DE102008054077B4

DE102008054077B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Bonddrähten auf der Grundlage mikroelektronischer Herstellungstechniken

Info

Publication number: DE102008054077B4
Application number: DE102008054077.3A
Authority: DE
Inventors: Matthias Lehr; Frank Kuechenmeister; Frank Seliger
Original assignee: GlobalFoundries Dresden Module One LLC and Co KG; GlobalFoundries US Inc
Current assignee: GlobalFoundries Dresden Module One LLC and Co KG; GlobalFoundries US Inc
Priority date: 2008-10-31
Filing date: 2008-10-31
Publication date: 2021-04-01
Anticipated expiration: 2028-11-01
Also published as: TW201036087A; KR101498174B1; CN102215994A; WO2010062357A1; KR20110074792A; TWI492322B; US8561446B2; US20100107717A1; CN102215994B; DE102008054077A1

Abstract

Schablonenbauelement (200) zur Herstellung von Verbindungsdrähten (252a), wobei das Schablonenbauelement (200) umfasst:einen Körper (201a), der ein Halbleitermaterial und eine Schicht aus Siliziumdioxid und/oder Siliziumnitrid aufweist; undeine Schablonenöffnung (202), die sich durch den Körper (201a) erstreckt und einen Durchmesser (202d) zumindest in einem Schritt entlang der Tiefe der Schablonenöffnung (202) aufweist, der einem Solldurchmesser (252d) des Verbindungsdrahtes (252a) entspricht.

Description

Gebiet der Offenbarung
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein das Drahtverbinden bzw. Drahtbonden und betrifft insbesondere Techniken und Vorrichtungen zur Herstellung von Anschlussdrähten bzw. Bonddrähten.
Hintergrund der Offenbarung
Die Herstellung integrierter Schaltungen beinhaltet viele komplexe Fertigungsschritte, um Schaltungselemente, etwa Transistoren, Kondensatoren, Widerstände und dergleichen in und über einem geeigneten Halbleitermaterial herzustellen. In den vergangenen Jahren wurde enorme Fortschritte bei der Erhöhung der Integrationsdichte und der gesamten Funktionsvielfalt der integrierten Schaltungen gemacht. Diese Fortschritte wurden erreicht, indem die einzelnen Schaltungselemente in ihrer Größe auf Abmessungen deutlich unter dem 1 µm-Bereich verringert wurden, wobei aktuell verwendete kritische Abmessungen, etwa die Gatelänge eines Feldeffekttransistors, 30 Nanometer (nm) und weniger beträgt. Somit werden Millionen Schaltungselemente auf einem Chipgebiet bereitgestellt, so dass auch eine komplexe Verbindungsstruktur zu entwerfen ist, in der typischerweise jedes Schaltungselement elektrisch mit einem oder mehreren anderen Schaltungselementen verbunden ist. Diese Verbindungsstrukturen werden typischerweise in einem Metallisierungssystem mit einer oder mehreren Verdrahtungsebenen eingerichtet, in denen geeignete Metallstrukturelemente gemäß der betrachteten Schaltungskonfiguration ähnlicherweise hergestellt werden, die in einer Mehrebenenleiterplatte, wobei jedoch die Abmessungen der Metallstrukturelemente an die Abmessungen der Halbleiterschaltungselemente, etwa die Transistoren, und dergleichen anzupassen sind.
In einer fortgeschrittenen Phase der Herstellung von integrierten Schaltungen ist es für gewöhnlich, einen Chip in ein Gehäuse einzubringen und entsprechende Anschlüsse zum Verbinden der Chipschaltung mit der Peripherie vorzusehen. Gut etablierte Verfahren zum Verbinden von Chips mit einem Gehäuse beinhalten Drahtbondtechniken, die erfolgreich über die letzten Jahrzehnte auf der Grundlage von Aluminium betrieben wurden und die weiterhin gut etablierte Verfahren sind und die dominierende Technologie repräsentieren, um die große Mehrheit von Halbleiterchips mit einem Trägersubstrat zu verbinden, wobei für gewöhnlich auf Aluminiumbasis erzeugte Bondflächen oder Anschlussflächen vorgesehen werden, die mit einem geeigneten Draht aus Aluminium, Kupfer, Gold und dergleichen kontaktiert werden. Beim Drahtverbindungsprozess wird der Verbindungsdraht mit der Anschlussfläche in Kontakt gebracht und beim Ausüben von Druck, erhöhten Temperaturen und Ultraschallenergie wird der Draht mit der Bondfläche bzw. Anschlussfläche verschweißt, um damit eine Zwischenmetallverbindung zu erzeugen.
Auf diese Weise kann eine zuverlässige elektrische Verbindung zwischen dem Metallisierungssystem der integrierten Schaltung und entsprechenden peripheren Komponenten, etwa einem Substratgehäuse und dergleichen, hergestellt werden. Auf Grund der fortschreitenden Verringerung von Strukturgrößen in modernsten Halbleiterbauelementen steigt die Komplexität integrierter Schaltungen zunehmend an, wodurch auch größere I/O- (Eingabe/Ausgabe-) Ressourcen erforderlich sind, die wiederum eine größere Anzahl an Anschlussflächen erfordern, die an geeigneten Positionen, etwa am Chiprand, vorzusehen sind. Folglich wird die Größe und auch der Abstand der Anschlussflächen verringert, wodurch komplexe Drahtverbindungstechniken zum Positionieren und Verbinden des Verbindungsdrahtes mit den jeweiligen Anschlussflächen erforderlich sind. Aus diesem Grunde muss ggf. auch der Durchmesser der Verbindungsdrähte verringert werden, um dem Erfordernis für geringere laterale Abmessungen der Anschlussflächen Rechnung zu tragen und auch im Hinblick auf einen unerwünschten Verbrauch an wertvollen Rohmaterialien, etwa Gold und dergleichen. Typischerweise werden Bonddrähte oder Verbindungsdrähte durch Ziehen eines vorbehandelten Drahtes durch einen entsprechenden Diamantkristall hergestellt, der darin ausgebildet eine geeignete Öffnung aufweist, deren Breite im Wesentlichen den gewünschten Solldurchmesser des Drahtes bestimmt.
1 zeigt schematisch eine Darstellung einer Vorrichtung 150, um einen Verbindungsdraht mit einem gewünschten Solldurchmesser bereitzustellen. Wie gezeigt, ist eine Materialquelle 151 vorgesehen, die eine Vorform 152 ein Bonddraht ist, etwa eines Golddrahtes, eines Kupferdrahtes, eine Aluminiumdrahtes und dergleichen liefert, dessen Durchmesser nicht einem gewünschten Durchmesser 152d entspricht. Des weiteren umfasst die Vorrichtung 150 ein Bauelement 100, das so strukturiert ist, dass es als eine Schablone dient, wenn die Vorform 12 durch eine Öffnung 102 gezogen wird, die in einem Körper 101 aus einem Diamantkristall gebildet ist. Auf Grund der Wechselwirkung der Öffnung 102, die als Schablone dient, wird die Vorform 152 auf dem gewünschten Solldurchmesser 152 reduziert, wodurch ein Bonddraht 152a erhalten wird, der zur Verbindung einer Anschlussfläche verwendet werden kann, wie dies zuvor beschrieben ist. Wenn der Solldurchmesser 152d verringert werden soll müssen auch entsprechende Diamantkristalle mit zugehörigen Öffnungen 102 bereitgestellt werden, was typischerweise bewerkstelligt wird, indem ein entsprechendes Loch in dem Diamantkristallkörper gebohrt wird, wozu aufwendige mechanische Werkzeuge und Techniken erforderlich sind. Folglich ist eine genaue Steuerung des Solldurchmessers moderner Bonddrähte von der Genauigkeit abhängig, mit der entsprechende Schablonenlöcher 102 in dem Diamantkörper 101 hergestellt werden. Folglich ist das Ändern des Durchmessers eines Bonddrahtes mit beträchtlichem Aufwand bezüglich des Bereitstellens einer geeigneten Vorrichtung 100 verbunden, wenn dies auf der Grundlage konventioneller Techniken erfolgt, die das mechanische Bohren entsprechende Öffnungen in einem kristallinen Diamantkörper erfordern.
Angesichts der zuvor beschriebenen Situation betrifft die vorliegende Offenbarung Bauelemente, Vorrichtungen und Verfahren, die das Bereitstellen fortschrittlicher Bonddrähte mit geringeren Abmessungen ermöglichen, wobei eines oder mehrere der oben erkannten Probleme vermieden oder zumindest verringert wird.
Bekannt ist dabei aus US 2004 / 0 187 539 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung Herstellung von Mikrokanälen in einem Draht.
Überblick über die Offenbarung
Im Allgemeinen betrifft die vorliegende Offenbarung Techniken und Bauelemente, die zum Bereitstellen aufwendiger Verbindungsdrähte bzw. Bonddrähte mit einem hohen Maß an Flexibilität im Hinblick auf die Auswahl eines gewünschten Solldurchmessers der Verbindungsdrähte ermöglichen, wobei dennoch für einen effizienten Fertigungsprozess zur Bereitstellung eines entsprechenden Schablonenbauelements gesorgt ist. Zu diesem Zweck werden geeignete Halbleitermaterialien als Substrat verwendet, um darin eine geeignete Schablonenöffnung zum Definieren eines gewünschten Solldurchmessers eines Verbindungsdrahtes zu bilden. Beispielsweise kann kristallines Siliziummaterial effizient als ein geeignetes Basismaterial verwendet werden, um darin eine geeignete Öffnung zu bilden, das auf der Grundlage gut etablierter mikromechanischer oder mikroelektronischer Fertigungstechniken erfolgen kann, so dass ein hohes Maß an Flexibilität im Hinblick auf das Einstellen eines gewünschten Solldurchmessers, eine entsprechende Querschnittsform des Verbindungsdrahtes und entsprechend eine geeignete Anpassung an die gesamte mechanische und geometrische Struktur dieses Basismaterials oder Körpermaterials geboten wird, das darin ausgebildet eine entsprechende Schablonenöffnung aufweist. In dieser Hinsicht sollte beachtet werden, dass der Begriff „Durchmesser“, wie er hierin verwendet ist, als eine Abmessung eines Querschnitts einer Öffnung oder eines Verbindungsdrahtes zu verstehen ist, wobei die Querschnittsform der Öffnung und des Verbindungsdrahtes nicht notwendigerweise kreisförmig sein müssen, sondern es kann eine beliebige geeignete Form vorgesehen sein. In diesem Falle gibt der „Durchmesser“ die größte mögliche Querschnittsabmessung an. Beispielsweise ist für eine quadratische Querschnittsform einer entsprechenden Öffnung der „Durchmesser“ durch die Diagonale des Quadrats gegeben.
Somit kann durch das Anwenden gut etablierter mikromechanischer oder mikroelektronischer Fertigungsverfahren eine entsprechende Schablonenöffnung mit einem hohen Maß an Genauigkeit, etwa auf der Grundlage von Lithographie und zugehörigen Ätztechniken und dergleichen, vorgesehen werden, wobei auch eine breite Klasse an geeigneten Materialien verfügbar ist, etwa Silizium in Verbindung mit anderen steifen und sehr stabilen Materialien, etwa Siliziumnitrid, Siliziumdioxid und dergleichen. Somit kann nicht nur eine Querschnittsfläche und der Durchmesser einer entsprechenden Schablonenöffnung mit hoher Präzision und mit einem hohen Maß an Reproduzierbarkeit bereitgestellt werden, sondern es kann auch eine geeignete Länge einer entsprechenden Schablonenöffnung eingestellt werden, beispielsweise durch Auswählen einer geeigneten Dicke eines Substratmaterials, etwa eines Siliziumsubstrats, was bewerkstelligt werden kann, indem weiteres Material durch Abscheiden hinzugefügt wird, oder Material durch Ätzen und/oder Poliertechniken entfernt werden, während in anderen Fällen zusätzlich oder alternativ zu den obigen Techniken geeignete Substratverbindungsprozesse eingesetzt werden können, um diverse Substrate, etwa Halbleiterscheiben, zu kombinieren, die vor oder nach dem Bonden bearbeitet wurden, um damit die gewünschten Schablonenöffnungen zu erhalten.
Ein anschauliches Schablonenbauelement zum Vorbereiten von Verbindungsdrähten, wie es hierin offenbart ist, umfasst einen Körper aus einem Halbleitermaterial und eine Schablonenöffnung, die sich durch den Körper erstreckt und einen Durchmesser zumindest an einem Schnitt über die Tiefe des Schablonenmaterials hinweg besitzt, der einem Solldurchmesser des Verbindungsdrahtes entspricht.
Eine anschauliche Vorrichtung zur Herstellung eines Verbindungsdrahtes umfasst eine Materialquelle zur Bereitstellung einer Vorform eines Verbindungsdrahtes. Des weiteren umfasst die Vorrichtung ein Schablonenbauelement, das mit der Materialquelle verbunden und einen Körper aufweist, der ein Halbleitermaterial enthält, das darin ausgebildet eine Schablonenöffnung besitzt, die sich durch den Körper erstreckt. Die Schablonenöffnung besitzt einen Durchmesser zumindest an einem Schnitt über die Tiefe der Schablonenöffnung hinweg, der einem Solldurchmesser des Verbindungsdrahtes entspricht. Des weiteren umfasst die Vorrichtung einen Ziehmechanismus, der ausgebildet ist, die Vorform des Verbindungsdrahtes, die von der Schablonenöffnung zu ziehen.
Ein anschauliches hierin offenbartes Verfahren umfasst das Bilden einer Öffnung durch ein Substrat, das ein Halbleitermaterial aufweist, wobei die Öffnung einen Durchmesser zumindest an einer Position entlang der Tiefe aufweist, der einem Solldurchmesser eines Verbindungsdrahtes entspricht. Des weiteren umfasst das Verfahren das Ziehen einer Vorform des Verbindungsdrahtes durch die Öffnung, um den Verbindungsdraht mit einem Durchmesser zu erhalten, der durch die Öffnung definiert ist.
Erfindungsgemäß ist ein Schablonenbauelement gemäß Anspruch 1, eine Vorrichtung gemäß Anspruch 7 sowie ein Verfahren gemäß Anspruch 8.
Figurenliste
Weitere Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind in den angefügten Patentansprüchen definiert und gehen deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung hervor, wenn diese mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen studiert wird, in denen:

1 schematisch eine konventionelle Vorrichtung für das Bereitstellen eines Verbindungsdrahtes auf der Grundlage einer Vorform zeigt, wobei ein Diamantkristall mit einer entsprechenden Schablonenöffnung zum Definieren des endgültigen Durchmessers des Verbindungsdrahtes verwendet wird;
2a und 2b schematisch Querschnittsansichten eines Halbleitersubstrats während diverser Fertigungsphasen bei der Herstellung von Durchgangslöchern zeigen, die einen Durchmesser eines Verbindungsdrahtes definieren, wobei Ätztechniken gemäß anschaulicher Ausführungsformen eingesetzt werden;
2c schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleitersubstrats zeigt, wenn dessen Dicke so eingestellt wird, dass eine gewünschte Länge entsprechender Durchgangslöcher zur Herstellung von Verbindungsdrähten gemäß anschaulicher Ausführungsformen erhalten wird;
2d und 2e schematisch Querschnittsansichten eines Halbleitersubstrats während unterschiedlicher Fertigungsphasen bei der Anpassung einer Dicke des Substratmaterials durch Abscheidung zeigen, um damit die Länge entsprechender Durchgangslöcher zum Definieren geeigneter Durchmesser für Verbindungsdrähte gemäß noch weiterer anschaulicher Ausführungsformen zu erhöhen;
2f schematisch eine Querschnittsansicht zweier Halbleitersubstrate vor dem Ausführen eines Verbindungsprozesses zeigt, um eine größere Gesamtdicke des Substrats zu erhalten, wobei vor dem Verbinden oder nach dem Verbinden entsprechende Durchgangslöcher gemäß den Erfordernissen zum Bereitstellen eines Schablonenbauelements zur Bildung von Verbindungsdrähten gemäß noch weiterer anschaulicher Ausführungsformen hergestellt werden;
2g bis 2j schematisch Draufsichten entsprechender Substratbereiche zeigen, in denen die Schablonendurchgangslöcher zum Einstellen entsprechender Durchmesser und Querschnittsformen von Verbindungsdrähten gemäß noch weiterer anschaulicher Ausführungsformen ausgebildet sind; und
2k schematisch eine Vorrichtung zur Herstellung von Verbindungsdrähten auf der Grundlage eines Schablonenbauelements zeigt, das auf Basis eines Halbleitermaterials gemäß noch weiterer anschaulicher Ausführungsformen hergestellt ist.

Detaillierte Beschreibung
Obwohl die vorliegende Offenbarung mit Bezug zu den Ausführungsformen beschrieben ist, wie sie in der folgenden detaillierten Beschreibung sowie in den Zeichnungen gezeigt sind, sollte beachtet werden, dass die folgende detaillierte Beschreibung sowie die Zeichnungen nicht beabsichtigen, die vorliegende Offenbarung auf die speziellen anschaulichen offenbarten Ausführungsformen einzuschränken, sondern die beschriebenen anschaulichen Ausführungsformen stellen lediglich beispielhaft die diversen Aspekte der vorliegenden Offenbarung dar, deren Schutzbereich durch die angefügten Patentansprüche definiert ist.
Im Allgemeinen betrifft die vorliegende Offenbarung Techniken und Bauelemente, in denen die Querschnittsform und der Durchmesser von Verbindungsdrähten effizient auf Grundlage gut etablierter Prozesstechniken bestimmt werden können, wie sie typischerweise bei der Herstellung mikroelektronischer Bauelemente oder mikromechanischer Bauelemente eingesetzt werden. D. h., im Gegensatz zu konventioneller Weise verwendeten Diamantkristallen werden andere geeignete Materialien, etwa Silizium, Siliziumdioxid, Siliziumnitrid und dergleichen verwendet und so bearbeitet, dass entsprechende Schablonenöffnungen oder Durchgangslöcher geschaffen werden, wobei geeignete Durchmesser präzise auf der Grundlage gut etablierter Prozesstechniken eingestellt werden können. Somit kann eine gewünschte Anzahl an Schablonenbauelementen in effizienter Weise erzeugt werden, beispielsweise auf der Grundlage von Halbleiterscheiben, die dann repariert werden, um damit eine entsprechende Anzahl von Bauelementen bereitzustellen, die ein hohes Maß an Gleichmäßigkeit besitzen. In anderen Fällen können eine Vielzahl unterschiedlicher Schablonenöffnungen in einer gemeinsamen Fertigungssequenz erzeugt werden, da der Durchmesser dieser Öffnungen in effizienter Weise auf der Grundlage einer Lithographiemaske definiert werden kann, die entsprechende Maskenstrukturelemente aufweist, die wiederum in Querschnittsformen und Durchmessern entsprechen. Ferner sind Fertigungsverfahren verfügbar, die eine effiziente Anpassung des Querschnittsdurchmessers entlang der gesamten Länge eines entsprechenden Durchgangsloches ermöglichen, beispielsweise durch geeignetes Einstellen von Ätzparametern, um damit unterschiedliche Seitenwandwinkel während des entsprechenden Ätzprozesses zu schaffen. Des weiteren kann die gesamte Länge eines entsprechenden Durchgangsloches in effizienter Weise durch gut etablierte Techniken eingestellt werden, etwa das Abscheiden von Materialschichten, wenn eine Dicke eines Substratbasismaterials als nicht ausreichend erachtet wird. In anderen Fällen wird ein Substratbasismaterial gedünnt, beispielsweise durch Ätzen, Polieren und dergleichen, um damit eine gewünschte Länge der entsprechenden Durchgangslöcher zu erreichen. Ferner können auch Scheibenverbindungstechniken eingesetzt werden, um zwei oder mehr Substratmaterialien gemäß gut etablierter Techniken zu verbinden, um damit die Möglichkeit zu schaffen, selbst sehr dicke zusammengesetzte Substratmaterialien bereitzustellen, wobei eine entsprechende Dicke dann auf der Grundlage von Ätztechniken, Poliertechniken und dergleichen in genauer Weise festgelegt werden kann. Folglich kann durch das Verwenden geeigneter Halbleitermaterialien, etwa Silizium und dergleichen, möglicherweise in Verbindung mit zugehörigen und gut etablierten Materialzusammensetzungen, beispielsweise in Form von Siliziumdioxid, Siliziumnitrid, Siliziumkarbid und dergleichen, eine Verbesserung mechanischer Eigenschaften erreicht werden, wobei auch eine Hochtemperaturstabilität typischerweise erzielt wird. Diese Materialien sind gut geeignet für die Herstellung entsprechender Schablonenöffnungen zum Einstellen der Form und des Durchmessers von Verbindungsdrähten, wobei zusätzliches Maß an Flexibilität im Hinblick auf die Querschnittsform und die Größe der Schablonenöffnungen geboten wird, wobei auch ein hohes Maß an Genauigkeit und Reproduzierbarkeit erreicht wird.
Mit Bezug zu den 2a bis 2k werden nunmehr weitere anschauliche Ausführungsformen beschrieben, wobei bei Bedarf auch auf 1 verwiesen wird.
2a zeigt schematisch ein Bauelement 200, das auch als ein Schablonenbauelement bezeichnet werden kann, das als eine „Schablone“ zur Herstellung von Verbindungsdrähten bzw. Bonddrähten auf der Grundlage einer entsprechenden Vorform verwendet wird, werden Drahtmaterial mit einem größeren Durchmesser, die auf einem gewünschten Durchmesser zu verringern ist, wobei möglicherweise eine Anpassung der Querschnittsform des Verbindungsdrahtes erfolgen soll. Das Schablonenbauelement 200 umfasst ein Substrat 201, das aus einem Halbleitermaterial, etwa Silizium, Siliziumkarbid, Silizium/Germanium und dergleichen hergestellt ist, wie es typischerweise in Form eines kristallinen Materials bereitgestellt wird. Beispielsweise sind die Siliziumscheiben, Siliziumkarbidscheiben und dergleichen gut verfügbar und können auf der Grundlage von Prozessanlagen und Fertigungstechniken bearbeitet werden, wie sie typischerweise in Halbleiterfertigungsstätten und dergleichen angewendet werden. Somit besitzt das Substrat 201 eine gut definierte Dicke 201t und auch eine gut definierte Materialzusammensetzung. Es sollte beachtet werden, dass die Dicke 201t eingestellt werden kann, indem entsprechende Halbleiterkristalle gesägt werden, während in anderen Fällen entsprechende verfügbare Halbleitersubstrate verwendet werden, wobei eine gewünschte Dicke 201t auf der Grundlage von Fertigungstechniken eingestellt wird, wie sie nachfolgend detaillierter beschrieben sind. Des weiteren besitzt das Substrat 201 einen gut definierten Durchmesser und eine Form, wobei in einigen anschaulichen Ausführungsformen, Scheiben verwendet werden, wodurch die Möglichkeit geschaffen wird, das Bauelement 200 auf der Grundlage gut etablierter und verfügbarer Halbleiterfertigungsanlagen zu bearbeiten. Es sollte jedoch beachtet werden, dass die hierin offenbarten Prinzipien auch auf eine beliebige gewünschte Form des Substrats 201 anwendbar sind. Z. B. kann der Durchmesser des Substrats 201 von 100 mm bis 300 mm reichen, wobei dies gut etablierte Durchmesser sind, die auch bei der Halbleiterfertigung benutzt werden. In ähnlicher Weise kann die Dicke 201t im Bereich von ungefähr 100 µm bis mehrere Mikrometer für verfügbare Halbleitersubstrate liegen, wobei auch andere Werte für die Dicke 201t auf der Basis einer weiteren Bearbeitung des Substrats 201 verwirklicht werden können. Des weiteren ist in der gezeigten Fertigungsphase auf dem Bauelement 200 eine Ätzmaske 210, etwa eine Lackmaske, möglicherweise in Verbindung mit einem Hartmaskenmaterial (nicht gezeigt), gebildet, das als ein beliebiges geeignetes Material zu verstehen ist, das höheren Temperaturen widersteht und eine höhere Ätzwiderstandsfähigkeit im Vergleich zu einem Lackmaterial besitzt. Beispielsweise kann die Ätzmaske 210 ein geeignetes Material aufweisen, etwa Siliziumdioxid, Siliziumnitrid und dergleichen, möglicherweise in Verbindung mit einem Lackmaterial, abhängig von der gesamten Prozessstrategie. Die Ätzmarke 210 enthält mehrere Öffnungen 210a, die die gleiche Querschnittsform und den gleichen Durchmesser aufweisen können, während in anderen Fällen zumindest einige der Öffnungen 210a einen unterschiedlichen Durchmesser und/oder eine unterschiedliche Querschnittsform aufweisen. Es sollte beachtet werden, dass jede der Öffnungen 210a eine entsprechende Schablonenform repräsentiert, die in einem speziellen Bereich des Substrats 201 zu schaffen sind, und die bei Bedarf in einer späteren Fertigungsphase getrennt werden, um damit einen entsprechenden Körper eines individuellen Schablonenbauelements mit einer speziellen Schablonenöffnung bereitzustellen, die auf der Grundlage der Ätzmaske 210 hergestellt ist. Beispielsweise besitzen die Öffnungen 210a einen Durchmesser von ungefähr 30 bis 150 µm, wobei dies von den gewünschten Solldurchmesser eines entsprechenden Verbindungsdrahtes abhängt. Es sollte beachtet werden, dass auch ein beliebiger Durchmesser eingestellt werden kann.
Das in 2a gezeigte Bauelement 200 kann auf der Grundlage der folgenden Prozesse hergestellt werden. Nach dem Bereitstellen des Substrats 201, beispielsweise in Form eines Siliziumsubstrats und dergleichen, wird ein Hartmaskenmaterial hergestellt, beispielsweise durch Abscheiden eines geeigneten Materials, etwa Siliziumdioxid, Siliziumnitrid, Siliziumkarbid, und dergleichen, woran sich das Abscheiden eines Lackmaterials anschließt, das dann auf Grundlage gut etablierter Lithographietechniken belichtet wird. Daraufhin wird das Lackmaterial oder das Hartmaskenmaterial auf der Grundlage des belichteten und entwickelten Lackmaterials gemäß gut bekannter Techniken strukturiert. Im Anschluss daran wird das Bauelement 200 der Einwirkung einer Ätzumgebung 204 ausgesetzt, die auf Basis einer geeigneten Plasmaumgebung und eines geeigneten Vorstufenmaterials erzeugt wird, um damit eine entsprechende reaktive Chemie zum Ätzen von Material des Substrats 201 selektiv zu der Ätzmaske 210 zu erhalten. Zu diesem Zweck sind eine Vielzahl gut etablierter Prozessrezepte verfügbar, beispielsweise auf der Grundlage von fluor- und chlorenthaltenden Ätzchemien, um damit Siliziummaterial selektiv zu Lackmaterial, Siliziumdioxid, Siliziumnitrid und dergleichen zu ätzen. Es sollte beachtet werden, dass entsprechende Ätzprozesse zum Ätzen tiefer Öffnungen in ein Halbleitermaterial, etwa Silizium und dergleichen, gut etabliert sind, da ähnliche Techniken auch für Grabenätzprozesse zur Herstellung tiefer Kondensatoren eingesetzt werden, während in anderen Fällen entsprechende Durchgangslöcher typischerweise in Halbleitersubstraten geschaffen werden, die als gestapelte Chipstrukturen eingesetzt werden, wobei die entsprechenden Durchgangslöcher mit einem leitenden Material gefüllt werden, um damit elektrische Verbindungen zwischen unterschiedlichen Chips vorzusehen, die aufeinander gestapelt sind, wodurch eine dreidimensionale Chipkonfiguration geschaffen wird. Somit können entsprechende Ätzrezepte zur Herstellung entsprechender Öffnungen in dem Substratmaterial 201 eingesetzt werden. Des weiteren können Prozessparameter dieser anisotroper Ätztechniken so eingestellt werden, dass ein gewünschtes Ätzverhalten erreich wird, d. h. es können entsprechend sich verjüngende Öffnungen gebildet werden, indem geeignet ausgewählte Prozessparameter, etwa eine Konzentration von Polymersorten, die typischerweise der reaktiven Ätzumgebung zugesetzt werden, um die laterale Ätzrate zu steuern, angewendet werden. Somit wird ein hohes Maß an Flexibilität bei der Einstellung des Durchmessers über die Tiefe hinweg oder die Dicke des Substrats 201 hinweg ermöglicht, um somit in geeigneter Weise die Änderung des Durchmessers den mechanischen Erfordernissen für das effiziente Ziehen eines Verbindungsdrahtes durch die entsprechende Öffnung anzupassen.
2b zeigt schematisch das Bauelement 200 in einem weiter fortgeschrittenen Fertigungsstadium. Wie gezeigt, sind entsprechende Öffnungen 202 durch das Substrat 201 hindurch gebildet, wobei ein entsprechendes Maß an Verjüngung, wie es durch die gestrichelten Linien angegeben ist, auf der Grundlage von Prozessparametern des Ätzprozesses 204 eingestellt werden kann, wie dies auch zuvor mit Bezug zu 2a erläutert ist. Es sollte beachtet werden, dass bei Bedarf geeignete Ätzstoppmaterialien auf dem Substrat 201 gegenüberliegend zur Ätzmaske 210 (siehe 2a) bei Bedarf vorgesehen werden können. Die entsprechenden Ätzstoppmaterialien können effizient auf Basis eines geeigneten selektiven Ätzrezeptes abgetragen werden. In ähnlicher Weise kann die Ätzmaske 210 auf der Grundlage gut etablierter Ätzrezepte entfernt werden. Somit kann das Substrat 201 in einzelne Körper 201a, 201 b,... durch gut etablierte Scheibeneinstellungstechniken unterteilt werden und diese können nachfolgend als Schablonenbauelemente in einer Vorrichtung verwendet werden, um Verbindungszwecke mit einem gewünschten Solldurchmesser und einer gewünschten Querschnittsform zu bilden, wie dies nachfolgend beschrieben ist.
2c zeigt schematisch das Bauelement 200 gemäß weiterer anschaulicher Ausführungsformen, wobei die Anfangsdicke 201t beispielsweise durch einen Abtragungsprozess 205 verringert wird, der ein chemisch-mechanisches Polieren beinhalten kann. Beispielsweise ist das chemisch-mechanische Polieren (CMP) eine gut etablierte Fertigungstechnik in der Halbleiterherstellung und kann effizient zum Abtragen von Material des Substrats 201 angewendet werden, um damit eine reduzierte Dicke 201r zu erhalten, die für eine entsprechende Länge von Durchgangslöchern geeignet erscheint, die in dem Substrat 201 zu erzeugen sind, beispielsweise auf der Grundlage einer entsprechenden Fertigungstechnik, wie dies zuvor mit Bezug zu den 2a und 2b erläutert ist.
2d zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 200 gemäß weiterer anschaulicher Ausführungsformen, in denen die Anfangsdicke 201t vergrößert wird, indem ein geeignetes Material 203, etwa ein Halbleitermaterial, ein Material des Substrats 201 entspricht, abgeschieden wird, etwa in Form eines Siliziummaterials, das durch epitaktische Aufwachstechniken, CVD (chemische Dampfabscheidung) bei geringem Druck, plasamunterstützte Abscheidetechniken und dergleichen bewerkstelligt werden kann. Somit wird eine größere Dicke 201s mittels der zusätzlichen Schicht 203e erreicht. In anderen Fällen wird das Material 203 so vorgesehen, spezielle Materialeigenschaften des Bauelements 200 in Bezug auf die nachfolgende Verwendung als Schablonenbauelement zur Herstellung von Verbindungsdrähten eingestellt werden. Beispielsweise kann, wenn angepasste Oberflächeneigenschaften gewünscht sind, das Material 203 einer speziellen Zusammensetzung abgeschieden werden und/oder es kann eine entsprechende Oberflächenbehandlung des Substrats 201 erfolgen. Beispielsweise repräsentieren Siliziumkarbid, Siliziumnitrid und dergleichen Materialien mit einer hohen Temperaturstabilität und hohen mechanischen Integrität, die effizient eingesetzt werden können, um spezielle Oberflächenbedingungen zu schaffen und die auch als ein Puffermaterial verwendet werden können, um eine gewünschte größere Gesamtdicke des Bauelements 200 zu erhalten.
2e zeigt schematisch das Bauelement 200 in einem weiter fortgeschrittenen Herstellungsstadium, in welchem die Öffnungen 202 so gebildet sind, dass diese sich durch die Schicht 203 und das Substrat 201 erstrecken. Zu diesem Zweck werden ähnliche Prozesstechniken eingesetzt, wie sie zuvor beschrieben sind, wobei beispielsweise ein erster Ätzschritt durch die Schicht 203 geätzt und danach die Ätzchemie geeignet angepasst wird, um durch das Substrat 201 zu ätzen. Auch in diesem Falle können entsprechende Ätzstoppmaterialien und Hartmaskenmaterialien bei Bedarf eingesetzt werden.
2f zeigt schematisch das Bauelement 200 gemäß weiterer anschaulicher Ausführungsformen, in denen das Substrat 201 aus zwei oder mehr einzelnen Substraten 201l, 201u aufgebaut ist, die auf der Grundlage gut etablierter Scheibenverbundtechniken verbunden werden, um damit ein Verbindsubstrat zu bilden. Beispielsweise können Siliziumscheiben effizient durch Ausüben von Wärme und Druck verbunden werden. In anderen Fällen werden die Substrate 201u, 201l so behandelt, dass eine geeignete Oberflächenschicht, etwa eine Siliziumdioxidschicht erzeugt wird, was erreicht werden kann, indem diese Substrate der Einwirkung einer oxidierenden Umgebung gemäß gut etablierter Prozesstechniken ausgesetzt werden. Auch in diesem Falle können die Substrate 201u, 201l auf der Grundlage gut etablierter Rezepte miteinander verbunden werden. Es sollte beachtet werden, dass andere Materialien auf den jeweiligen Oberflächenbereichen der Substrate 201u, 201l vor dem Verbindungsprozess hergestellt werden können. Beispielsweise können auch Siliziumnitrid, Siliziumkarbid und dergleichen als Verbindungsflächen eingesetzt werden. In einigen anschaulichen Ausführungsformen wird jedes der Substrate 201u, 201l so behandelt, dass es die entsprechenden Öffnungen 202 erhält, die auf der Grundlage von Prozesstechniken hergestellt werden können, wie sie zuvor beschrieben sind. Auf Grund der sehr präzisen Prozesstechniken können die Öffnungen 202 zueinander justiert werden, obwohl die Substrate 201l, 201u separat bearbeitet werden. In noch anderen anschaulichen Ausführungsformen werden die Substrate 201u, 201l zuerst miteinander verbunden und nachfolgend prozessiert, um die Öffnungen 202 zu erzeugen. Beispielsweise kann eine Zwischenmaterialschicht, etwa eine Siliziumdioxidschicht, eine Siliziumnitridschicht und dergleichen effizient als ein Ätzstoppmaterial verwendet werden, so dass eine bessere Steuerbarkeit des Ätzprozesses erreich wird. In anderen Fällen wird der Ätzprozess von beiden Seiten aus durchgeführt, beispielsweise nacheinander, falls dies erforderlich ist. Auch in diesem Falle wird das hohe Maß an Genauigkeit zu einer präzisen Ausrichtung der entsprechenden Öffnungen, die in separaten Ätzschritten hergestellt werden. Es sollte beachtet werden, dass jeweils die Techniken, die zuvor zum Modifizieren der Dicke des Ursprungssubstrats 201 beschrieben sind, entsprechend kombiniert werden können, um damit eine gewünschte Solldicke zu erreichen. Wenn beispielsweise ein sehr dickes Substrat erforderlich ist, kann eine entsprechende Anzahl einzelner Substrate miteinander verbunden werden und danach wird der Abgleich durch eine oder mehrere der zuvor beschriebenen Prozesstechniken bewerkstelligt, indem beispielsweise eine Oberfläche des Verbundsubstrats poliert wird oder indem eine zusätzliche Materialschicht abgeschieden wird. In anderen Fällen werden individuelle Substrate oder Verbundsubstrate in einer Zwischenphase behandelt, d. h. vor dem Verbinden aller Substrate, um die Bearbeitung eines sehr dicken Substrats zu vermeiden, was ggf. nicht mit dem Substratverarbeitungsfähigkeit aktuell verfügbarer Halbleiterbearbeitungsanlagen kompatibel ist.
2g bis 2j zeigen schematisch Draufsichten diverser Querschnittsformen der Schablonenöffnung 202.
2g zeigt schematisch die Schablonenöffnung 202, die im Wesentlichen eine Kreisform mit einem Durchmesser 202d aufweist, der gemäß den Erfordernissen für die Herstellung des Verbindungsdrahtes ausgewählt ist.
2h zeigt schematisch die Schablonenöffnung 202 in hexagonaler Form, wobei ebenfalls der Durchmesser 202d auf der Grundlage eines entsprechenden Sollwertes eingestellt wird.
In ähnlicher Weise zeigen die 2i und 2j weitere Beispiele von Querschnittsformen der Öffnung 202. Es sollte jedoch beachtet werden, dass eine beliebige gewünschte Querschnittsform auf der Grundlage der Lithographie- und Ätztechniken, wie sie zuvor beschrieben sind, definiert werden kann. Somit besteht ein hohes Maß an Flexibilität bei der Einstellung des Durchmessers und der Querschnittsform entsprechender Verbindungsdrähte, wodurch auch zu einem gewissen Grade die Einstellung der mechanischen Eigenschaften des Verbindungsdrahtes während des Verbindungsvorgangs möglich ist.
2k zeigt schematisch eine Vorrichtung 250 zur Bereitstellung eines Verbindungsdrahtes 252a mit einem gewünschten Solldurchmesser 252d und einer gewünschten Querschnittsform. Die Vorrichtung 250 umfasst eine Materialquelle 251, die ausgebildet ist, eine Vorform 252 des Verbindungsdrahtes 252a zu liefern. Beispielsweise wird die Vorform 252 in Form eines Goldmaterials, eines Aluminiummaterials, eines Kupfermaterials, oder eines anderen Verbundmaterials bereitgestellt. Des weiteren ist an der Materialquelle 251 mechanisch das Bauelement 200 mit dem Körper 201a angebracht, das ein Halbleitermaterial, etwa Silizium, Siliziumkarbid, Silizium/Germanium und dergleichen aufweist. In einer anschaulichen Ausführungsform weist der Körper 201a ein kristallines Siliziummaterial auf. Wie zuvor erläutert ist, weist der Körper 201a die Schablonenöffnung 202 auf, die eine entsprechende Querschnittsform und einen Durchmesser besitzt, wobei der Durchmesser entlang der Tiefe oder der Dicke des Körpers 201a variieren kann, wie dies zuvor erläutert ist. Beispielsweise wird die Öffnung 202 in Form einer sich verjüngenden Öffnung vorgesehen, um damit die mechanische Verspannung aufzunehmen, die während des Ziehens der Vorform 252 durch die Schablonenöffnung 202 erzeugt wird. Die entsprechende Ziehkraft kann von einer entsprechenden Abziehvorrichtung 252 geliefert werden, der eine beliebige geeignete Konfiguration aufweisen kann, wie dies im Stand der Technik bekannt ist. Auf der Grundlage des Schablonenbauelements 200 kann somit die Vorform 252 durch die Schablonenöffnung 202 gezogen werden, wodurch der Verbindungsdraht 252a mit einem gewünschten Solldurchmesser 252 erhalten wird, der durch die Öffnung 202 vorgegeben ist. Auf Grund der äußerst effizienten und präzisen Fertigungstechnik zur Herstellung des Bauelements 200 kann somit eine beliebige Querschnittsform und ein Durchmesser für den Verbindungsdraht 252a auf Basis eines sehr effizienten und reproduzierbaren Fertigungsprozesses erhalten werden.
Es gilt also: Die vorliegende Offenbarung stellt eine Vorrichtung, ein Schablonenbauelement und ein entsprechendes Verfahren zur Herstellung eines Verbindungsdrahtes bereit, wobei gut etablierte Halbleiterfertigungstechniken in Verbindung mit geeigneten Halbleitermaterialien eingesetzt werden, um ein geeignetes Schablonenbauelemente bereitzustellen. Folglich kann eine gewünschte Abmessung und eine gewünschte Querschnittsform erzeugt werden, indem ein entsprechendes Schablonenbauelement mit einem hohen Maß an Genauigkeit und Reproduzierbarkeit bereitgestellt wird.
Weitere Modifizierungen und Variationen der vorliegenden Offenbarung werden für den Fachmann angesichts dieser Beschreibung offenkundig. Daher ist diese Beschreibung als lediglich anschaulich und für die Zwecke gedacht, dem Fachmann die allgemeine Art und Weise des Ausführens des hierin offenbarten Gegenstandes zu vermitteln. Selbstverständlich sind die hierin gezeigten und beschriebenen Formen als die gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen zu betrachten.

Claims

Schablonenbauelement (200) zur Herstellung von Verbindungsdrähten (252a), wobei das Schablonenbauelement (200) umfasst: einen Körper (201a), der ein Halbleitermaterial und eine Schicht aus Siliziumdioxid und/oder Siliziumnitrid aufweist; und eine Schablonenöffnung (202), die sich durch den Körper (201a) erstreckt und einen Durchmesser (202d) zumindest in einem Schritt entlang der Tiefe der Schablonenöffnung (202) aufweist, der einem Solldurchmesser (252d) des Verbindungsdrahtes (252a) entspricht.
Schablonenbauelement (200) nach Anspruch 1, wobei das Halbleitermaterial Silizium aufweist.
Schablonenbauelement (200) nach Anspruch 1, wobei der Durchmesser (252d) ungefähr 50 µm oder weniger beträgt.
Schablonenbauelement (200) nach Anspruch 1, wobei die Schablonenöffnung (202) einen nicht kreisförmigen Querschnitt besitzt.
Schablonenbauelement (200) nach Anspruch 1, wobei eine Breite der Schablonenöffnung (202) entlang der Tiefe größer wird.
Schablonenbauelement (200) nach Anspruch 1, wobei eine Tiefe der Öffnung (202) im Bereich von ungefähr 100 µm bis 5000 µm liegt.
Vorrichtung (150) zur Herstellung eines Verbindungsdrahtes (252a), wobei die Vorrichtung (150) umfasst: eine Materialquelle (151) zur Bereitstellung einer Vorform (252) eines Verbindungsdrahtes (252a); ein an der Materialquelle (151) angebrachtes Schablonenbauelement (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 6; und einen Abziehmechanismus, der ausgebildet ist, die von der Materialquelle (151) bereitgestellte Vorform (252) durch die Schablonenöffnung (202) zu ziehen.
Verfahren mit: Gleichzeitiges Bilden von Öffnungen (202) durch ein Substrat (201) hindurch an entsprechenden Substratbereichen, wobei das Substrat (201) ein Halbleitermaterial aufweist und wobei jede Öffnung (202) zumindest an einer Stelle entlang der Tiefe einen Durchmesser (202d) aufweist, der einem Solldurchmesser (252d) eines Verbindungsdrahtes (252a) entspricht; Separieren der jeweiligen Substratbereiche; und Ziehen einer Vorform (252) des Verbindungsdrahtes (252a) durch zumindest eine der Öffnungen (202), um den Verbindungsdraht (252a) mit einem Durchmesser zu erhalten, der durch die Öffnung (202) definiert ist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei Bilden der Öffnungen (202) umfasst: Bilden einer Ätzmaske (210) über dem Substrat (201) und Ausführen eines Ätzprozesses unter Anwendung der Ätzmaske (210).
Verfahren nach Anspruch 8, das ferner umfasst: Einstellen einer Dicke des Substrats (201) durch Abscheiden einer Materialschicht auf dem Substrat (201) und/oder Entfernen von Material des Substrats (201).
Verfahren nach Anspruch 10, wobei Entfernen von Material des Substrats (201) umfasst: Ausführen eines Ätzprozesses und/oder eines Polierprozesses.
Verfahren nach Anspruch 8, das ferner umfasst: Bilden des Substrats (201) durch Verwenden des Substrats (201, 201l, 201u) mit mindestens einem weiteren Substrat (201l, 201u).
Verfahren nach Anspruch 12, wobei Bilden der Öffnungen (202) umfasst: für jede der Öffnungen (202), Bilden einer ersten Öffnung (202) in dem ersten Substrat (201l, 201u) und einer zweiten Öffnung (202) in dem mindestens einem weiteren Substrat (201u, 2011), wobei die erste und die zweite Öffnung (202) zueinander ausgerichtet werden.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die erste Öffnung und die zweite Öffnung (202) vor dem Verbinden des ersten Substrats (2011, 201u) mit dem mindestens einen weiteren Substrat (201u, 201l) hergestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die erste und die zweite Öffnung (202) nach dem Verbinden des ersten Substrats (2011, 201u) mit dem mindestens einen weiteren Substrat (201u, 201l) hergestellt werden.