DIN EN 62047-9-2012 Semiconductor devices - Micro-electromechanical devices - Part 9 Wafer to wafer bonding strength measurement for MEMS (IEC 62047-9 2011) German version EN 62047.pdf

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1、Mrz 2012DEUTSCHE NORM DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIN und VDEPreisgruppe 16DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet.ICS 31.0

2、80.01; 31.220.01!$yDeutsche Fassung EN 62047-9:2011Semiconductor devices Micro-electromechanical devices Part 9: Wafer to wafer bonding strength measurement for MEMS (IEC 62047-9:2011);German version EN 62047-9:2011Dispositifs semiconducteurs Dispositifs microlectromcaniques Partie 9: Mesure de la r

3、sistance de collage de deux plaquettes pour les MEMS(CEI 62047-9:2011);Version allemande EN 62047-9:2011Alleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin www.beuth.deGesamtumfang 26 SeitenDIN EN 62047-9:2012-03 2 Anwendungsbeginn Anwendungsbeginn fr die von CENELEC am 2011-08-17 angenom

4、mene Europische Norm als DIN-Norm ist 2012-03-01. Nationales Vorwort Vorausgegangener Norm-Entwurf: E DIN IEC 62047-9:2008-03. Fr diese Norm ist das nationale Arbeitsgremium K 631 Halbleiterbauelemente“ der DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIN und VDE (www.dke

5、.de) zustndig. Die enthaltene IEC-Publikation wurde vom SC 47F Micro-electromechanical systems“ erarbeitet. Einige Verweise auf Anhnge, Bilder und Gleichungen im Originaldokument sind offensichtlich fehlerhaft. Gleichung (2) und Anhang E sind in diesem Dokument nicht vorhanden, mit Nationalen Funote

6、n wird auf die nach Ansicht des DKE/K 631 zu verweisenden Stellen hingewiesen. Das IEC-Komitee hat entschieden, dass der Inhalt dieser Publikation bis zu dem Datum (stability date) unverndert bleiben soll, das auf der IEC-Website unter http:/webstore.iec.ch“ zu dieser Publikation angegeben ist. Zu d

7、iesem Zeitpunkt wird entsprechend der Entscheidung des Komitees die Publikation besttigt, zurckgezogen, durch eine Folgeausgabe ersetzt oder gendert. Fr den Fall einer undatierten Verweisung im normativen Text (Verweisung auf eine Norm ohne Angabe des Ausgabedatums und ohne Hinweis auf eine Abschnit

8、tsnummer, eine Tabelle, ein Bild usw.) bezieht sich die Verweisung auf die jeweils neueste gltige Ausgabe der in Bezug genommenen Norm. Fr den Fall einer datierten Verweisung im normativen Text bezieht sich die Verweisung immer auf die in Bezug genommene Ausgabe der Norm. Der Zusammenhang der zitier

9、ten Normen mit den entsprechenden Deutschen Normen ergibt sich, soweit ein Zusammenhang besteht, grundstzlich ber die Nummer der entsprechenden IEC-Publikation. Beispiel: IEC 60068 ist als EN 60068 als Europische Norm durch CENELEC bernommen und als DIN EN 60068 ins Deutsche Normenwerk aufgenommen.

10、EUROPISCHE NORM EUROPEAN STANDARD NORME EUROPENNE EN 62047-9 August 2011 ICS 31.080.99 Deutsche Fassung Halbleiterbauelemente Bauelemente der Mikrosystemtechnik Teil 9: Prfverfahren zur Festigkeit von Full-Wafer-Bondverbindungen in der Mikrosystemtechnik (MEMS) (IEC 62047-9:2011) Semiconductor devic

11、es Micro-electromechanical devices Part 9: Wafer to wafer bonding strength measurement for MEMS (IEC 62047-9:2011) Dispositifs semiconducteurs Dispositifs microlectromcaniques Partie 9: Mesure de la rsistance de collage de deux plaquettes pour les MEMS (CEI 62047-9:2011) Diese Europische Norm wurde

12、von CENELEC am 2011-08-17 angenommen. Die CENELEC-Mitglieder sind gehalten, die CEN/CENELEC-Geschftsordnung zu erfllen, in der die Bedingungen festgelegt sind, unter denen dieser Europischen Norm ohne jede nderung der Status einer nationalen Norm zu geben ist. Auf dem letzten Stand befindliche Liste

13、n dieser nationalen Normen mit ihren bibliographischen Angaben sind beim Zentralsekretariat oder bei jedem CENELEC-Mitglied auf Anfrage erhltlich. Diese Europische Norm besteht in drei offiziellen Fassungen (Deutsch, Englisch, Franzsisch). Eine Fassung in einer anderen Sprache, die von einem CENELEC

14、-Mitglied in eigener Verantwortung durch bersetzung in seine Landessprache gemacht und dem Zentralsekretariat mitgeteilt worden ist, hat den gleichen Status wie die offiziellen Fassungen. CENELEC-Mitglieder sind die nationalen elektrotechnischen Komitees von Belgien, Bulgarien, Dnemark, Deutschland,

15、 Estland, Finnland, Frankreich, Griechenland, Irland, Island, Italien, Kroatien, Lettland, Litauen, Luxemburg, Malta, den Niederlanden, Norwegen, sterreich, Polen, Portugal, Rumnien, Schweden, der Schweiz, der Slowakei, Slowenien, Spanien, der Tschechischen Republik, Ungarn, dem Vereinigten Knigreic

16、h und Zypern. CENELEC Europisches Komitee fr Elektrotechnische Normung European Committee for Electrotechnical Standardization Comit Europen de Normalisation Electrotechnique Zentralsekretariat: Avenue Marnix 17, B-1000 Brssel 2011 CENELEC Alle Rechte der Verwertung, gleich in welcher Form und in we

17、lchem Verfahren, sind weltweit den Mitgliedern von CENELEC vorbehalten. Ref. Nr. EN 62047-9:2011 DDIN EN 62047-9:2012-03 EN 62047-9:2011 2 Vorwort Der Text des Schriftstcks 47F/82/FDIS, zuknftige 1. Ausgabe von IEC 62047-9, ausgearbeitet von dem SC 47F Micro-electromechanical systems“ des IEC TC 47

18、Semiconductor devices“, wurde der IEC-CENELEC Parallelen Abstimmung unterworfen und von CENELEC am 2011-08-17 als EN 62047-9 angenommen. Es wird auf die Mglichkeit hingewiesen, dass einige Elemente dieses Dokuments Patentrechte berhren knnen. CEN und CENELEC sind nicht dafr verantwortlich, einige od

19、er alle diesbezglichen Patentrechte zu identifizieren. Nachstehende Daten wurden festgelegt: sptestes Datum, zu dem die EN auf nationaler Ebene durch Verffentlichung einer identischen nationalen Norm oder durch Anerkennung bernommen werden muss (dop): 2012-05-17 sptestes Datum, zu dem nationale Norm

20、en, die der EN entgegenstehen, zurckgezogen werden mssen (dow): 2014-08-17 Der Anhang ZA wurde von CENELEC hinzugefgt. Anerkennungsnotiz Der Text der Internationalen Norm IEC 62047-9:2011 wurde von CENELEC ohne irgendeine Abnderung als Europische Norm angenommen. In der offiziellen Fassung sind unte

21、r Literaturhinweise“ zu den aufgelisteten Normen die nachstehenden Anmerkungen einzutragen: IEC 62047-2 ANMERKUNG Harmonisiert als EN 62047-2. IEC 62047-4 ANMERKUNG Harmonisiert als EN 62047-4. DIN EN 62047-9:2012-03 EN 62047-9:2011 3 Inhalt SeiteVorwort .2 1 Anwendungsbereich.4 2 Normative Verweisu

22、ngen .4 3 Prfverfahren4 3.1 Allgemeines4 3.2 Sichtprfung .4 3.3 Zug-Prfverfahren 5 3.4 DCB-Prfverfahren mit Klinge7 3.5 Elektrostatisches Prfverfahren .10 3.6 Blister-Prfverfahren 12 3.7 3-Punkt-Biege-Prfverfahren .14 3.8 Abscher-Prfverfahren (Die-Shear-Prfverfahren) 17 Anhang A (informativ) Beispie

23、l fr die Bondkraft 21 Anhang B (informativ) Beispiel fr die Herstellung einer 3-Punkt-Biegeprobe .22 Literaturhinweise 23 Anhang ZA (normativ) Normative Verweisungen auf internationale Publikationen mit ihren entsprechenden europischen Publikationen24 Bilder Bild 1 Prfung der Bondfestigkeit Zug-Prfv

24、erfahren.6 Bild 2 Prfung der Bondfestigkeit DCB-Prfverfahren mit (Spalt-)Klinge 8 Bild 3 Prfung der Bondfestigkeit elektrostatisches Prfverfahren 11 Bild 4 Probe fr das Blister-Prfverfahren.13 Bild 5 Probe fr das 3-Punkt-Biege-Prfverfahren und Beanspruchungsprinzip15 Bild 6 Mae fr die Probe zum 3-Pu

25、nkt-Biege-Prfverfahren.16 Bild 7 Prfaufbau fr das Die-Shear-Prfverfahren 17 Bild 8 Anforderungen zur Gre von Probe und Scherstempel18 Bild 9 Beispiel eines gebondeten Gebiets in einer Probe .19 Bild 10 Positionierung des Scherstempels20 Bild A.1 Beispiel fr die Messung der Bondkraft oder Last in Abh

26、ngigkeit von der Zeit bei einer konstanten Bewegungsgeschwindigkeit des oberen fixierten Waferteils 21 Bild B.1 Beispiel fr die Herstellung einer 3-Punkt-Biegeprobe22 Tabellen Tabelle 1 Beispiel fr eine Sichtprfung5 Tabelle 2 Beispiel fr Zug-Prfverfahren.7 Tabelle 3 Beispiel fr DCB-Prfverfahren mit

27、Klinge 10 Tabelle 4 Beispiel fr elektrostatisches Prfverfahren 12 DIN EN 62047-9:2012-03 EN 62047-9:2011 4 1 Anwendungsbereich Diese Norm legt ein Prfverfahren zur Bondfestigkeit von Full-Wafer-Bondverbindungen, Bondprozesstypen wie Silizium-Fusions-Bonden (Fusionsbonden), anodisches Silizium-Glas-B

28、onden (anodisches Bonden) usw. sowie anwendbare Strukturgren whrend des MEMS-Fertigungsprozesses bzw. der Assemblierung fest. Die anwendbare Waferdicke liegt im Bereich von 10 m bis einige Millimeter. 2 Normative Verweisungen Die folgenden zitierten Dokumente sind fr die Anwendung dieses Dokuments e

29、rforderlich. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich aller nderungen). IEC 60749-19, Semiconductor devices Mechanical and climatic test methods Part 19: Die shear strengt

30、h ISO 6892-1:2009, Metallic materials Tensile testing Part 1: Method of test at room temperature ASTM E399-06e2:2008, Standard Test Method for Linear-Elastic Plane-Strain Fracture Toughness K Ic of Metallic Materials 3 Prfverfahren 3.1 Allgemeines Um die Bondfestigkeit zu prfen gibt es unterschiedli

31、che Mglichkeiten wie Sichtprfung, Zug-Prfverfahren, DCB-Prfverfahren (DCB; en: double cantilever beam), elektrostatisches Prfverfahren, Blister-Prfverfahren (Druck-Prfverfahren), 3-Punkt-Biege-Prfverfahren und (Span-)Abscherfestigkeits-Prfverfahren. 3.2 Sichtprfung 3.2.1 Charakter des Sicht-Prfverfa

32、hrens Bezogen auf Farbnderungen des Siliziumsubstrats und der Glasoberflche liefert dieses Prfverfahren lediglich eine allgemeine Information, ob der Werkstoff gebondet ist oder nicht. Die Sichtprfung ist durchzu-fhren, um festzustellen, ob umfangreiche Bondprfverfahren erforderlich sind und/oder da

33、s Gebiet zu identi-fizieren ist, wo die Bondprfverfahren durchzufhren sind. Es sind optische Mikroskope zu verwenden, um die Bondschicht (Interfaceschicht) zwischen Glas und Silizium oder Glas und Glas zu untersuchen. Eine Infrarot(IR)-Kamera ist zu verwenden, um existierende nicht gebondete Stellen

34、 (Hohlrume) in der Bondschicht zwischen Silizium und Silizium zu beobachten. ANMERKUNG Die Sichtprfung ist ein einfaches qualitatives Prfverfahren. 3.2.2 Prfeinrichtung Verwendet werden knnen eine Prfeinrichtung oder einige wenige Prfeinrichtungen wie optische Mikrosko-pe, Ultraschall-Raster-Mikrosk

35、ope, Raster-Elektronen-Mikroskope (REM), Transmissions-Elektronen-Mikro-skope (TEM; en: transmission electron microscope) und IR-Kameras oder optische Kameras. 3.2.3 Prfdurchfhrung Die Prfschritte zum Ausmessen der nicht gebondeten Flchen sind wie folgt: DIN EN 62047-9:2012-03 EN 62047-9:2011 5 a) Z

36、um Beobachten nicht gebondeter Stellen sind IR-Mikroskope oder lichtoptische Mikroskope zu verwen-den. b) Zum Anfertigen von Bildern der nicht gebondeten Stellen sind IR-Kameras bzw. optische Kameras oder Ultraschallmikroskope zu verwenden. c) Zum Ausmessen der nicht gebondeten Stellen sind die ange

37、fertigten Bilder zu benutzen. 3.2.4 Darstellung der Prfergebnisse Die beobachteten Ergebnisse sind in jedem Fall entsprechend Anmerkung 1 in Tabelle 1 zu prfen und einfach unter Verwendung des Kenners V“ zu charakterisieren. Tabelle 1 Beispiel fr eine Sichtprfung gut ausreichend schlecht Sichtprfung

38、 ANMERKUNG 1 gut vollstndig gebondete Flchenteile grer als 95 %, ausreichend vollstndig gebondete Flchenteile grer als 75 %, schlecht vollstndig gebondete Flchenteile kleiner als 75 %. 3.3 Zug-Prfverfahren 3.3.1 Allgemeines Dieses Verfahren, so wie in Bild 1 dargestellt, wird verwendet, um die Wafer

39、-Bondfestigkeit mithilfe des allge-mein blichen Zug-Prfverfahrens zu bewerten. Nach der Herstellung, bei der fr die gebondeten Wafer unterschiedliche Fertigungsverfahren verwendet werden, wird ein gebondeter Wafer in quadratfrmige Proben durch ein Trennverfahren geteilt. Nach dem Trennen werden die

40、Mae der Flche (A) gemessen. Die Oberseite und die Unterseite einer Probe des gebondeten Wafers werden mithilfe eines geeigneten Kleb-stoffs an den oberen Zugbolzen, der seinerseits mit der Kraftmessdose verbunden ist, bzw. am unteren Zug-bolzen befestigt. Anschlieend wird die Probe mit einer nach ob

41、en wirkenden Zugkraft bis zum Bruch der Probe beansprucht. Fr den Fall, dass die zu prfende Wafer-auf-Wafer-Bondverbindung sehr fest ist, tritt hufig der Bruch des Klebstoffs ein. Dann ist das Zug-Prfverfahren nicht anwendbar. Das Zug-Prfverfahren ist daher nur in Fllen anwendbar, in denen die Bondv

42、erbindung nicht so fest ist und der Bruch in der Bond-Zwischenschicht auftritt. Whrend der Zugbeanspruchung wird die ausgebte Kraft oder Bruchkraft (Fc) in Abhngigkeit von der Zeit entsprechend Anhang BN1)gemessen. Damit kann die Bondfestigkeit mithilfe der Gleichung (1) berechnet werden. ccFA = (1)

43、 Dabei ist cdie Bondfestigkeit, bei der Debonding oder Bruch eintritt; Fcdie ausgebte Kraft (Bondkraft), bei der Debonding oder Bruch eintritt; A die Flche der Probe. N1)Nationale Funote: Ein Beispiel fr die Messung der Bondkraft wird in Anhang A gegeben; Anhang B hingegen gibt ein Beispiel fr die H

44、erstellung einer 3-Punkt-Biegeprobe. DIN EN 62047-9:2012-03 EN 62047-9:2011 6 Legende Komponenten Verbindungen und Beanspruchungen zu prfende Probe: ausgetrenntes Teil eines gebondeten Wafers Kraftmessdose: nderbare Kraftquelle Klebstoff: zum Befestigen an den oberen und unteren Zugbolzen F: Kraft z

45、um Beanspruchen der Probe oberer Zugbolzen: zum Verbinden mit der Kraftmessdose unterer Zugbolzen: zum Verbinden mit der Grundplatte Grundplatte: Fixierung, um starren Zustand zu bekommen Bild 1 Prfung der Bondfestigkeit Zug-Prfverfahren 3.3.2 Prfeinrichtung Es sollte eine allgemeine Zugprfeinrichtu

46、ng mit einer Kraftmessdose oder Kraftmesseinrichtung verwendet werden, so wie in ISO 6892 angegeben. 3.3.3 Prfdurchfhrung Die Prfschritte, um den Bruch der Probe zu beobachten, sind wie folgt: a) Nach dem Bonden, z. B. Silizium-auf-Silizium-Bonden oder Silizium-auf-Glas-Bonden, werden die ge-bondete

47、n Wafer mittels eines Trennverfahrens in quadratfrmige Teile mit Maen von z. B. (5 5) mm2 bis (10 10) mm2 geteilt. Die hchste auf die Probe auszubende Kraft wird durch die Kapazitt der Kraftmessdose begrenzt. Deshalb ist die maximale Probengre ebenfalls durch die Kapazitt der Kraftmessdose begrenzt.

48、 Die Messungenauigkeit der Kraftmessdose muss gleich oder kleiner als 1 % bezogen auf den vollen Messwertbereich sein und 1 % auf den Ablesewert. b) Die Probe wird mit Klebstoff am oberen und unteren Zugbolzen befestigt. Der Klebstoff sollte sorgfltig gewhlt werden, indem dessen Spezifikation bezglich der Lebensdauer bis zum Bruch ausgewertet wird. Der Klebstoff sollte nicht auf die Seitenflchen des gebondeten Wafers gebracht werden. c) Der untere Zugbolzen wird auf der Grundplatte der Prfeinrichtung fixiert, und der obere Zugbolzen wird mit der Kraftmessdose oder Kraftme