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BHM, 160. Jg. (2015), Heft 5 © Springer-Verlag Wien Bigl et al.Originalarbeit235BHM (2015) Vol. 160 (5): 235–239DOI 10.1007/s00501-015-0355-4© Springer-Verlag Wien 2015Site Specific Microstructural Evolution of Thermo-mechanically Fatigued Copper FilmsStephan Bigl 1 , Stefan Wurster 1 , Megan J. Cordill 2 and Daniel Kiener 11 Department of Materials Physics, Montanuniversität Leoben, Leoben, Austria2 Erich Schmid Institute of Materials Science, Austrian Academy of Sciences, Leoben, Austriawährend der Einsatzzeit standhalten. Ein detailliertes Wis-sen über die mikrostrukturellen Änderungen ist notwen-dig, um ein besseres Verständnis über die ablaufenden Ermüdungsmechanismen zu erhalten und eine gezielte Verbesserung des Fabrikationsprozesses zu ermöglichen. Daher wurde eine mikrostrukturelle Charaktersierungs-methode angewendet, welche eine ortsspezifische Ana-lyse mittels Elektronen-Rückstreu-Beugung (EBSD) und Rasterkraftmikroskopie (AFM) während des thermischen Zyklierprozesses kombiniert. Die Untersuchung des iden-ten Oberflächenausschnitts mit AFM und EBSD ermög-licht es, globale Aussagen über die Schichtrauigkeit, Korngröße und Korngrenzcharakteristiken mit fortlau-fender Zyklenanzahl zu treffen, was großes Potential als universell einsetzbare mikrostrukturelle Analysemethode unabhängig vom jeweiligen Belastungsregime zeigt. Die Kombination topographischer und kristallographischer In-formationen auf demselben Oberflächenabschnitt erlaubt zusätzlich die Untersuchung spezieller mikrostruktureller Bestandteile während des Zyklierprozesses, beispiels-weise diffusionsgesteuerten Massentransport an den Korngrenzen, quantifiziert durch Höhenprofilevolutionen sowie Kornwachstum und Zwillingskorngrenzbewegung.Schlüsselwörter: Rasterkraftmikroskopie, (AFM), Elektro-nen-Rückstreu-Beugung (EBSD), Kupfer Schichten, Ther-momechanisches Verhalten, Mikrostrukturelle Evolution, Zwillingskorngrenzenbewegung1. IntroductionFor modern power semiconductor switches, the key requirements of high current capabilities, high break-through voltages, high heat conductivity, and high switch-ing frequencies are constantly increasing [1]. In current and future power semiconductors, short power pulses during switching operations lead to temporal temperature rise Abstract: Copper metallizations used in modern pow-er semiconductors have to withstand cyclic thermo-mechanical loading over the full operational life-time. Hence, detailed knowledge about the microstructural changes is required to better understand ongoing fatigue mechanisms and specifically to enable improvement of the fabrication process. Therefore, a microstructural char-acterization method was applied which combines a site-specific analysis using atomic force microscopy (AFM) and electron backscatter diffraction (EBSD) throughout thermal cycling. Studying the same surface area with AFM and EBSD enables a determination of global micro-structural parameters, such as surface roughness, grain size, and grain boundary characteristics with cycling, and hence exhibits a great potential for universal microstruc-tural analysis regardless of the loading process. We re-port about combining topographical and crystallographic information by tracking the identical surface area. Our observations indicate diffusional mass transport at grain boundaries, quantified by height profile evolution, grain growth, and twin boundary migration.Keywords: Atomic force microscopy (AFM), Electron backscatter diffraction (EBSD), Cu films, Thermo-mechan-ical behaviour, Microstructural evolution, Twin boundary migrationOrtsaufgelöste mikrostrukturelle Entwicklung von thermo-mechanisch ermüdeten KupferschichtenZusammenfassung: Kupfermetallisierungen, welche in modernen Hochleistungshalbleitern eingesetzt werden, müssen zyklischen thermomechanischen Belastungen Dipl.-Ing. S. Bigl, B.Sc. (?)Department of Materials Physics, Montanuniversität Leoben,Jahnstrasse 12,8700 Leoben, Austriae-mail: stephan-paul.bigl@stud.unileoben.ac.atReceived January 30, 2015; accepted February 18, 2015; published online March 20, 2015