Auf einem Siliziumsubstrat wird bei hoher Temperatur eine thermische Oxidschicht (SiO₂, Längenausdehnungskoeffizient etwa 0,5×10⁻⁶ K⁻¹) erzeugt und auf Raumtemperatur abgekühlt. Welche Spannung entsteht durch den Unterschied der Wärmeausdehnung in der Oxidschicht, wenn der Längenausdehnungskoeffizient von Silizium etwa 2,6×10⁻⁶ K⁻¹ beträgt?

Lösung: B. Druckspannung

Beim Abkühlen zieht sich Silizium stärker zusammen als SiO₂. Die SiO₂-Schicht wird stärker zusammengezogen, als sie selbst schrumpfen würde, also in der Ebene gestaucht, und steht unter Druckspannung. Die Richtung der Wärmespannung lässt sich so beurteilen: Ist der Längenausdehnungskoeffizient der Schicht größer als der des Substrats, entsteht nach dem Abkühlen Zug, ist er kleiner, Druck. Bei einer Aluminiumschicht auf Silizium ist das Größenverhältnis der Ausdehnungskoeffizienten umgekehrt und damit auch die Richtung der Spannung. Solange sich die Ausdehnungskoeffizienten unterscheiden, entsteht bei einer Temperaturänderung gegenüber der Abscheidetemperatur eine Spannung; die Antwort, es entstehe keine Spannung, ist daher falsch. Die Druckspannung thermischer Oxidschichten erreicht einige hundert MPa und lässt sich aus der Messung der Waferkrümmung bestimmen.