinträchtigen.

Typische Mess- und Analyseverfahren umfassen Waferkrümmungsmessung nach der Stoney-Gleichung, Röntgenbeugung zur Bestimmung von Spannungen, sowie modellbasierte Ansätze mit der Kontinuitäts- und Elastizitätstheorie und ggf. Finite-Elemente-Analysen.

Anwendungen finden sich in der Halbleiterfertigung, MEMS, flexibler Elektronik und Dünnschichtbeschichtungen. Zur Minderung von Substratverformung werden Materialauswahl, Passung der Wärmeausdehnung, Pufferlagen und Prozessparameter angepasst.