DE19635072C2 - Verfahren zur Messung und Bewertung der Rauhigkeit einer Halbleiteroberfläche sowie dessen Verwendung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Messung und Bewertung der Rauhigkeit einer Halbleiteroberfläche gemäß Patentanspruch 1 sowie dessen Verwendung zur Bestimmung der Bondbarkeit der Halbleiteroberfläche.

Die Bestimmung der Bondbarkeit einer Halbleiteroberfläche wurde bisher anhand subjektiver Kriterien, wie Glanzgrad des Materials entschieden oder durch eine Stichprobe getestet.

Die Problematik der Messung und Bewertung von Halbleiter-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 Eigenschaften beim Bonden darstellen.

Aus der DE 36 37 477 A1 ist darüber hinaus ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung der Qualität von Oberflächen bekannt, bei der die Oberfläche von Laserimpulsen abgetastet und das dabei in Richtung des Einfallslotes auftretende Streulicht ausgewertet wird. Das Licht muß dabei mit einer charakteristischen Frequenz periodisch unterbrochen und vorzugsweise polarisiert werden. Insbesondere können durch dieses Verfahren die Flächen nur punktweise nacheinander abgetastet werden, da es sonst zu zusätzlichen Streulichtanteilen kommen würde.

Aus der Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 31 (1992) S. 721-728, Teil 1, Nr. 3, März 1992 ist ebenfalls ein Verfahren zur Messung der Rauhigkeit von polierten Silizium Scheiben bekannt, bei dem mittels eines senkrecht auf die Oberfläche auftreffenden Laserstrahls vergleichbar einem Mikroskop diese punktweise abgetastet und so ein Abbild über relative Tiefe von Rissen etc. gewonnen wird.

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 Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Mit der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mittels eines Meßgerätes, dessen Hauptbestandteil ein Mikroskop hoher Verstärkung darstellt, 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 Flächen verändert und den Verhältnissen für das Drahtbonden, d. h. dem verwendeten Drahtdurchmesser angepaßt werden können. Das erfindungs­ gemäße Verfahren liefert dann einen globalen Parameter, der vorzugsweise zusammen mit der Mikrohärte gemäß dem Verwendungsanspruch 3 ein Qualitätsmaß für den Bondvorgang darstellt.

Im folgenden soll ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Bezugnahme auf eine einzige Figur dargestellt und erläutert werden.

Diese Figur zeigt ein Beispiel einer Auswertung für eine Zeile (Schnittdarstellung) nach dem erfindungsgemäßen 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 x_max, x_min bestimmt und hieraus obere und untere Meßgrenzen festgelegt, die sich aus
x_o = x_max - (x_max - x_min) . (1 - A)
x_u = x_min + (x_max - x_min) . (1 - A)
ergeben, wobei A einen anpaßbaren Parameter zur Defini­ tion von x_o, x_u darstellt und hier einen Wert von 0,05 aufweist.

Dann wird die Anzahl (n_o, n_u) der Meßwerte ermittelt, die außerhalb dieser Meßgrenzen liegen.

Es werden obere und untere Spitzenwerte (X_os, X_us) 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 X_o und X_os sowie X_u und X_us.

Bei einer Ungleichverteilung der Meßwerte ergibt sich durch dieses Verfahren eine Abweichung des Mittelwertes (X_o - X_u)/2 und (X_os - X_us)/2, so daß auch diese Ungleich­ verteilung Berücksichtigung finden kann.

Aus diesen Werten wird der Rauhigkeitswert R gemäß folgender Formel

ermittelt, wobei n_gesamt 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 M_h und des Rauhigkeitswertes R gemäß der Formel
P = R . M_h,
wobei die Mikrohärte M_h 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 denen 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 (3)

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, mit folgenden Verfahrensschritten:

• 1. Maxima-Minima-Bestimmung der Meßwerte (x_max, x_min)
• 2. Festlegung einer oberen und unteren Meßgrenze (x_o, x_u)
• 3. Bestimmung der Anzahl der Meßwerte außerhalb der Meßgrenzen (n_o, n_u)
• 4. Bestimmung von oberen und unteren Spitzenwerten (x_os, x_us)
• 5. Berechnung des Rauhigkeitswertes gemäß
  

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die oberen und unteren Spitzenwerte (x_os, x_us) der­ art bestimmt werden, daß mindestens B% aller Meßwerte größer bzw. kleiner als diese sind.

3. Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 zur Klassifizierung der Oberfläche nach ihrer Bondbarkeit, indem zusätzlich die Mikrohärte der zu messenden Oberfläche bestimmt und mit dem Rauhigkeitswert gemäß der Ansprüche 1 oder 2 multipliziert wird und das Produkt den Wert zur Klassi­ fizierung der Oberfläche angibt.