パッシベーション膜のクラック（Auを溶融する溶剤…

Question

パッシベーション膜のクラック（Auを溶融する溶剤について）

Alを溶かさず、Auのみ溶融する溶剤があれば教えて下さい。化学についてド素人です。お願い致します。

【使用目的】
フリップチップ実装後にベアチップIC能動面のパッシベーション膜に発生しうるクラックの有無を確認するため

フリップチップ接続方法がAu－Auの場合、溶剤（※）によりAuを溶融することでICを剥離することは可能ですが、同時にICパッド（パターン）のAlまで溶融してしまい、その際に発生するガスでパッシベーション膜、UBM（アンダーバリアメタル）層を破損してしまいます。

（※）現在は「ヨウ化要素アンモニウム水溶液」を使用

また、Au溶融以外に上記クラックを確認する方法があれば教えて下さい。

Answer

Auは金ですよね、なぜ金を溶かすのですか
一番電気抵抗の小さい金属を溶かす必要がありますか？、高い金属をはがすなら、工程の順番を考え直すべきではありませんか？
また、金を溶かす液は王水くらいしかありません。ちなみに全ての金属を溶かします。差をつけるとすれば、厚みぐらいでしょう。

非破壊検査薬は、金属の亀裂を探す液体等です。超音波で胎児の成長をご覧になったことはありませんか、または電波望遠鏡でどうして星が見つけられるのでしょうか？
原理はここにあります。
化学の分析機器、分析方法は手品みたいところがあります。

Answer

下記にアドバイスしたものです。
ご調査お疲れ様です。
ご苦労されていることがよくわかります。

ところで、当該のＩＣの膜構造を確認させて頂きたいのですが、
ＰＯ膜とはＩＣ最表面にある「ポリイミド膜」のことでしょうか？※最表面にある茶褐色もしくは黄色い膜ですか？（それともリン酸ガラス系ですか？）
ポリイミドであれば、高分子材料であり、クラックは入りませんので、その下にあるＰＳＧ（リン酸ガラス）もしくはＳｉＮ（シリコン窒化膜）へのクラック発生と推測されます。
現在の殆どのＩＣの一般的な構造は以下の通りで、ＩＣ最表面から
・ポリイミド膜→ＳｉＮ膜→Ａｌ（Ａｌ－ＳｉｏｒＡｌ－Ｓｉ－Ｃｕ等）→ＵＢＭ（ＴｉＮ等）→層間絶縁膜（ＢＰＳＧ等）→ＳｉＯ２（シリコン酸化膜）
となりますが、いずれにしましても、ＦＣＢ等による実装時負荷によるクラック発生箇所は、ＳｉＮ及びＰａｄ　Ａｌ下層以外に無いと考えますので、ＳｉＮ膜クラック発生とあくまでも仮定して、再度アドバイス致しますと、ＳｉＮ膜については、非常に強固であって薬品影響（ガス、及びダメージ）での破壊は先ず無いと言って良いでしょう。又、薬品によるＡｕ溶解等を行なっている限りでは、Ｐａｄより形成される能動領域Ａｌ配線が溶解されるのは当然の結果であり、Ａｌ配線自体は溶解しますが、その影響によって、ＳｉＮ膜の破壊は再度述べますが考えられません。

尚、ＳｉＮクラックと想定した場合において、ポリイミド膜を除去しなければ確認できないと思いますが、
王水浸漬したとしてもＡｕは溶解してもポリイミドは
除去できません。
この場合、混酸（硫酸１：発煙硝酸１０）で加熱（２００℃程度）での除去が必要です。
ＦＣＢとのことですから、先ずは王水にてＡｕを溶解し、その後、ＩＣを取り出して、ステンレス製の金網
（茶こしで結構）にＩＣを入れて、上記方法で試薬をつくり、試薬をシャーレに入れてその中にＩＣを入れた茶こしを浸漬すればポリイミド膜は除去できます。

この結果、ＳｉＮ膜最表面が表れて、真のクラック発生ポイントが確認できるかと思います。

この結果、クラックがやはり確認された場合においても当該パッシベーション膜のクラックはＦＣＢ実装時の負荷によるものと推測されます。（下記でも述べていますが、ＳｉＮ膜を破壊するというよりは、溶解する位の試薬はフッ酸くらいしかありません）
クラック発生箇所はＡｕバンプが潰れたＰａｄ周辺のＳｉＮ膜での発生でしょうか？もしそうであれば、接合加圧が高過ぎる、もしくは実装時片当たりに一定箇所への負荷増が原因であるものと判断します。加圧・荷重バランス影響はＦＣＢに限らずワイヤーボンディング法でも同様です。

尚、ここで述べておられるＰＯ膜というのが、ＩＣ最表面のポリイミド膜でここにダメージが入っているのであれば、又話は変わります、ポリイミド膜は容易にダメージが入りやすく、Ａｕバンプが潰れた際の最外周が接触すれば圧痕がつきますし、薬品開封影響により、捲れ上がったりすることは多々あります。しかしその下のＳｉＮ膜及び能動領域Ａｌ配線自体へダメージがなければ、特に信頼性上、大きな問題は無いでしょう。

今回アドバイスさせて頂いた内容ではないということであれば、私が前述しているＩＣ構造上の膜のどの箇所でどの様な状態であるのかを、もう少し具体的にお話頂ければ、再アドバイス可能と思います。

ＰＳ：ＩＲ顕微鏡は購入できなくとも　一定期間使用できる術はあります。オ○○パスさんや金属顕微鏡の代理店さん等へデモ依頼をすれば約１２週間は借用できるでしょう。取り扱いも簡単です。

Answer

先ずは疑問点から。
ヨウ化要素アンモニウム水溶液でＡｕを溶解し解析されている様ですが、一般的にＡｕ溶解に使用する試薬として王水（硝酸１：塩酸３）をベアチップ単体に対して浸漬しても能動領域パッシベーション（SiN等）へのダメージは殆どありません。またＩＣ樹脂ＰＫＧ開封における加熱＆発煙硝酸開封においても同様です。見解として、
＞発生するガスでパッシベーション膜、UBM（アンダ＞ーバリアメタル）層を破損してしまいます。 
とありますが、既に試料に対してパッシベーションにクラックが入っているから、その様な現象になっているのではないでしょうか？ちなみにパッシベーションへクラックが「面」で入っていれば、その様な状態に至ります。スポットで入っていれば、クラック下の能動領域配線が溶解します。

次に、本題ですが
Ａｌは両性ですから、酸にもアルカリにも弱い特性を有しておりますので、Ａｕのみ除去することは困難かと思います。

アドバイスとしては、非破壊検査等で確認されるのは
いかがかと思います。

先ずＩＲ顕微鏡でＩＣ裏面からの観察
この際にはクラックが確認できるかを、予め擬似的にクラックを発生させたＩＣ準備し、良品と比較観察してからご評価されたらと思います。
これまでの私の経験上、パッシベーションへクラックが深く進行していれば、歪が生じ　良品と比較した場合において　クラック発生部が「歪んで」見えるかと思います。
http://www.hpk.co.jp/Jpn/products/sys/pdf/C2955.pdf

次にエミッション顕微鏡
ＦＣＢの際にＩＣのパッシベーションへクラックが入っていると仮定するならば、電気的にリーク電流が発生しうるかと考えますので、エミッション顕微鏡にてリーク箇所を特定されるのも手段かと思います。
※この解析は　クラック自体の解析ではなく、その現象を掴む手段である為、本題からは逸れますが。
http://www.hpk.co.jp/Jpn/products/SYS/PhemoJ.htm

いずれにしましても、本題にあるＦＣＢ影響　ＩＣパッシベーション膜のクラック解析であれば、単純にＡｕを溶解し、ＩＣ自体について確認される手法で何も問題無いと考えます。（ということは現行行なわれている解析手法で問題無いとなってしまいますが）

つまり、Ａｕ溶解後に既にパッシベーションが破壊されていること自体が、「クラックが発生している」ことを示しているかと思います。

試しに　ＦＣＢ前のＩＣを同じ試薬へ浸漬され確認されれば良いかと思います。もしそれでもパッシベーションが破壊されるのであれば、試薬影響と考えますが、そもそもウエハー製造上パッシベーションは強酸によってエッチングを行ない、ＡｌＰａｄ部を開口しているのであって、試薬によるガス影響は無いと考えます。
故に　もしＦＣＢ前　ＩＣで試薬浸漬後　パッシベーション破壊が確認されましたら、それはＩＣ供給側問題があり、ＩＣにクラックが入っているとも考えられます。

あと、初歩的な問題ですが　解析時の試料取り扱いでＩＣを破壊する場合が多々あります。
Ａｕが完全に溶解していない状態で試料を無理に接合部より取り外しますと、Ａｌ　Ｐａｄ下の層間絶縁膜の破壊は無論ですし、ピンセットの取り扱い次第では
ＩＣのＳｉ自体の破壊もありますので、その点も今一度確認されてはと思います。

Answer

クラック等の非破壊検査薬ではダメですか？
金を溶かす必要は有りますか？
検査薬はご紹介します。お電話ください（コメント見てください）

パッシベーション膜のクラックとAuを溶融する溶剤