DE19635072A1 - Verfahren zur Messung und Bewertung der Rauhigkeit einer Halbleiteroberfläche - Google Patents

Verfahren zur Messung und Bewertung der Rauhigkeit einer Halbleiteroberfläche

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Viktor Dipl Phys Tiederle
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TIEDERLE, VIKTOR, 73265 DETTINGEN, DE
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Description

Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Messung und Bewertung der Rauhigkeit einer Halbleiter­ oberfläche gemäß Patentanspruch 1 sowie dessen Anwen­ dung zur Bestimmung der Bondbarkeit der Halbleiterober­ fläche.
Die Bestimmung der Bondbarkeit einer Halbleiterober­ fläche wurde bisher anhand subjektiver Kriterien, wie Glanzgrad des Materials entschieden oder durch eine Stichprobe getestet.
Die Problematik der Messung und Bewertung von Halb­ leiter-Oberflächen ist bekannt, wobei in "Werkstoffprobleme der Mikroelektronik und ihre Analysemethoden "(Gastvortrag: Dr. rer. nat. Horst Karin / Dipl.-Ing. Manfred Michalk. 32. Internat. Wiss. Koll. TH Ilmenau 1987) bereits die enge Kopplung von Oberflächenrauhigkeit und Härte beschrieben wird.
Dabei stellt die Bestimmung der Härte kein Problem dar. Zur Bestimmung der Rauhtiefe wird üblicherweise eine Meßmethode nach DIN herangezogen. Dabei kann nur die Eigenschaft einer Linie mit einer definierten Länge bestimmt werden. Dies kann keine Korrelation mit dem Bondprozeß ergeben, da dieser eine flächenförmige Ausprägung hat. Eine weitere Schwierigkeit ist, daß bei den verwendeten Drahtstärken (im Bereich von 25 µm, teilweise sogar kleiner) selbst geringe Schwankungen in den Meßwerten sehr große Veränderungen in den Eigen­ schaften beim Bonden darstellen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren anzugeben, was einerseits eine differenzierte Messung und Bewertung der Oberflächenrauhigkeit ermöglicht und andererseits zur Bewertung der Bondbarkeit eine geeignete Verknüpfung mit der Mikrohärte ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Mit der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mittels eines Meßgerätes, dessen Hauptbestandteil ein Mikroskop hoher Verstärkung dargestellt, lassen sich begrenzte Flächen vorzugsweise in der Größenordnung von 0,5 mm × 0,5 mm Punkt für Punkt in der Höhe vermessen, wobei in Abhängigkeit von den verwendeten Meßokularen diese Fläche verändert und den Verhältnissen für das Drahtbonden, d. h. dem verwendeten Drahtdurchmesser angepaßt werden können. Das erfindungsgemäße Verfahren liefert dann einen globalen Parameter, der zusammen mit der Mikrohärte ein Qualitätsmaß für den Bondvorgang dargestellt.
Im folgenden soll das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf eine einzige Figur dargestellt und erläutert werden.
Diese Figur zeigt ein Beispiel einer Auswertung für eine Zeile (Schnittdarstellung) nach dem erfindungsge­ mäßen Verfahren zur Klassifizierung der Bondbarkeit einer Halbleiteroberfläche, wobei jedoch die nachfolgende Erläuterung auf eine flächige Auswertung gerichtet ist, die mittels eines Prozessors durchgeführt wird.
Zunächst wird mittels einer auf die zu messende Halb­ leiteroberfläche zu projizierenden Gitterstruktur ein Abbild derselben geschaffen. Dieses Abbild ist, aufgrund der Rauhigkeit der Halbleiteroberfläche, leicht verzerrt. Über eine CCD-Kamera wird dieses Abbild durch zeilenweise Abtastung über die gesamte zu prüfende Oberfläche aufgenommen und in einen Speicher eines Mikroprozessors in digitaler Form gespeichert.
Ausgehend von diesen Meßwerten, werden die Maxima- und Minimawerte xmax, Xmin bestimmt und hieraus obere und untere Meßgrenzen festgelegt, die sich aus
xo = xmax - (xmax - xmin) * (1-A)
xu = xmin + (xmax - xmin) * (1-A)
ergeben, wobei A ein anpaßbarer Parameter zur Defini­ tion von xo, xu darstellt und hier einen Wert von 0,05 aufweist.
Dann wird die Anzahl (no, nu) der Meßwerte ermittelt, die außerhalb dieser Meßgrenzen liegen.
Es werden obere und untere Spitzenwerte (Xos, Xus) derart bestimmt, daß mindestens B % aller Meßwerte größer bzw. kleiner als diese sind. B ist dabei ein Parameter, der auf spezielle Gegebenheiten anpaßbar ist. Mit B 20% entspricht dies in der Figur den schraffierten Flächen zwischen Xo und Xos sowie Xu und Xus.
Bei einer Ungleichverteilung der Meßwerte ergibt sich durch dieses Verfahren eine Abweichung des Mittelwertes (Xo-Xu)/2 und (Xos-Xus)/2 so daß auch diese Ungleich­ verteilung Berücksichtigung finden kann.
Aus diesen Werten wird der Rauhigkeitswert R gemäß folgender Formel
ermittelt, wobei ngesamt die gesamte Anzahl der Meß­ werte darstellt.
Nun wird in bekannter Weise die Mikrohärte der Halbleiteroberfläche bestimmt und durch die Kopplung von Rauhigkeitswert und dieser ermittelten Mikrohärte eine Klassifizierung der Halbleiteroberfläche nach ihrer Bondbarkeit durchgeführt. Ein Parameter P zur Klassifizierung der Bondbarkeit ergibt sich als Produkt aus Mikrohärte Mh und des Rauhigkeitswertes R gemäß der Formel
P = R · Mh,
wobei die Mikrohärte Mh sich als Mittelwert aus mehre­ ren an verschiedenen Stellen der zu prüfenden Halblei­ teroberfläche ermittelten Werten ergibt.
Die Werte des Parameters P können folgendermaßen mittels eines Parameters c klassifiziert werden:
P < C/5: sehr gut,
C/5 P < C/2: gut,
C/2 P < C: akzeptierbar, und
P < C: nicht akzeptierbar.
Dabei berücksichtigt der Parameter C die Art der zu verbindenden Materialien, aus den die Bondoberfläche und der Bonddraht bestehen und muß daher an jede Materialkombination angepaßt werden.
Es können damit entsprechende, nicht bondbare Oberflächen aufweisende Teile z. B. automatisch aus der Fertigung aussortiert und so Ausschuß vermindert werden, der erst nach dem Aufbau zu ganzen Baugruppen feststellbar ist.
Die Erfindung ist nicht lediglich auf die Prüfung von Halbleiteroberflächen beschränkt, sondern kann gleich­ falls bei Metall- oder Keramikoberflächen angewendet werden.

Claims (5)

1. Verfahren zur Messung und Bewertung der Rauhigkeit einer Oberfläche, insbesondere einer Halbleiter-, Metall- oder Keramikoberfläche, mittels einer auf die zu messende Oberfläche zu projizierenden Gitterstruk­ tur, deren durch die Rauhigkeiten verzerrte Abbildung in Form von Meßwerten erfaßt werden, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte
  • - Maxima-Minima-Bestimmung der Meßwerte (xmax, xmin)
  • - Festlegung einer oberen und unteren Meßgrenze (xo, xu)
  • - Bestimmung der Anzahl der Meßwerte außerhalb der Meßgrenzen (no, nu)
  • - Bestimmung von oberen und unteren Spitzenwerten (xos, xus)
  • - Berechnung des Rauhigkeitswertes gemäß
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die oberen und unteren Spitzenwerte (xos, xus) der­ art bestimmt werden, daß mindestens B % aller Meßwerte größer bzw. kleiner als diese sind.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich die Mikrohärte der zu messenden Oberfläche bestimmt wird.
4. Verfahren gemäß Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß durch Kopplung von Rauhigkeitswert und Mikrohärte eine Klassifizierung der Oberfläche nach ihrer Bondbarkeit ermöglicht wird.
5. Verfahren gemäß Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Rauhigkeitswert mit der Mikrohärte multipliziert wird, so daß ein Wert zur Klassifizierung der Oberfläche nach ihrer Bondbarkeit entsteht.
DE1996135072 1996-08-30 1996-08-30 Verfahren zur Messung und Bewertung der Rauhigkeit einer Halbleiteroberfläche sowie dessen Verwendung Expired - Lifetime DE19635072C2 (de)

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