KR20110074792A

KR20110074792A - 초소형전자공학 제조 기술을 기반으로 하여 본딩 와이어를 제조하기 위한 방법 및 디바이스

Info

Publication number: KR20110074792A
Application number: KR20117012512A
Authority: KR
Inventors: 마트히아스 레르; 프란크 퀘첸메이스터; 프란크 셀리거
Original assignee: 글로벌파운드리즈 인크.
Priority date: 2008-10-31
Filing date: 2009-10-30
Publication date: 2011-07-01
Also published as: TWI492322B; CN102215994B; DE102008054077B4; US8561446B2; CN102215994A; KR101498174B1; US20100107717A1; WO2010062357A1; DE102008054077A1; TW201036087A

Abstract

정교한 본딩 애플리케이션들을 위한 본딩 와이어(252A)가 대응하는 템플릿 디바이스(200)를 기반으로 하여 효과적으로 형성될 수 있는바, 상기 템플릿 디바이스(200)는, 리소그래피 및 에칭 기술과 같은 관련 제조 기술과 결합된, 실리콘과 같은 반도체 물질(201)을 기반으로 하여 형성될 수 있다. 따라서, 임의의 적합한 직경 및 단면 형상이 높은 정밀도 및 신뢰도로 획득될 수 있다.

Description

초소형전자공학 제조 기술을 기반으로 하여 본딩 와이어를 제조하기 위한 방법 및 디바이스{METHOD AND DEVICE FOR FABRICATING BONDING WIRES ON THE BASIS OF MICROELECTRONIC MANUFACTURING TECHNIQUES}

본 개시내용은 일반적으로 와이어 본딩에 관한 것으로, 특히 본딩 와이어를 제조하는 기술 및 디바이스에 관한 것이다.

집적 회로의 제조는, 적절한 반도체 물질 내에 그리고 위에, 회로 소자들(예를 들어, 트랜지스터들, 커패시터들, 저항들 등과 같은 것)을 형성하기 위한 많은 복잡한 공정 단계들을 포함한다. 최근에, 집적 회로의 집적 밀도 및 전체적 기능이 크게 진전되었다. 이러한 진전은, 현재 사용되고 있는 30 nm 이하의 임계 치수(예를 들어, 전계 효과 트랜지스터의 게이트 길이)로, 마이크로미터 이하의 매우 작은 범위의 치수까지 개별 회로 소자들을 스케일링함으로써 달성된다. 따라서, 수백만 개의 회로 소자들이 다이에 제공될 수 있고, 이에 따라 복잡한 연결 구조가 또한 설계돼야만 하고, 여기서 전형적으로, 각각의 회로 소자는 하나 이상의 다른 회로 소자들에 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 상호연결 구조는 전형적으로 하나 이상의 와이어링 레벨들을 포함하는 금속화 시스템에 확립되는바, 여기에서 적절한 금속 피처들이, 복수 레벨의 인쇄 회로 기판과 유사한 방식으로, 고려중인 회로 구성에 따라 형성되며, 하지만 이 경우 금속 피처들의 치수는 트랜지스터 등과 같은 반도체 회로 소자들의 치수에 대해 조정돼야만 한다.

집적 회로들의 제조의 개선된 단계에서 있어서, 칩을 패키징하고 칩 회로를 주변요소와 연결시키기 위한 리드(lead)들 및 단자(terminal)들을 제공하는 것이 일반적으로 필요하다. 칩들을 패키지와 연결시키는 잘 확립된 방법은 와이어 본딩 기술을 포함하는바, 이 기술은 알루미늄을 기반으로 하여 지난 십 년에 걸쳐 성공적으로 개발되어 오고 있으며, 그리고 또한 잘 확립되어 있으며, 그리고 대다수의 반도체 칩들을 캐리어 기판에 연결시키기 위한 지배적 기술을 나타내는데, 이 경우 알루미늄, 구리, 금 등으로 만들어진 적절한 와이어와 콘택하는 알루미늄 기반의 본드 패드들이 일반적으로 제공된다. 와이어 본딩 공정 동안, 본드 와이어는 본드 패드와 콘택하게 되고, 그리고 압력, 고온, 및 초음파 에너지를 인가하는 경우, 와이어는 본드 패드에 용접되어 금속간 연결이 형성된다.

이러한 방식으로, 신뢰가능한 전기적 연결이, 집적 회로의 금속화 시스템과 임의의 주변 컴포넌트(예를 들어, 기판 패키지 등과 같은 것) 간에 확립될 수 있다. 정교한 반도체 디바이스의 피처 크기의 계속적인 감소로 인해, 집적 회로의 복잡도가 계속 증가하고 있으며, 이로 인해 또한 I/O(Input/Output) 능력의 증가가 요구되고 있으며, 이것은 또한 칩 주변과 같은 적절한 위치에 제공될 본드 패드들의 수가 증가될 것을 필요로 한다. 결과적으로, 본드 패드의 크기 및 피처가 감소되고, 그럼으로써 본딩 와이어를 대응하는 본드 패드들에 배치 및 연결하기 위한 정교한 와이어 본드 기술이 요구된다. 이러한 이유로, 본딩 와이어의 직경은 또한, 본딩 패드의 감소된 측면 치수에 대한 요건을 따름과 아울러, 또한 금과 같은 귀중한 원재료 물질을 과도하게 낭비하지 않도록, 감소돼야만 한다. 전형적으로, 본딩 와이어는, 사전처리된 와이어를 대응하는 다이아몬드 결정체를 관통시켜 잡아당김으로써 형성되는바, 이러한 다이아몬드 결정체 내에는 적절한 개구가 형성되어 있으며, 그 폭이 본딩 와이어의 원하는 목표 직경을 실질적으로 결정한다.

도 1은 원하는 목표 직경을 갖는 본딩 와이어를 제공하기 위한 장치(150)의 개략적 도면을 도식적으로 나타낸 것이다. 예시된 바와 같이, 물질 소스(151)가 제공되는데, 이것은 금 와이어, 구리 와이어, 알루미늄 와이어 등과 같은 본딩 와이어의 프리폼(152)을 공급할 수 있고, 그러나 그 직경은 원하는 직경(152D)에 대응하지 않을 수 있다. 더욱이, 장치(150)는 디바이스(100)를 포함하고, 이 디바이스(100)는 다이아몬드 결정체로 구성된 몸체(101) 내에 형성된 개구(102)를 관통해 프리폼(152)이 잡아당겨질 때 템플릿으로서 동작하도록 구성된다. 템플릿으로서 동작할 수 있는 개구(102)의 상호작용으로 인해, 프리폼(152)은 원하는 목표 직경(152D)으로 감소될 수 있고, 그럼으로써 앞서 설명된 바와 같이, 본딩 패드로의 연결을 위해 사용될 수 있는 본딩 와이어(152A)가 획득될 수 있다. 목표 직경(152D)을 감소시키는 경우, 각각의 개구(102)를 갖는 대응하는 다이아몬드 결정체가 또한 형성돼야할 필요가 있고, 이것은 전형적으로 다이아몬드 결정 몸체 내에, 대응하는 홀(hole)을 드릴링(drilling)함으로써 달성되는바, 이로 인해 정교한 기계적 도구 및 기술이 요구된다. 결과적으로, 정교한 본딩 와이어의 목표 직경의 정밀 제어는, 다이아몬드 몸체(101) 내에 대응하는 템플릿 홀(102)이 형성되는 정밀도에 의존할 수 있다. 결과적으로, 본딩 와이어의 직경을 바꾸는 것은, 결정 다이아몬드 몸체로의 대응하는 개구의 기계적 드릴링을 포함하는 종래 기술을 기반으로 하여, 적절한 디바이스(100)를 제공함에 있어 상당한 노력과 관련될 수 있다.

본 개시 내용은, 앞서 확인된 문제들 중 하나 이상의 문제의 영향을 없앨 수 있거나 혹은 적어도 감소시킬 수 있는 다양한 방법 및 디바이스에 관한 것이다.

본 발명의 일부 실시형태들의 기본적 이해를 제공하기 위해 본 발명의 간략화된 개요가 아래에서 제공된다. 이 개요가 본 발명 모두를 개관하는 것은 아니다. 이것이 본 발명의 핵심적 요소 혹은 임계적 요소를 식별하기 위한 것이 아니며, 아울러 본 발명의 범위를 규정하려는 것도 아니다. 그 유일한 목적은 이후 설명되는 보다 상세한 설명에 대한 서론으로서 간략한 형태로 일부 개념들을 제공하려는 것이다.

일반적으로, 본 개시내용은 본딩 와이어의 원하는 목표 직경을 선택함에 있어서 높은 유연도를 갖는 정교한 본딩 와이어를 제공하고 그럼에도 불구하고 각각의 템플릿 디바이스를 제공하는 효과적인 제조 공정을 제공하기 위해 사용될 수 있는 기술 및 디바이스에 관한 것이다. 이러한 것을 위해, 적절한 반도체 물질이, 그 안에 (본딩 와이어의 원하는 목표 직경을 정의하기 위한) 적절한 템플릿 개구를 형성하기 위한 기판으로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 결정 실리콘 물질이, 그 안에 적절한 개구를 형성하기 위한 적절한 베이스(base)로서 효과적으로 사용될 수 있는데, 이것은 잘 확립된 초소형기계공학 혹은 초소형전자공학 제조 기술을 기반으로 하여 달성될 수 있어, 원하는 목표 직경 및 본딩 와이어의 대응하는 단면 형상을 선택함에 있어, 그리고 그 안에 대응하는 템플릿 개구가 형성되는 베이스 혹은 몸체 물질의 전체 기계적 및 기하학적 구성의 적절한 조정치를 선택함에 있어 높은 유연도가 제공될 수 있다. 이러한 점에서, 본 명세서에서 사용되는 바와 같은 용어 "직경"은 개구 혹은 본딩 와이어의 단면의 치수로서 이해돼야 하고, 여기서 개구 및 본딩 와이어의 단면 형상은 반드시 원형 형상일 필요로 없지만 임의의 적절한 형상을 나타낼 수 있음을 이해해야 한다. 본 경우에 있어서, "직경"은 임의의 가능한 단면 치수들 중 가장 큰 것을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 대응하는 개구의 정방형 단면 형상에 있어서, "직경"은 정방형의 대각선으로 나타내질 수 있다.

따라서, 잘 확립된 초소형기계공학 혹은 초소형전자공학 제조 기술을 적용함으로써, 예를 들어, 리소그래피 및 관련 에칭 기술 등을 기반으로 하여 높은 정밀도로 대응하는 템플릿 개구가 제공될 수 있으며, 아울러 실리콘과 같은 다양한 종류의 적절한 물질이, 실리콘 나이트라이드, 실리콘 다이옥사이드 등과 같은 다른 단단하고 안정도가 높은 물질과 결합되어 이용가능할 수 있다. 따라서, 대응하는 템플릿 개구의 단면 형상 및 직경이 높은 정밀도 및 높은 재현가능성으로 제공될 수 있을 뿐만 아니라, 대응하는 템플릿 개구의 적절한 길이가, 예를 들어 실리콘 기판과 같은 기판 물질의 적절한 두께를 선택함으로써 조정될 수 있는바, 이것은 증착에 의해 또 다른 물질을 부가하고, 에칭에 의해 물질을 제거하고, 그리고/또는 연마 기술을 사용함으로써 달성될 수 있으며, 다른 경우에 있어서는, 앞서의 기술에 추가하여 혹은 대안적으로, 적절한 기판 본딩 공정이 다양한 기판들(예를 들어 반도체 웨이퍼와 같은 것)을 결합하기 위해 사용될 수 있는바, 이것은 원하는 템플릿 개구를 획득하기 위해 본딩 이전에 혹은 본딩 이후에 처리될 수 있다.

본 명세서에서 개시되는 본딩 와이어를 제작하기 위한 하나의 예시적 템플릿 디바이스(template device)는, 반도체 물질로 구성된 몸체(body)와, 그리고 상기 몸체를 관통해 연장하는 템플릿 개구(template opening)를 포함하며, 상기 템플릿 개구는 이러한 템플릿 물질의 깊이 방향을 따라 적어도 일 단면에서, 상기 본딩 와이어의 목표 직경(target diameter)에 대응하는 직경을 갖는다.

본딩 와이어를 형성하는 하나의 예시적 장치는, 본딩 와이어의 프리폼(preform)을 사출하는 물질 소스를 포함한다. 더욱이, 상기 장치는 상기 물질 소스에 부착된 템플릿 디바이스를 포함하고, 상기 템플릿 디바이스는 반도체 물질로 구성된 몸체를 포함하며, 상기 몸체 내에는 상기 몸체를 관통해 연장하는 템플릿 개구가 형성된다. 상기 템플릿 개구는 상기 템플릿 개구의 깊이 방향을 따라 적어도 일 단면에서, 상기 본딩 와이어의 목표 직경에 대응하는 직경을 갖는다. 더욱이, 상기 장치는 상기 물질 소스에 의해 공급되는 상기 본딩 와이어의 상기 프리폼을 상기 템플릿 개구를 관통시켜 잡아당기도록 구성되는 잡아당기는 기구(pull mechanism)를 포함한다.

본 명세서에서 개시되는 하나의 예시적 방법은, 기판을 관통하는 개구를 형성하는 것을 포함하고, 여기서 상기 기판은 반도체 물질을 포함하고, 상기 개구는 깊이 방향을 따라 적어도 일 위치에서, 본딩 와이어의 목표 직경에 대응하는 직경을 갖는다. 더욱이, 상기 방법은, 상기 개구에 의해 정의되는 바와 같은 직경을 갖는 상기 본딩 와이어를 획득하기 위해 상기 본딩 와이어의 프리폼을 상기 개구를 관통시켜 잡아당기는 것을 포함한다.

본 개시 내용은 첨부되는 도면과 연계되어 기술되는 다음의 상세한 설명을 참조함으로써 이해될 수 있으며, 도면에서 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.

도 1은, 본딩 와이어의 최종 직경을 정의하기 위한 대응하는 템플릿 개구를 포함하는 다이아몬드 결정체를 사용하여, 프리폼에 기반하는 본딩 와이어를 공급하는 종래의 장치를 도식적으로 나타낸 것이다.
도 2a 및 도 2b는, 본 발명의 예시적 실시예에 따른, 본딩 와이어의 직경을 정의할 수 있는 관통 홀을 형성함에 있어서 다양한 제조 단계 동안의 반도체 기판의 단면도를 도식적으로 나타낸 것으로, 여기서 에칭 기술이 사용될 수 있다.
도 2c는, 본 발명의 예시적 실시예에 따른, 본딩 와이어를 형성하기 위한 대응하는 관통 홀의 원하는 길이가 획득되도록 그 두께를 조정할 때의, 반도체 기판의 단면도를 도식적으로 나타낸 것이다.
도 2d 및 도 2e는, 본 발명의 또 다른 예시적 실시예에 따른, 적절한 본딩 와이어 직경을 정의하기 위한 대응하는 관통 홀의 길이를 증가시키기 위해, 기판 물질의 두께를 증착에 의해 조정하는 경우의 서로 다른 제조 단계 동안의 반도체 기판의 단면도를 도식적으로 나타낸 것이다.
도 2f는, 본 발명의 또 다른 예시적 실시예에 따른, 전체 두께가 증가된 기판을 획득하기 위한 본딩 공정을 수행하기 전의, 두 개의 반도체 기판의 단면도를 도식적으로 나타낸 것으로, 여기서 본딩 이전 혹은 본딩 이후, 각각의 관통 홀이 본딩 와이어를 형성하기 위한 템플릿 디바이스를 제공하기 위한 요건에 따라 형성될 수 있다.
도 2g 내지 도 2j는, 본 발명의 또 다른 예시적 실시예에 따른, 본딩 와이어의 대응하는 직경 및 단면 형상을 조정하기 위해 대응하는 템플릿 관통 홀이 그 안에 형성되는 각각의 기판 부분의 상면도를 도식적으로 나타낸 것이다.
도 2k는, 본 발명의 또 다른 예시적 실시예에 따른, 반도체 물질을 기반으로 하여 형성되는 템플릿 디바이스에 근거하여 본딩 와이어를 형성하기 위한 장치를 도식적으로 나타낸 것이다.

본 명세서에서 개시되는 주된 내용은 다양하게 수정될 수 있고 대안적 형태를 가질 수 있으며, 그 특정 실시예들이 도면에서 예시적으로 도시되고, 본 명세서에서 상세히 설명된다. 그러나, 특정 실시예들에 관한 본 명세서의 설명은, 본 발명을 개시되는 이러한 특정 형태들로만 한정시킬 의도를 가지고 있지 않으며, 이와는 반대로, 그 의도하는 바는 첨부되는 특허청구범위에서 정의되는 바와 같이 본 발명의 사상 및 범위 내에 있는 모든 수정물, 등가물, 및 대안물을 포괄하려는 것임을 이해해야 한다.

본 발명의 다양한 예시적 실시예들이 아래에서 설명된다. 명확한 설명을 위해, 실제 구현의 모든 특징들이 본 명세서에서 설명되지는 않는다. 임의의 이러한 실제 실시예들을 개발함에 있어서, 구현별로 달라질 수 있는 시스템 관련 제약 및 비즈니스 관련 제약을 따르는 것과 같은 개발자의 특정 목표를 달성하기 위해, 수많은 구현별 결정이 행해져야만 함을 물론 이해해야 한다. 더욱이, 이러한 개발 노력이 복잡하고 시간 소모적이지만, 그럼에도 불구하고 본 개시내용의 혜택을 받는 관련 기술 분야에서 통상의 기술을 가진 자들에게는 일상적으로 해야하는 과정임을 이해해야 할 것이다.

본 발명의 주된 내용이 이제 첨부 도면을 참조하여 설명될 것이다. 다양한 구조, 시스템 및 디바이스가, 단지 설명 목적으로 그리고 관련 기술분야에서 숙련된 자들에게 잘 알려진 세부적 사항으로 본 개시내용이 모호하게 되지 않도록 하기 위해, 도면에서 도식적으로 제시된다. 그럼에도 불구하고, 첨부되는 도면들은 본 개시내용의 예시적 예들을 기술 및 설명하기 위해 포함된다. 본 명세서에서 사용되는 단어 및 어구는 관련 기술분야에서 숙련된 자들이 해당 단어 및 어구를 이해하는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 이해되고 해석돼야만 한다. 용어 혹은 어구의 그 어떤 특별한 정의(즉 관련 기술분야에서 숙련된 자들이 이해하는 보통의 통상적인 의미와 다른 정의)도, 본 명세서의 용어 혹은 어구의 일관된 사용에 의해 암시되도록 의도되지 않았다. 용어 혹은 어구가 특별한 의미(즉, 숙련된 기술자들이 이해하는 바와 다른 의미)를 갖도록 의도된 경우에는, 이러한 특별한 정의는 해당 용어 혹은 어구의 그 특별한 정의를 직접적으로 모호하지 않게 제공하는 정의적 방식으로 본 명세서에서 명확하게 설명될 것이다.

일반적으로, 본 개시내용은, 초소형전자공학 디바이스 혹은 초소형기계공학 디바이스에서 전형적으로 사용되는 바와 같은, 잘 확립된 공정 기술에 근거하여 본딩 와이어의 단면 형상 및 직경이 효과적으로 결정될 수 있는 기술 및 디바이스를 제공한다. 즉, 종래 사용된 다이아몬드 결정체와 달리, 실리콘, 실리콘 다이옥사이드, 실리콘 나이트라이드 등과 같은 다른 적절한 물질이, 대응하는 템플릿 개구 혹은 관통 홀을 획득하기 위해 사용될 수 있고 처리될 수 있는데, 여기서 대응하는 직경은 잘 확립된 공정 기술에 근거하여 정밀하게 조정될 수 있다. 따라서, 원하는 개수의 템플릿 디바이스가, 예를 들어, 반도체 웨이퍼를 기반으로 하여, 효율적으로 생산될 수 있는바, 이것은 높은 균일도를 나타내는 대응하는 개수의 디바이스를 제공하기 위해 분리될 수 있다. 다른 경우에, 서로 다른 다양한 템플릿 개구들이 공통 제조 시퀀스로 형성될 수 있는데, 왜냐하면 이러한 개구의 직경은, 원하는 단면 형상 및 직경에 대응하는 각각의 마스크 피처를 갖는 리소그래피 마스크를 기반으로 하여 효과적으로 정의될 수 있기 때문이다. 더욱이, 예를 들어, 대응하는 에칭 공정 동안 서로 다른 측벽 각도를 제공하기 위해 에칭 파라미터를 적절하게 조정함으로써, 대응하는 관통 홀의 전체 길이를 따라 단면 직경의 적절한 조정을 효과적으로 달성할 수 있는, 제조 기술이 이용가능할 수 있다. 추가적으로, 기본 기판 물질의 두께가 충분하지 않은 것으로 고려될 수 있는 경우, 대응하는 관통 홀의 전체 길이는, 물질 층의 증착과 같은 잘 확립된 기술에 의해 효과적으로 조정될 수 있다. 다른 경우에, 기본 기판 물질은 대응하는 관통 홀에 대해 원하는 길이를 획득하기 위해, 예를 들어, 에칭, 연마 등에 의해 얇게 될 수 있다. 더욱이, 웨이퍼 본드 기술이 잘 확립된 기술에 따라 두 개 이상의 기판 물질을 결합하기 위해 사용될 수 있어, 매우 두꺼운 합성 기판 물질의 생성 가능성을 제공할 수 있으며, 여기서 대응하는 두께는 이후 에칭 기술, 연마 기술 등을 기반으로 하여 세밀하게 튜닝될 수 있다. 결과적으로, 실리콘 등과 같은 적절한 반도체 물질을, 가능하게는 관련되고 잘 확립된 물질 조성과 결합하여, 예를 들어, 실리콘 다이옥사이드, 실리콘 나이트라이드 및 실리콘 카바이드 등의 형태로, 사용함으로써, 월등한 기계적 특성이 달성될 수 있고, 아울러 고온 안정도가 또한 전형적으로 달성된다. 따라서, 이러한 물질은, 본딩 와이어의 형상 및 직경을 조정하기 위해 대응하는 템플릿 개구를 그 안에 형성하는 데 있어 적절할 수 있고, 아울러 추가적으로, 템플릿 개구의 단면 형상 및 크기에 관해 높은 유연도가 제공될 수 있고, 높은 정밀도 및 재현성이 또한 달성될 수 있다.

도 2a 내지 도 2k를 참조하여, 또 다른 예시적 실시예가 이제 설명되는바, 여기서 필요한 경우 도 1이 또한 참조된다.

도 2a는 디바이스(200)를 도식적으로 나타낸 것으로, 이 디바이스(200)는 또한 템플릿 디바이스로 언급될 수 있는데, 왜냐하면 이것은, 가능하게는 본딩 와이어의 단면 형상을 조정하는 것과 결합된, 원하는 직경으로 감소될 필요가 있을 수 있는 증가된 직경을 갖는 와이어 물질과 같은 대응하는 프리폼을 기반으로 하여, 본딩 와이어를 형성하기 위한 "템플릿(template)"으로 사용될 수 있기 때문이다. 템플릿 디바이스(200)는, 전형적으로 결정성 물질의 형태로 제공되는, 실리콘, 실리콘 카바이드, 실리콘/게르마늄 등과 같은 반도체 물질로 형성되는 기판(201)으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 실리콘 웨이퍼, 실리콘 카바이드 웨이퍼 등이 용이하게 이용가능할 수 있고, 그리고 반도체 생산 설비 등에서 전형적으로 사용되는 바와 같은 공정 도구 및 제조 기술을 기반으로 하여 처리될 수 있다. 따라서, 기판(201)은 잘 정의된 두께(201T)를 가질 수 있고, 그리고 또한 잘 정의된 물질 조성을 가질 수 있다. 두께(201T)는 대응하는 반도체 결정체를 적절하게 슬라이싱(slicing)함으로써 조정될 수 있고, 다른 경우에는, 대응하는 가용 반도체 기판이 사용될 수 있으며, 여기서 원하는 두께(201T)는, 이후 보다 상세히 설명되는 바와 같은 제조 기술을 기반으로 하여 조정될 수 있음을 이해해야 한다. 더욱이, 기판(201)은 잘 정의된 직경 및 형상을 가질 수 있고, 일부 예시적 실시예에서는, 웨이퍼가 사용될 수 있어, 잘 확립되고 이용가능한 반도체 제조 도구를 기반으로 하여 디바이스(200)를 처리할 수 있는 가능성을 제공할 수 있다. 그러나, 본 명세서에서 설명되는 원리는 또한 기판(201)의 임의의 원하는 형태에도 적용될 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 기판(201)의 직경은 100 내지 300 mm 범위를 가질 수 있고, 이것은 반도체 제조에서 또한 사용될 수 있는 잘 확립된 직경을 나타낼 수 있다. 마찬가지로, 두께(201T)는 이용가능한 반도체 기판에 대해 대략 100 마이크로미터 내지 수백 마이크로미터 범위를 가질 수 있고, 두께(201T)에 대한 서로 다른 값들이 또한 기판(201)의 후속 공정을 기반으로 하여 획득될 수 있다. 더욱이, 제시된 제조 단계에서, 디바이스(200) 위에는 레지스트 마스크와 같은 에칭 마스크(210)가 형성될 수 있는바, 가능하게는 하드 마스크 물질(미도시)과 결합될 수 있는바, 이것은 보다 높은 온도에 견딜 수 있는 임의의 적절한 물질로서 이해돼야 하며 아울러 레지스트 물질과 비교하여 더 높은 에칭 저항을 가질 수 있다. 예를 들어, 에칭 마스크(210)는, 전체 공정 방식에 따라, 가능하게는 레지스트 물질과 결합된, 실리콘 다이옥사이드, 실리콘 나이트라이드 등과 같은 임의의 적절한 물질을 포함할 수 있다. 에칭 마스크(210)는 복수의 개구들(201A)을 포함할 수 있으며, 복수의 개구들(201A)은 동일한 단면 형상 및 동일한 직경을 가질 수 있고, 다른 경우에서는, 개구들(210A) 중 적어도 일부는 서로 다른 직경 및/또는 서로 다른 단면 형상을 가질 수 있다. 개구들(201A) 각각은 기판(201)의 특정 부분에 형성될 대응하는 템플릿 개구를 나타낼 수 있으며, 이 기판은, 만약 필요한 경우, 에칭 마스크(210)를 기반으로 하여 형성되는 전용 템플릿 개구를 구비한 개별 템플릿 디바이스의 대응하는 몸체를 제공하기 위해 이후 제조 단계에서 분리될 수 있음을 이해해야만 한다. 예를 들어, 개구들(201A)은, 대응하는 본딩 와이어의 원하는 목표 직경에 따라, 대략 30 내지 150 ㎛의 직경을 가질 수 있다. 그러나 임의의 다른 적절한 직경이 선택될 수 있음을 이해해야 한다.

도 2a에 예시된 바와 같은 디바이스(200)는 다음과 같은 공정을 기반으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 실리콘 기판 등의 형태로 기판(201)을 제공한 이후, 예를 들어, 실리콘 다이옥사이드, 실리콘 나이트라이드, 실리콘 카바이드 등과 같은 임의의 적절한 물질을 증착시키고 이후 레지스트 물질의 증착을 행함으로써, 하드 마스크 물질이 형성될 수 있으며, 그 다음에 이것은 잘 확립된 리소그래피 기술을 기반으로 하여 노출될 수 있다. 이후, 잘 알려진 기술에 따라, 레지스트 물질 혹은 하드 마스크 물질은, 노출 및 현상된 레지스트 물질을 기반으로 하여 패터닝될 수 있다. 이후, 디바이스(200)는 에칭 분위기(204)에 노출될 수 있고, 상기 에칭 분위기(204)는 적절한 플라즈마 분위기 및 적절한 전구체 물질을 기반으로 하여 확립되어, 기판(201)의 물질을 에칭 마스크(210)에 대해 선택적으로 에칭하기 위한 대응하는 반응성 화학이 획득될 수 있다. 이러한 것을 위해, 예를 들어, 불소 함유 혹은 염소 함유 에칭 화학을 기반으로 하는 복수의 잘 확립된 공정 방식이 이용가능하여, 실리콘 물질을 레지스트 물질, 실리콘 다이옥사이드, 실리콘 나이트라이드 등에 대해 선택적으로 에칭할 수 있게 된다. 이해해야하는 것으로, 실리콘 등과 같은 반도체 물질로의 깊은 개구를 에칭하기 위한 각각의 에칭 공정은 잘 확립되어 있는바, 왜냐하면 유사한 기술이 깊은 커패시터를 형성하기 위한 트렌치 에칭 공정에 대해 또한 사용될 수 있기 때문이며, 다른 경우에 있어서는, 대응하는 관통 홀들이 전형적으로, 적층된 칩 구성에서 사용되는 반도체 기판들에 제공될 수 있기 때문인데, 여기서 대응하는 관통 홀들은 전도성 물질로 충전될 수 있어 서로의 상부 상에 적층되는 서로 다른 칩들 간의 전기적 연결을 제공하고, 그럼으로써 삼차원 구성이 형성될 수 있다. 따라서, 대응하는 에칭 방식이 기판 물질(201)로의 대응하는 개구를 형성하는데 사용될 수 있다. 더욱이, 이러한 이방성 에칭 기술의 공정 파라미터는 원하는 에칭 동작을 획득하기 위해 조정될 수 있는바, 즉 대응하는 테이퍼링된 개구들이, 측면 에칭 레이트를 제어하기 위해 각각의 에칭 분위기에 전형적으로 부가될 수 있는 폴리머 종의 농도와 같은, 적절하게 선택된 공정 파라미터에 의해 형성될 수 있다. 따라서, 기판(201)의 깊이 혹은 두께를 따라 직경을 조정함에 있어서의 높은 유연도가 제공되어, 본딩 와이어를 대응하는 개구를 관통시켜 효과적으로 잡아당기기 위한 기계적 요건에 대한 직경의 변화를 적절하게 조정할 수 있게 된다.

도 2b는 더 진행된 제조 단계에서의 디바이스(200)를 도식적으로 나타낸 것이다. 예시된 바와 같이, 대응하는 개구들(202)이 기판(201)을 관통하여 형성되며, 여기서 점선으로 표시된 바와 같은, 테이퍼링(tapering)의 대응하는 정도는, 도 2a를 참조하여 설명된 바와 같이, 에칭 공정의 공정 파라미터에 근거하여 조정될 수 있다. 필요한 경우, 적절한 에칭 정지 물질이, 기판(201) 상에, 만약 필요하다면, 에칭 마스크(210)(도 2a) 맞은편 기판(201) 상에 형성될 수 있음을 이해해야만 한다. 대응하는 에칭 정지 물질은 임의의 적절한 선택적 에칭 방식에 근거하여 효과적으로 제거될 수 있다. 유사하게, 잘 확립된 에칭 방식에 근거하여 에칭 마스크(210)가 제거될 수 있다. 따라서, 기판(201)은, 예를 들어, 잘 확립된 웨이퍼 다이싱 기술(wafer dicing techniques)에 의해 개별 몸체(201A, 201B, ...)로 분리될 수 있고, 그리고 후속적으로, 이후 설명되는 바와 같이, 원하는 목표 직경 및 단면 형상의 본딩 와이어를 형성하기 위한 장치에서 템플릿 디바이스로서 사용될 수 있다.

도 2c는 또 다른 예시적 실시예에 따른 디바이스(200)를 도식적으로 나타낸 것으로, 여기서 초기 두께(201T)는 예를 들어, 기계적 연마 공정을 포함할 수 있는 제거 공정(205)에 의해 감소될 수 있다. 예를 들어, 화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing, CMP)는 반도체 생산에 있어 잘 확립된 제조 기술이며, 그리고 기판(201)의 물질을 제거하기 위해 효과적으로 사용될 수 있어, 예를 들어, 도 2a 및 도 2b를 참조하여 앞서 설명된 바와 같은 대응하는 제조 기술을 기반으로 하여, 기판(201)에 형성될 관통 홀의 대응하는 길이에 대해 적합한 것으로 고려될 수 있는 감소된 두께(201R)가 획득될 수 있다.

도 2d는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 디바이스(200)를 도식적으로 나타낸 것으로, 여기서 초기 두께(201T)는 적절한 물질(203), 예를 들어 실리콘 물질과 같은 기판(201)의 물질에 대응할 수 있는 반도체 물질을 증착시킴으로써 증가될 수 있는바, 이는 에피택셜 성장 기술, 저온 화학적 기상 증착(Chemical Vapor Deposition, CVD), 플라즈마 강화 증착 기술 등에 의해 달성될 수 있다. 따라서, 증가된 두께(201S)는 추가적 층(203)에 의해 획득될 수 있다. 다른 경우에, 물질(203)은, 본딩 와이어를 형성하기 위한 템플릿 디바이스로서의 후속적 사용에 있어, 디바이스(200)의 특정 물질 특성을 조정하기 위해 제공될 수 있다. 예를 들어, 만약 조정된 표면 특성이 바람직할 수 있다면, 물질(203)은 특정된 조성으로 증착될 수 있고, 그리고/또는 기판(201)의 각각의 표면 처리가 수행될 수 있다. 예를 들어, 실리콘 카바이드, 실리콘 나이트라이드 등은 고온 안정도 및 높은 기계적 통합성을 갖는 물질을 나타낼 수 있는바, 이것은 특정 표면 조건을 제공하기 위해 효과적으로 사용될 수 있고, 그리고 또한 디바이스(200)의 원하는 증가된 전체 두께를 획득하기 위한 버퍼 물질로서도 사용될 수 있다.

도 2e는 더 진행된 제조 단계에서의 디바이스(200)를 도식적으로 나타낸 것으로, 여기서 개구들(202)은 층(203) 및 기판(201)을 관통하여 연장하도록 형성된다. 이를 위해, 앞서 설명된 바와 유사한 공정 기술이 사용될 수 있고, 여기서 예를 들어, 제 1 에칭 단계가 층(203)을 통한 에칭을 수행할 수 있고, 이후 에칭 화학이 기판(201)을 통한 에칭을 수행하기 위해 적절하게 조정될 수 있다. 또한, 이러한 경우에, 대응하는 에칭 정지 물질 및 하드 마스크 물질이, 필요하다면, 사용될 수 있다.

도 2f는 본 발명의 또 다른 예시적 실시예에 따른 디바이스(200)를 도식적으로 나타낸 것으로, 여기서 기판(201)은 두 개 이상의 개별 기판들(201L, 201U)로 구성될 수 있고, 이 기판들은 합성 기판이 형성되도록 잘 확립된 웨이퍼 본드 기술에 기반하여 결합될 수 있다. 예를 들어, 실리콘 웨이퍼들은 열과 압력을 인가함으로써 효과적으로 본딩될 수 있다. 다른 경우에, 기판들(201U, 201L)은 실리콘 다이옥사이드 층과 같은 적절한 표면 층이 획득되도록 처리될 수 있는데, 이것은 잘 확립된 공정 기술에 따라 이러한 기판들을 산화 분위기에 노출시킴으로써 달성될 수 있다. 또한, 이러한 경우에, 기판들(201U, 201L)은 잘 확립된 방식에 기반하여 본딩될 수 있다. 본딩 공정 이전에 다른 물질들이 기판들(201U, 201L)의 대응하는 표면 영역 상에 제공될 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 실리콘 나이트라이드, 실리콘 카바이드 등이 본딩 표면들로서 또한 사용될 수 있다. 일부 예시적 실시예에서, 기판들(201U, 201L) 각각은 대응하는 개구들(202)을 수용하도록 처리될 수 있으며, 이 개구들은 앞서 설명된 바와 같은 공정 기술에 기반하여 형성될 수 있다. 매우 정밀한 공정 기술로 인해, 비록 기판들(201L, 201U)이 개별적으로 처리되지만, 그럼에도 불구하고 개구들(202)은 서로 일렬로 정렬될 수 있다. 또 다른 예시적 실시예에서, 기판들(201U, 201L)은 먼저 본딩되고 후속적으로 처리되어 개구들(202)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 실리콘 다이옥사이드 층, 실리콘 나이트라이드 층 등과 같은 중간 물질 층이 에칭 정지 물질로서 효과적으로 사용될 수 있어, 에칭 공정의 증진된 제어도가 달성될 수 있다. 다른 경우에, 에칭 공정은, 필요한 경우, 양쪽 면으로부터 수행될 수 있는바, 예를 들어, 한쪽 면씩 차례로 수행될 수 있다. 또한, 이러한 경우에, 높은 정밀도는 결과적으로 개별 에칭 단계에서 형성될 수 있는 대응하는 개구들이 정밀하게 정렬될 수 있게 한다. 본래 기판(201)의 두께를 수정하기 위한 앞서 설명된 기술들 각각은 원하는 목표 두께를 획득하기 위해 결합될 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 만약 매우 두꺼운 기판이 요구된다면, 대응하는 개수의 개별 기판들이 함께 본딩될 수 있고, 이후 정밀 튜닝이, 앞서 설명된 공정 기술들 중 하나 이상에 의해, 예를 들어, 합성 기판의 표면을 연마함으로써, 혹은 추가적인 물질 층을 증착함으로써, 달성될 수 있다. 다른 경우에, 개별 기판들 혹은 기판 합성체는 중간 단계, 즉 기판들 모두를 함께 본딩하기 이전에, 처리될 수 있어, 매우 두꺼운 기판의 처리를 피할 수 있는바, 이것은 현재 이용가능한 반도체 공정 도구의 기판 처리 능력과 호환되지 않을 수도 있다.

도 2g 내지 도 2j는 템플릿 개구(202)의 다양한 단면 형상의 상면도를 도식적으로 나타낸 것이다. 도 2g는 템플릿 개구(202)를 (본딩 와이어 형성을 위한 임의의 요건에 따라 선택될 수 있는 직경(202D)을 갖는) 실질적으로 원형 형상을 갖는 것으로서 도식적으로 예시하고 있다. 도 2h는 템플릿 개구(202)를 육각형 형상으로서 도식적으로 예시하고 있고, 여기서 직경(202D)은 또한 대응하는 목표 값에 근거하여 조정될 수 있다. 유사하게, 도 2i 및 도 2j는 개구(202)의 단면 형상의 또 다른 예를 나타낸다. 그러나, 임의의 다른 원하는 단면 형상이 앞서 설명된 리소그래피 및 에칭 기술에 근거하여 정의될 수 있음을 이해해야 한다. 따라서, 대응하는 본딩 와이어의 직경 및 단면 형상을 조정함에 있어서의 높은 유연도가 달성될 수 있고, 그럼으로써 본딩 절차 동안 본딩 와이어의 기계적 특성을 어떤 정도로 조정하는 것이 가능하다.

도 2k는 원하는 목표 직경(252D) 및 원하는 단면 형상을 갖는 본드 와이어(252A)를 제공하기 위한 장치(250)를 도식적으로 나타낸 것이다. 장치(250)는 본딩 와이어(252A)의 프리폼(252)을 공급하도록 구성된 물질 소스(251)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 프리폼(252)은, 금 물질, 알루미늄 물질, 구리 물 혹은 임의의 다른 본딩 물질의 형태로 제공될 수 있다. 더욱이, 몸체(201A)를 포함하는 템플릿 디바이스(200)가 물질 소스(251)에 기계적으로 부착되며, 몸체(201A)는 실리콘, 실리콘 카바이드, 실리콘/게르마늄 등과 같은 반도체 물질을 포함할 수 있다. 다른 예시적 실시예에서, 몸체(201A)는 결정 실리콘 물질로 구성된다. 앞서 표시된 바와 같이, 몸체(201A)는, 대응하는 단면 형상 및 직경을 갖는 템플릿 개구(202)를 포함할 수 있고, 여기서 직경은, 앞서 설명된 바와 같이, 몸체(201A)의 두께 혹은 깊이를 따라 변할 수 있다. 예를 들어, 개구(202)는, 프리폼(152)을 템플릿 개구(202)를 관통시켜 잡아당기는 동안 생성될 수 있는 기계적 스트레스를 수용하기 위해, 테이퍼링된 개구의 형태로 제공될 수 있다. 대응하는 잡아당기는 힘은 대응하는 잡아당기는 디바이스(253)에 의해 공급될 수 있으며, 이러한 잡아당기는 다바이스(253)는 본 발명의 기술분야에서 잘 확립된 바와 같은 임의의 적절한 구성을 가질 수 있다. 따라서, 템플릿 디바이스(200)에 기반하여, 프리폼(152)이 템플릿 개구(202)를 관통해 잡아당겨질 수 있고, 그럼으로써 개구(202)에 의해 결정되는 원하는 목표 직경(252D)을 갖는 본딩 와이어(252A)가 획득될 수 있다. 따라서, 디바이스(200)를 형성하기 위한 이러한 고효율의 정밀한 제조 기술로 인해, 효율이 높고 재현가능한 제조 공정에 기반하는 본딩 와이어(252A)에 대한 임의의 적절한 단면 형상 및 직경이 획득될 수 있다.

결과적으로, 본 개시내용은 본딩 와이어를 형성하기 위한 장치, 템플릿 디바이스, 및 대응하는 방법을 제공하며, 여기서 적절한 템플릿 디바이스를 제공하기 위해, 잘 확립된 반도체 제조 기술이 적절한 반도체 물질과 결합되어 사용될 수 있다. 결과적으로, 임의의 원하는 목표 치수 및 단면 형상이, 높은 정밀도 및 재현성으로 대응하는 템플릿 디바이스를 제공함으로써 생성될 수 있다.

본 발명은 본 명세서에서의 가르침의 혜택을 받는 관련 기술 분야에서 숙련된 자들에게 명백한 것으로서 다르지만 등가적인 방식으로 수정 및 실시될 수 있기 때문에, 앞서 개시되는 특정 실시예들은 단지 예시적인 것이다. 예를 들어, 앞서 설명된 공정 단계들은 다른 순서로 수행될 수 있다. 더욱이, 아래의 특허청구범위에서 기술된 바와 다른 그 어떤 한정사항도 본 명세서에서 제시되는 구성 혹은 디자인의 세부적 내용을 한정하는 것으로 의도되지 않았다. 따라서, 앞서 개시되는 특정 실시예들은 변경 혹은 수정될 수 있으며 이러한 모든 변형은 본 발명의 사상 및 범위 내에 있는 것으로 고려됨은 명백하다. 따라서, 본 명세서에서 구하고자 보호 범위는 아래의 특허청구범위에서 제시되는 바와 같다.

Claims

본딩 와이어를 제작하기 위한 템플릿 디바이스(template device)로서,
반도체 물질(201)로 구성된 몸체(body)와; 그리고
상기 몸체를 관통해 연장하는 템플릿 개구(template opening)(202)를 포함하여 구성되며,
상기 템플릿 개구(202)는 상기 템플릿 개구(202)의 깊이 방향을 따라 적어도 일 단면에서, 상기 본딩 와이어(252A)의 목표 직경(target diameter)에 대응하는 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 본딩 와이어를 제작하기 위한 템플릿 디바이스.
제1항에 있어서,
상기 템플릿 개구(202)의 상기 직경은 대략 50 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 본딩 와이어를 제작하기 위한 템플릿 디바이스.
제1항에 있어서,
상기 템플릿 개구(202)는 비원형 단면(non-circular cross-section)을 갖는 것을 특징으로 하는 본딩 와이어를 제작하기 위한 템플릿 디바이스.
제1항에 있어서,
상기 템플릿 개구(202)의 폭은 상기 깊이 방향을 따라 증가하는 것을 특징으로 하는 본딩 와이어를 제작하기 위한 템플릿 디바이스.
제1항에 있어서,
상기 템플릿 개구(202)의 깊이는 대략 100 내지 5000 ㎛ 범위에 있는 것을 특징으로 하는 본딩 와이어를 제작하기 위한 템플릿 디바이스.
본딩 와이어를 형성하는 장치로서,
본딩 와이어(252A)의 프리폼(preform)(252)을 사출하는 물질 소스와;
상기 물질 소스에 부착된 템플릿 디바이스(200)와, 여기서 상기 템플릿 디바이스(200)는 반도체 물질로 구성된 몸체를 포함하며, 상기 몸체 내에는 상기 몸체를 관통해 연장하는 템플릿 개구(202)가 형성되고, 상기 템플릿 개구(202)는 상기 템플릿 개구의 깊이 방향을 따라 적어도 일 단면에서, 상기 본딩 와이어(252A)의 목표 직경에 대응하는 직경을 가지며; 그리고
상기 물질 소스에 의해 공급되는 상기 프리폼(252)을 상기 템플릿 개구(202)를 관통시켜 잡아당기도록 되어 있는 잡아당기는 기구(pull mechanism)(253)를 포함하는 것을 특징으로 하는 본딩 와이어를 형성하는 장치.
제6항에 있어서,
상기 템플릿 개구의 상기 직경은 대략 50 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 본딩 와이어를 형성하는 장치.
제6항에 있어서,
상기 템플릿 개구는 비원형 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 본딩 와이어를 형성하는 장치.
제6항에 있어서,
상기 템플릿 개구의 폭은 상기 깊이 방향을 따라 변하는 것을 특징으로 하는 본딩 와이어를 형성하는 장치.
제6항에 있어서,
상기 개구의 깊이는 대략 100 내지 5000 ㎛ 범위에 있는 것을 특징으로 하는 본딩 와이어를 형성하는 장치.
기판을 관통하는 개구(202)를 형성하는 단계와, 상기 기판은 반도체 물질(201)을 포함하고, 상기 개구(202)는 깊이 방향을 따라 적어도 일 위치에서, 본딩 와이어(252A)의 목표 직경에 대응하는 직경을 가지며;
상기 개구(202)에 의해 정의되는 직경을 갖는 상기 본딩 와이어를 획득하기 위해 상기 본딩 와이어의 프리폼(252)을 상기 개구(202)를 관통시켜 잡아당기는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제11항에 있어서,
상기 개구를 형성하는 단계는 상기 기판 위에 에칭 마스크를 형성하는 것과 그리고 상기 에칭 마스크를 사용하여 에칭 공정을 수행하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제11항에 있어서,
상기 기판 상에 물질 층을 증착시키는 것 및 상기 기판의 물질을 제거하는 것 중 적어도 하나에 의해 상기 기판의 두께를 조정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제11항에 있어서,
제 1 기판을 적어도 하나의 다른 기판에 본딩시킴으로써 상기 기판을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제14항에 있어서,
상기 개구를 형성하는 단계는 상기 제 1 기판에 제 1 개구를 형성하고 상기 적어도 하나의 다른 기판에 제 2 개구를 형성하는 것을 포함하고, 상기 제 1 개구와 상기 제 2 개구는 서로 일렬로 정렬되는 것을 특징으로 하는 방법.