(57)【要約】【課題】  ボンディング界面に形成された金属間化合物を直接Ｘ線回折により同定するための試料の調整方法を提供する。【解決手段】  ボンディング済みの金属細線と下地パッド金属との間において、ボンディングされた金属細線を物理的な力で剥離して露出した剥離面に、表面から内部に向かって断続的にＡｒイオンビームを照射してイオンエッチングし、順次新しい観察面を露出させてＸ線回折試料とする。金属細線と下地パッド金属とを物理的な力で剥離するに際し、ボンディングパッド上にボンディング済みのボンディングワイヤを含むように中空の容器を立て、該中空の容器内に熱硬化性樹脂を流し込み、熱硬化性樹脂を硬化させて金属細線を樹脂で保護した後に、物理的な力で剥離することが好ましい。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボンディング済みの金属細線と下地パッド金属との間において、ボンディングされた金属細線を物理的な力で剥離して露出した剥離面に、表面から内部に向かって断続的にＡｒイオンビームを照射してイオンエッチングし、順次新しい観察面を露出させることを特徴とするＸ線回折試料の調製方法。
【請求項２】
金属細線と下地パッド金属とを物理的な力で剥離するに際し、ボンディングされた金属細線を樹脂で保護した後に物理的な力で剥離することを特徴とする請求項１に記載のＸ線回折試料の調製方法。
【請求項３】
金属細線と下地パッド金属とを物理的な力で剥離するに際し、ボンディングパッド上にボンディング済みのボンディングワイヤを含むように中空容器を立て、該中空の容器内に熱硬化性樹脂を流し込み、熱硬化性樹脂を硬化させてボンディングされた金属細線を樹脂で保護した後に、物理的な力で剥離することを特徴とする請求項１または２に記載のＸ線回折試料の調製方法。
【請求項４】
前記中空容器の断面積が、ボンディング部分の面積の１０倍以上であることを特徴とする請求項３に記載のＸ線回折試料の調製方法。
【請求項５】
Ａｒイオンビームを照射してイオンエッチングするに際し、Ａｒイオンビーム加工装置を用いることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のＸ線回折試料の調製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＣチップ等の半導体素子のボンディングパッドとボンディングワイヤ間で形成される金属間化合物の同定を行うための試料調整法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子を機能させるためには、電気信号の入出力を外部へ取り出す必要がある。そのため、半導体素子のボンディングパッド部と配線基板等の外部接続用端子とをボンディングワイヤで接続し、その後、半導体素子およびボンディングワイヤ等を樹脂で封止するという実装方法がある。アルミニウム等のボンディングパッドに、金を主とするボンディングワイヤが接合されて構成された半導体装置が多用されている。このような実装方法の場合には、ボンディングワイヤとボンディングパッド部との接着強度の確保が重要となる。例えば、接着面積（圧着径）を小さくしても所定の剪断強度を得るため、高純度金にＰｄ（パラジウム）やＰｔ（白金）等を含有した母合金を用いてボンディングワイヤを形成する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
また、ボンディングワイヤ用金合金細線に純度９９．９９５％以上の金を用い、ＣａやＢｅ等の金属を含有せしめヤング率の向上を図るとともに、必要に応じて銀と銅の他にＰｄまたはＰｔを含有させ接合強度を向上させる技術が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開平８−１２７８２８号公報
【特許文献２】特開平７−３３５６８６号公報
【０００３】
しかしながら、高温環境下で使用されるとボンディングワイヤとボンディングパッド間に形成される金属間化合物の影響でボンディング強度が著しく低下する。この金属間化合物の種類を同定することは、ボンディング強度の向上のために必須である。従来は、機械的に加工して断面を形成した後、光学顕微鏡、走査電子顕微鏡、透過電子顕微鏡といった観察手法を用いて化合物相を推定している。図１に示したものは、機械的に形成した断面を光学顕微鏡で観察したものである。部位Ａのボンディングワイヤと部位Ｂのボンディングパッド間の部位Ｃで、金属間化合物の生成が確認できる。部位Ｄは半導体チップ本体である。金属間化合物の同定にはＸ線回折によるパターンの取得が必要であるが、かかる薄膜部分のみでＸ線回折パターンを取得することが出来なかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで本発明では、ボンディング界面に形成された金属間化合物を直接Ｘ線回折により同定するための試料の調整方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、ボンディング済みの金属細線と下地パッド金属との間において、ボンディングされた金属細線を物理的な力で剥離して露出した剥離面に、表面から内部に向かって断続的にＡｒイオンビームを照射してイオンエッチングし、順次新しい観察面を露出させるＸ線回折試料の調製方法を採用した。
本発明においては、金属細線と下地パッド金属とを物理的な力で剥離するに際し、ボンディングされた金属細線を樹脂で保護した後に物理的な力で剥離することが好ましい。
また、金属細線と下地パッド金属とを物理的な力で剥離するに際しては、ボンディングパッド上にボンディング済みのボンディングワイヤを含むように中空の容器を立て、該中空の容器内に熱硬化性樹脂を流し込み、熱硬化性樹脂を硬化させてボンディングされた金属細線を樹脂で保護した後に、物理的な力で剥離することが好ましい。この場合、前記中空容器の断面積は、ボンディング部分の面積の１０倍以上であることが好ましい。
これら本発明の方法においては、Ａｒイオンビームを照射してイオンエッチングするに際し、Ａｒイオンビーム加工装置を用いることができる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明による試料調整方法を用いれば、ボンディング界面に形成された金属間化合物を直接Ｘ線回折により同定することが実現可能となり、ボンディング強度向上対策に役立てることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明における発明のうち、代表的なものの概略を簡潔に説明すると、以下のとおりになる。
ボンディングパッド上にボンディング済みのボンディングワイヤを１つ以上含むように中空の容器を立てる。この中空容器の材質としては、透明なガラス、プラスティックや不透明な金属でもよい。ただし、後に記すように内部の様子を観察できる透明容器が望ましい。また、形状としては円筒形のチューブ形状で外周部が平滑であることが必要であり、ボンディング部分の少なくとも１０倍以上の断面積を有する大きさが必要である。このボンディングパッド上に配置された中空容器内にエポキシ等の熱硬化性樹脂を流し込み、硬化させることでボンディング箇所と一体化する。
【０００８】
この際に、熱硬化性樹脂以外に熱可塑性樹脂を用いてもよいが、プラスティック容器を使用している場合には容器と反応しないことが重要である。また、樹脂を流し込む最中に真空脱気を行うか、樹脂を流し込んだ直後に真空脱気を行い、樹脂とボンディングワイヤ間及び樹脂とボンディングパッド間の密着強度が低くならないようにする。十分樹脂が硬化した後、容器を引っ張ることで半導体チップからボンディングパッド部分を含んだワイヤーが取り出せる。この状態を“チューブ”と呼び、ボンディングパッド側を“表面”とする。表面近傍、即ちボンディングワイヤとボンディングパッド界面の金属間化合物は、この状態で十分広い面積で露出しておりＸ線回折により回折パターンの取得が可能となる。
【０００９】
引き続き、表面から内部に存在するボンディングワイヤ側の金属間化合物の同定のための前処理を行う。チューブ表面の法線方向に対してほぼ９０度の角度で、チューブ表面にビームがさえぎられる配置でＡｒイオンビームを照射する。このとき、Ａｒイオンビームの径がチューブ直径より小さい場合は、チューブを自転させながら、チューブの表面の法線方向に垂直方向に遥動させ、表面の外周全てに平均的にビーム照射が行われる処置が必要である。Ａｒイオンビームの径がチューブ直径以上の場合は、チューブを自転させるだけで十分であるが、遥動を用いることを妨げない。また、チューブの自転についても一定周期である必要も無く、例えばいわゆるあおりをつける程度のプラスマイナス数十度程度の角度で任意の周期で回転していてもよい。この内部の金属間化合物測定のための前処理を“遮蔽処理”と呼ぶ。
【００１０】
ボンディングワイヤとボンディングパッドからなる金属間化合物は硬度や密度が異なるために、通常の方法では研磨速度が大きく異なり平面状に研磨できない。しかしながら、平滑な表面を有する中空容器および樹脂が金属間化合物の周囲に面積比としては１０対１を上回る比率で存在することで、イオンビームの照射による研磨が中空容器および樹脂律速となり、特定の金属間化合物のみが選択的に研磨されて消失するのを防止ことができる。この遮蔽処理によって、内部の金属間化合物が平面状に露出することが可能となるために、断続的に遮蔽処理とＸ線回折測定を繰り返して行うことでボンディングパッド側からボンディングワイヤ側へ形成される金属間化合物を逐一特定することができるようになる。
【実施例１】
【００１１】
次に本発明の実施例について述べる。
ダガン社製の直径２ｍｍ(内径１．１５ｍｍ)の硼珪酸ガラスキャピラリ（チューブ）を長さ５ｍｍほどに切断し、端部の平坦側にシアノアクリレートを薄く塗布した。その後、ボンディング部を含む領域にシアノアクリレート塗布部を接着した。この状態では、円筒形のガラスキャピラリーの肉厚部分でのみボンディング部分を含むチップと固定されている。１５分以上放置後、ガラスキャピラリーとボンディング部を含むチップが完全に接合した。先の細いシリンジを用いて、Buehler社製 EPO-THINを当該ガラスキャピラリーの内側に注入し、直ちにロータリーポンプを接続した真空脱泡器にて細かい気泡を除した。EPO-THINを固化させるために９時間以上放置後、当該ガラスキャピラリー周辺のチップ表面に剃刀のような鋭利なナイフで切れ目を入れた。ガラスキャピラリーのみを傾けるようにして剥離し、ボンディング部を包み込んだガラスキャピラリーを作製した。
剥離後ガラスキャピラリーの一端には、ボンディングパッドとボンディングワイヤが反応して形成された金属間化合物が露出していた。当該露出部に対して、Ｘ線回折測定を行ったところ、図２に示すようにＡｕ８Ａｌ３相のパターンが得られた。引き続きValtec社製RES101イオンポリッシャー装置に当該露出部を上面になるように導入し、真横からＡｒイオンビームを照射した。Ａｒイオン照射条件として、加速電圧５ｋＶ、イオン電流３μＡ、試料自転速度２０ｒｐｍ、試料遥動距離３ｍｍ、約１０分間処理した。その後、当該露出部に対してＸ線回折同定を行ったところ、図３に示すようにＡｕ４Ａｌ相のパターンが得られた。このことからこのボンディング部に生成した金属管化合物は、ボンディングパッド側のＡｕ８Ａｌ３相から内部のＡｕ４Ａｌ相に変化していることが判明した。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】機械的に形成したボンディングパッドとボンディングワイヤ界面の断面を示す図である。
【図２】ボンディングパッドとボンディングワイヤ界面のＸ線回折パターンを示す図である。
【図３】遮蔽処理後のボンディングパッドとボンディングワイヤ界面のＸ線回折パターンを示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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