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特表2022-551843金属マイクロワイヤのエクスシチュー製造、及びＩＣ回路におけるＦＩＢプレースメント
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-12-14
(54)【発明の名称】金属マイクロワイヤのエクスシチュー製造、及びＩＣ回路におけるＦＩＢプレースメント
(51)【国際特許分類】
H01L 21/60 20060101AFI20221207BHJP
【ＦＩ】
H01L21/60 301F
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022520671
(86)(22)【出願日】2020-10-05
(85)【翻訳文提出日】2022-06-03
(86)【国際出願番号】 US2020054202
(87)【国際公開番号】W WO2021067908
(87)【国際公開日】2021-04-08
(31)【優先権主張番号】16/592,102
(32)【優先日】2019-10-03
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】507107291
【氏名又は名称】テキサス インスツルメンツ インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】230129078
【弁護士】
【氏名又は名称】佐藤 仁
(71)【出願人】
【識別番号】390020248
【氏名又は名称】日本テキサス・インスツルメンツ合同会社
(72)【発明者】
【氏名】マイケル リー ドーソン
(72)【発明者】
【氏名】エドワード ジェイ プライヤー
(72)【発明者】
【氏名】ジェフェリー エル ラージ
(72)【発明者】
【氏名】マリー コールス
【テーマコード（参考）】
5F044
【Ｆターム（参考）】
5F044FF05
5F044FF06
5F044FF08
5F044FF10
(57)【要約】
回路パッケージを製造する方法（２００）が、１０ミクロン又はそれより小さい直径を有するマイクロワイヤを移送のために搭載すること（２０５）と、搭載されたマイクロワイヤと回路パッケージとを集束イオンビーム（ＦＩＢ）装置内に導入すること（２１０）とを含む。ＦＩＢ装置は、ＦＩＢ顕微鏡及びナノポジショナー（２１０）を含む。マイクロワイヤ、ナノポジショナー、及び回路パッケージは、ＦＩＢ装置のための作業領域に運ばれる（２１５）。ナノポジショナー（２２０）を用いて、マイクロワイヤと回路パッケージとを共に、取り付けのための位置に運ぶ。マイクロワイヤは、適所に溶接され（２２５）、マイクロワイヤは切り離される（２３０）。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
集積回路（ＩＣ）パッケージであって、前記ＩＣパッケージの一部として製造される第１の導電性要素と、
前記第１の導電性要素に結合された第１の端部を有するマイクロワイヤと、
を含み
前記マイクロワイヤが、エクスシチュー（ex-situ）製造され、１０ミクロン又はそれより小さい直径を有する金属を含む、
ＩＣパッケージ。
【請求項2】
請求項１に記載のＩＣパッケージであって、前記マイクロワイヤがアンテナを形成する、ＩＣパッケージ。
【請求項3】
請求項１に記載のＩＣパッケージであって、前記ＩＣパッケージの一部として製造される第２の導電性要素を更に含み、前記マイクロワイヤの第２の端部が前記第２の導電性要素に結合されている、ＩＣパッケージ。
【請求項4】
請求項３に記載のＩＣパッケージであって、前記第１の導電性要素及び前記第２の導電性要素が、各々、前記ＩＣパッケージのＩＣチップの表面より上に高架されている、ＩＣパッケージ。
【請求項5】
請求項３に記載のＩＣパッケージであって、前記第３の導電性要素に接することなく、前記マイクロワイヤが、前記第１の導電性要素と前記第２の導電性要素との間の第３の導電性要素の上を延在するように成形されている、ＩＣパッケージ。
【請求項6】
請求項３に記載のＩＣパッケージであって、前記第１の導電性要素が前記ＩＣパッケージの第１のＩＣチップ上に第１のボンドパッドを含み、前記第２の導電性要素が前記ＩＣパッケージの第２のＩＣチップ上に第２のボンドパッドを含み、前記第２のＩＣチップが前記第１のＩＣチップ上に搭載され、更に、前記マイクロワイヤが、前記第１のボンドパッド及び前記第２のボンドパッドへの取り付けのために成形される、ＩＣパッケージ。
【請求項7】
請求項３に記載のＩＣパッケージであって、前記マイクロワイヤがマイクロインダクタを形成するように成形される、ＩＣパッケージ。
【請求項8】
回路パッケージの製造方法であって、前記方法が、金属でつくられ、１０ミクロン又はそれより小さい直径を有する、移送のためのマイクロワイヤを搭載することと、
前記搭載されマイクロワイヤと前記回路パッケージを、集束イオンビームＦＩＢ顕微鏡とナノポジショナーとを含むＦＩＢ装置に内に導入することと、
前記マイクロワイヤ、前記ナノポジショナー、及び前記回路パッケージを、前記ＦＩＢ装置のための作業領域に運ぶことと、
前記ナノポジショナーを用いて、前記マイクロワイヤと前記回路パッケージとを取り付けのための位置で一緒にすることと、
前記マイクロワイヤを適所に溶接することと、
前記マイクロワイヤを切り離すことと、
を含む、方法。
【請求項9】
請求項８に記載の方法であって、前記ＦＩＢ装置が走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を更に含む、方法。
【請求項10】
請求項８に記載の方法であって、前記ナノポジショナーが、細長い先端部、マイクログリッパ、微小電気機械（ＭＥＭ）デバイス、及び位置決めのために静電気力を使用するデバイスから成る群から選択される要素を含む、方法。
【請求項11】
請求項８に記載の方法であって、前記マイクロワイヤを適所に溶接することが、（トリメチルシクロペンタジエン）トリメチルプラチナ（Ｃ９Ｈ１７Ｐｔ）とタングステンヘキサカルボニル（Ｗ（ＣＯ）６）とを含む有機金属前駆体の群から選択される前駆体ガスを使用する、方法。
【請求項12】
請求項８に記載の方法であって、前記回路パッケージが、単一ＩＣチップ、共に取り付けられた複数のＩＣチップ、チップ・ツー・デバイス・パッケージ、及びデバイス・ツー・デバイス・パッケージから成る群から選択された要素を含み、前記デバイスが非ＩＣ電気構成要素又は回路である、方法。
【請求項13】
請求項８に記載の方法であって、前記マイクロワイヤを成形してアンテナを形成することを更に含む、方法。
【請求項14】
請求項８に記載の方法であって、マイクロワイヤを成形してマイクロインダクタを形成することを更に含む、方法。
【請求項15】
請求項８に記載の方法であって、前記マイクロワイヤを適所に溶接することが、前記マイクロワイヤの第１の端部を前記回路パッケージの第１のＩＣチップ上の前記第１の導電性要素に溶接することと、前記マイクロワイヤの第２の端部を前記第１のＩＣチップ上の第２の導電性要素に溶接することとを含む、方法。
【請求項16】
請求項１５に記載の方法であって、前記第１の導電性要素と前記第２の導電性要素との間の第３の導電性要素の上に、前記マイクロワイヤをアーチ状に成形することを更に含む、方法。
【請求項17】
請求項８に記載の方法であって、前記回路パッケージが、第２のＩＣチップが上に搭載された第１のＩＣチップを含み、前記方法が、前記第１のＩＣチップ上の第１のボンドパッドと前記第２のＩＣチップ上の第２のボンドパッドとの間に取り付けのためのマイクロワイヤを成形することを更に含み、
前記マイクロワイヤを適所に溶接することが、前記マイクロワイヤの第１の端部を前記第１のボンドパッドに溶接することと、前記マイクロワイヤの第２の端部を前記第２のボンドパッドに溶接することとを含む、
方法。
【請求項18】
請求項８に記載の方法において、前記ナノポジショナーを用いて前記前記マイクロワイヤと前記回路パッケージを一緒にすることが、前記ナノポジショナーの先端部を前記搭載されたマイクロワイヤに溶接することと、マイクロワイヤセクションを切り離すことと、取り付けのための前記位置に前記マイクロワイヤセクションを配置することとを含み、更に、前記マイクロワイヤを切り離すことが、前記マイクロワイヤセクションを前記ナノポジショナーの前記先端部から切り離すことを含む、方法。
【請求項19】
マイクロワイヤを製造するための方法であって、１０ミクロン又はそれより小さい直径を達成するために、導電性金属を含む事前形成されたワイヤの或るセクションを、既知の濃度及び温度を有するエッチャント溶液中に或る時間期間懸架させることと、
エッチングされた前記ワイヤを前記エッチャント溶液から除去することと、
前記エッチングされたワイヤをリンスすることと、
を含む、方法。
【請求項20】
請求項１９に記載の方法であって、前記導電性金属がタングステンであり、前記エッチャント溶液が、約３０％の濃度及び約１１０℃の温度の過酸化水素である、方法。
【請求項21】
請求項１９に記載の方法であって、前記導電性金属が銅であり、前記エッチャント溶液が希硝酸である、方法。
【請求項22】
請求項１９に記載の方法であって、前記導電性金属がアルミニウムであり、前記エッチャント溶液が希塩酸である、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
半導体集積回路（ＩＣ）チップの生産及び評価の初期段階において、「回路修正（circuit edit）」は、既存の結合を切断するか、又は既存のＩＣチップに新たな結合を追加することによって、開発サイクルタイム及び販売までの時間を効果的に短縮するために一般に用いられる慣行である。回路修正は、例えば、数時間又は数日で改変を行う、迅速なプロトタイプ改変を提供し得る。これらの同じ改変は、半導体製造プラントを介して処理すると数週間要することがある。これは、しばしば、高価なマスクセットを生産又は改変する必要があるためである。回路修正を行うための技術は現存する課題の多くに対処するが、いくつかのタイプの新たな接続を確立することに関して、引き続き未解決の課題もある。
【発明の概要】
【0002】
いくつかの実施例は、マイクロワイヤを製造する方法、及び、集束イオンビーム（ＦＩＢ）顕微鏡、ＦＩＢと走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の組み合わせ、プラズマＦＩＢ顕微鏡、又は同様の顕微鏡のいずれかを使用する装置を用いて、ＩＣチップ及び回路パッケージ内にマイクロワイヤを配置する方法を提供する。マイクロワイヤは、現時点では困難又は不可能なタイプの回路修正において、ＦＩＢ装置の能力を高めるために、開発中に用いることができる。ＦＩＢ装置を用いて、マイクロワイヤをＩＣチップ及びパッケージの生産に組み込むこともできる。ＩＣチップと共に使用するために開発されたが、記載される方法及びデバイスは、ＩＣの一部ではない回路においても利用し得る。
【0003】
一態様において、ＩＣパッケージの実施例が説明される。ＩＣパッケージは、ＩＣパッケージの一部として製造される第１の導電性要素と、第１の導電性要素に結合された第１の端部を有するマイクロワイヤとを含み、マイクロワイヤは、エクスシチュー（ex-situ）製造され、１０ミクロン又はそれより小さい直径を有する金属を含む。
【0004】
別の態様において、金属で形成されたマイクロワイヤを有する集積回路パッケージを製造する方法の一実施例が記載される。この方法は、移送のためのマイクロワイヤであって、金属で形成され、１０ミクロン又はそれより小さい直径を有するマイクロワイヤを搭載することと、搭載されたマイクロワイヤ及び回路パッケージを、集束イオンビーム（ＦＩＢ）顕微鏡とナノポジショナーとを含むＦＩＢ装置に導入することと、マイクロワイヤ、ナノポジショナー、及び回路パッケージをＦＩＢ装置の作業領域に運ぶことと、ナノポジショナーを用いて、マイクロワイヤ及び回路パッケージを取り付けのための位置に共に運ぶことと、マイクロワイヤを適所に溶接することと、マイクロワイヤを切り離すこととを含む。
【0005】
更に別の態様において、マイクロワイヤを製造する方法の一実施例が記載される。この方法は、１０ミクロン又はそれより小さい直径を達成するために、既知の濃度及び温度を有するエッチャント溶液中に、導電性金属を含む予め形成されたワイヤの或るセクションを、或る時間期間、懸架することと、エッチングされたワイヤをエッチャント溶液から除去することと、エッチングされたワイヤをリンスすることとを含む。
【0006】
本記載の実施例は、同様の参照符号が類似要素を示す添付図面の図において、限定としてではなく例として示されている。「１つの（ａｎ又はｏｎｅ）」実施例に対する異なる言及は、必ずしも同じ実施例に対するものではなく、少なくとも１つを意味し得る。更に、特定の特徴、構造、又は特性が或る実施例に関連して記載されている場合、明示的に記載されているかどうかにかかわらず、それは、他の実施例に関連したそのような特徴、構造、又は特性を実施する当業者の知見の範囲内にある。本明細書で用いられるように、「結合する」という語はワイヤレス接続を含み得る「通信可能に結合された」と認定されない限り、間接的又は直接的な電気的接続のいずれかを意味する。そのため、第１のデバイスが第２のデバイスに結合する場合、その接続は、直接的な電気的接続を介するもの、又は他のデバイス及び接続を介する間接的電気的接続を介するものであり得る。
【0007】
添付の図面は、本明細書に組み込まれており、本明細書の一部を形成して、本明細書の１つ又は複数の例示の実施例を図示する。本記載の種々の利点及び特徴は、添付の特許請求の範囲に関連して、また添付の図面を参照して、以下の詳細な記載から理解され得るであろう。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】一実施例に従った導電性マイクロワイヤの製造方法を示す。
【0009】
【図1A】一実施例に従った、マイクロワイヤを形成するためにエッチングされている事前形成されたワイヤ或るセクションを示す。
【0010】
【図2】一実施例に従った、回路パッケージの製造方法を示す。
【0011】
【0012】
【図3A】一実施例に従った、ナノポジショナーの先端に取り付けられたマイクロワイヤを示す。
【0013】
【図3B】一実施例に従った、ＩＣチップの表面に取り付けられたマイクロワイヤを示す。
【0014】
【図3C】一実施例に従った、回路パッケージに取り付けられた２本のマイクロワイヤを示す。
【0015】
【図4A】一実施例に従った、ＩＣチップの表面に設けられた２つの埋め込み導電性要素を結合するマイクロワイヤを示す。
【0016】
【図4B】一実施例に従った、ＩＣチップのレベル間誘電体の頂部に設けられた２つの導電性要素を結合するマイクロワイヤを示す。
【0017】
【図4C】一実施例に従った、ＩＣチップ上の第３の導電性要素を回避しつつ２つの導電性要素を結合するマイクロワイヤを示す。
【0018】
【図4D】一実施例に従った、スタックされた第１のＩＣチップ及び第２のＩＣチップのためのボンドパッドを結合するマイクロワイヤを示す。
【0019】
【図4E】一実施例に従った、アンテナを形成するように成形されており、ＩＣチップ上の導電性要素に取り付けられたマイクロワイヤを示す。
【0020】
【図4F】一実施例に従った、マイクロインダクタを形成するように成形されており、ＩＣチップ上の導電性要素に取り付けられたマイクロワイヤを示す。
【0021】
【図5】デュアルビームＦＩＢ顕微鏡及びＳＥＭを示しており、これは金属製マイクロワイヤを含むＩＣチップの製造に利用し得る。
【0022】
【0023】
【発明を実施するための形態】
【0024】
以下、本発明の特定の実施例について、添付の図を参照して詳細に説明する。以下の本発明の実施例の詳細な記載において、本発明のより完全な理解を提供するために、多数の具体的な詳細が記載される。しかしながら、これらの具体的な詳細なしに本発明が実施され得ることは当業者に明らかであろう。他の事例において、本記載を不必要に複雑にすることを避けるため、周知の特徴は詳細に記載されていない。
【0025】
ＩＣ回路は近くの構造物に不用意に影響を与えることなく、デバイス内部の小さな相互接続を改変するために、精度が要求される。現在開発中のチップ上の回路修正には、高精度電動ステージ、高真空チャンバ、特定のガス化学物質、すなわち前駆体ガス、及び、コンピュータ支援製図（ＣＡＤ）ナビゲーション、を備えるＦＩＢ顕微鏡が必要であり、これらにより、表面下に位置し、露出されるまでは見ることができないターゲットの相互接続の位置特定をする。前駆体ガスとイオンビームスキャンの組合せを用いて、これらのＦＩＢ顕微鏡は選択性エッチングと堆積を行うことができる。
【0026】
次に、図５を参照すると、オペレーション中のＦＩＢ装置５００の側面図が示されている。ＦＩＢ装置５００のセンターピースは、液体金属イオン源（例えば、ガリウム）からイオンビーム５０４を生成する一次イオンカラム５０２である。正に帯電したガリウムイオン（Ｇａ＋）５０６は、フィールドエミッタポイント源から引き出され、一般に３０～５０キロボルト（ｋＶ）範囲の大きな電位の印加によって加速される。静電レンズの助けを借りて、エミッションは、サブミクロン直径を有し得るイオンビーム５０４内に集束される。イオンビーム５０４は、故障解析に必要とされ得るような、集積回路であり得るサンプル５０８をミリングするために用いられ得る。サンプル５０８は、通常、真空チャンバ５１２内部のステージ５１０上に配置される。
【0027】
イオンビーム５０４がサンプル５０８に衝突すると、二次電子５１４、二次イオン（Ｉ＋又はＩ－）５１６、及び中性分子及び原子５１８が、サンプル表面５２０から放出され得る。帯電粒子は、電気的にバイアスされたグリッドに向かって引き出され、イオンカラム５０２から概ね或る角度に配置される検出器（図示せず）によって収集される。放出された粒子からの信号は、増幅されて表示されて、対象領域のリアルタイム画像を提供し得る。
【0028】
デュアルカラムツールは、イオンカラム５０２から４５～６０度傾斜され得る任意の電子カラム５２２によって補完されるイオンカラム５０２を有し得る。電子カラム５２２は、一連の電子５２４を局所エリアに送達し、ＦＩＢ装置５００のためのＳＥＭ画像化を行なって、イオンカラム５０２単独によって形成される画像よりも概して優れた画像を提供し、増大した被写界深度を提供するのに役立つ。電子カラム５２２はまた、ミリングエリアを画像化するのが容易であるため、断面化及び透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）サンプル準備を補助し得る。
【0029】
イオンビーム５０４は、概して、単一方向ラスタ又はユーザ定義パターンでサンプル５０８を横切って移動される。オペレータは、ビーム電流、スポットサイズ、画素間隔、滞留時間などの種々のパラメータを制御する。サンプル表面に衝突するガリウムイオン５０６のドーズ量、又は量は、概して、ビーム電流、スキャン持続期間、及びスキャンエリアの関数である。サンプルに向けられたガリウムイオン５０６当たりの二次イオン５１６の数である二次歩留まりは、ミリングされる材料の関数である。イオンビーム５０４によってスパッタされたサンプル５０８の表面材料の量は、上述のパラメータの全ての関数である。
【0030】
イオンビーム５０４は、サンプル材料に対してスパッタリング効果を有し得るが、しばしば、材料を化学的に除去するのを補助するためにガスを添加する必要があり、それによって材料除去プロセスが向上される。ガス支援エッチングは、モデムＦＩＢの一般的な特徴である。任意選択のガス注入カラム５２６が、局所化された堆積ガス５２８をミリングされるべきエリアに送達する。この堆積ガス５２８は、イオンビーム５０４と相互作用して、選択的ガス支援化学的エッチングを提供し得る。あるいは、一次イオンビームを用いてガスを分解し、サンプル上に導電性又は絶縁性材料を選択的に堆積させることができる。
【0031】
半導体デバイスの改変は、実施されるべき改変の局所化されたエリアにイオンビームを向けることによって、ＦＩＢによって促進され得る。イオンビームは、局所エリア内の材料を除去し、種々の層をミリングする。対象の層に到達すると、回路修正は、接続を確立するために所望の位置に新たな金属線又は他の材料を堆積することによって、又は接続を切断するために既存の導電性線を切断することによって行うことができる。いくつかの例において、ＦＩＢ内部に導電性接続を生成するために、例えばプラチナを含む有機金属前駆体が目標エリア、例えば２つ又はそれ以上の導電性コンタクトポイントに向けてチャンバ内に注入され、イオンビームがデバイスの表面上のパターンを走査し、前駆体ガスの分解を引き起こし、デバイス上への堆積をもたらす。他の前駆体ガスは、タングステンヘキサカルボニル（Ｗ（ＣＯ）６）、並びにアルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）などを含む有機金属ガスを含み得る。
【0032】
ＦＩＢ装置は、基板の裏側を介するか、又はそれ以外の、金属層を包囲する誘電体層を介するアプローチを用いて、デバイス上で回路修正を行うことができる。最善のアプローチは、デバイスの配置、及び表面と所望の導電性要素との間に存在する障害物に依存し得る。図６Ａは、ＦＩＢ装置が新たな接続を提供する、ＩＣチップ６００Ａの裏側を介して実施される回路修正の一例を示す。ＩＣチップ６００Ａは、基板６０２及びレベル間誘電体（ＩＬＤ）６０４を含む。基板６０２は、ドープされたシリコンである導電性領域６０６を含み、例えば、ソース、ドレイン、又は回路に関連するウェルを形成し得る。ＩＬＤ６０４は、ビア６０８によって接続され得る、金属層Ｍ１～Ｍ６を含む。
【0033】
示される回路修正では、基板内の導電性領域６０６Ａと、金属層Ｍ５の一部である導電性要素６１０との間に、新たな接続がつくられている。ＦＩＢ装置を用いて、トレンチ６１２が基板６０２内にミリングされ、対象領域が露出される。また、トレンチ６１４Ａ及びトレンチ６１４Ｂは、各々、導電性要素６１０及び導電性領域６０６Ａと接するようにミリングされている。これらのトレンチは、基板６０２の一部を横切るため、新たな接続は基板から絶縁される必要がある。これは、トレンチ６１２の底部６１８の一部を横切って延在するとともに、トレンチ６１４Ａ及び６１４Ｂを充填し得る誘電体層、例えばシリコン酸化物６１６を堆積することによって達成し得る。次いで、ＦＩＢは、トレンチ６１４Ａ及びトレンチ６１４Ｂを充填するシリコン酸化物６１６を介してミリングし得、一方、これらのトレンチの壁上に酸化シリコンの層を残すことができる。次いで、ＦＩＢは、２つのトレンチ６１４Ａ、６１４Ｂ間に導電性接続を形成するとともに、トレンチ６１４Ａ及びトレンチ６１４Ｂ内に導電性材料６２０を堆積する。
【0034】
図６Ａに示された回路修正は、現行のＦＩＢ装置５００の能力の範囲内に十分にあるが、他の所望の修正、例えば、ＢＯＡＣ（Bond over active circuit）又は頂部銅要素などの、表面より上に上にある２つの導電性要素の間に導電性接続を形成することなどを行うことはＦＩＢには現時点では不可能である。図６Ｂは、誘電体層６２２、頂部銅要素６２４、及び頂部銅要素６２６を含むＩＣチップ６００Ｂを示す。この例では、頂部銅素子６２４と頂部銅素子６２６との間に、これら頂部銅素子間に誘電体をまず堆積することなく、新たな接続を形成することが望ましい。しかしながら、堆積物はガスから作られ、導電性要素６２４、６２６は張り出し部（overhang）を含むため、頂部銅要素６２４と頂部銅要素６２６との間のギャップを横切る接続を提供することはできない。その代わりに、接続を堆積しようとすると、図示のように、不連続なセクション６２８Ａ、６２８Ｂ、６２８Ｃが生じることになる。
【0035】
ＦＩＢ内に形成される導電性要素で生じ得るもう一つの問題は、金属導電性要素を揮発させるために用いられる方法の結果として生じる。ＦＩＢにおける接続の蒸着に用いられる金属、例えば、白金、タングステン、又はモリブデンなど、はさほど揮発性ではないので、これらの金属を使用するために、これらの金属は、揮発性を高めるために炭素の「ケージ」内に封入され得る。一実施例では、（トリメチルシクロペンタジエナール）トリメチルプラチナ（Ｃ９Ｈ１７Ｐｔ）がプラチナを堆積するために用いられる前駆体ガスである。結果として得られた堆積された白金は多量の炭素を含有し、これは、接続の抵抗率を増加させる。ＦＩＢによって堆積される例示の接続は、約２０オーム／ミクロンの抵抗率を有する。これは、９０μｍの長さ及び１μｍの幅を有する例示のＦＩＢ接続は、約１８００オームの抵抗を有し得ることを意味する。幅を２μｍに増加させることで、抵抗は、約９００オームまで低下させることができるが、高いままである。これは、電流が接続を焼き尽くす恐れがあるので、新たな接続が大電流の搬送を必要とするときに問題を生じる。これらの問題に対処するために、ＦＩＢで実施され得る新たなオペレーションが必要とされている。
【0036】
本願は、例えば、数ミクロン又は更に小さい直径を有するマイクロワイヤを製造し、これらのマイクロワイヤをＩＣチップ上に結合された導電性要素に使用する方法を記載する。電気化学エッチングは、ワイヤの直径を減少させる既知の方法であり、多くのプロセス、例えば走査型トンネル顕微鏡法で使用するために、非常に小さく、鋭い先端部の製造に用いられてきている。出願人は、１０μｍ又はそれより小さい直径を有するマイクロワイヤを提供するためにワイヤの化学エッチングを適合させてきた。一旦用意されると、これらのマイクロワイヤは、集積回路チップ上で回路修正を行う際に用いることができる。既存のＦＩＢプロセスにおける特定された欠点を解決するためのそれらの使用に加えて、記載されたマイクロワイヤをＩＣチップの製造において使用する方法も特定されている。また、記載される概念は、ＩＣで使用するために開発されたものであるが、それらの使用は以下で更に説明するように、ＩＣに限定されるものではない。
【0037】
図１は、回路修正において利用することができ、完成したパッケージの製造にも利用し得る、マイクロワイヤを製造するための方法１００のフローチャートを示す。この方法は、現在は、ワイヤの均一なエッチングを提供することが示されている手動プロセスである。手動方法は、概念の証明を提供するために本明細書に記載されているが、本方法を限定するものではない。方法１００は、既知の濃度及び温度を有するエッチャント溶液中に、予め形成されたワイヤのセクションを懸架する（１０５）で始まる。タングステン、銅、アルミニウムなどの導電性金属を含む事前形成されたワイヤは、１０ミクロン又はそれより小さい直径を達成する時間期間の間、エッチャント溶液中に残る。一実施例では、事前形成されたワイヤはタングステンであり、１ミルの初期的な直径を有する。
【0038】
試験を行って、所望の結果を達成するための適切な濃度及び時間を決定した。次いで、１ミルの直径を有するタングステンワイヤの種々のセグメントを、１１０℃の３０％過酸化水素水溶液中に約３０分間±１分間懸架させ、１μｍ～６μｍの範囲のそれぞれの直径を有するマイクロワイヤを得た。必要な実際の時間は、事前形成されたワイヤの金属組成及び初期直径、エッチャント及びエッチャント濃度、並びに溶液の温度に依存する。使用し得る他の金属及びそれぞれのエッチャントのいくつかの例には、銅配線をエッチングするための希硝酸、及びアルミニウムワイヤをエッチングするための希塩酸が含まれる。決定された時間が経過すると、この方法は、エッチングされたワイヤをエッチャント溶液から除去すること（１１０）で続く。エッチングされたワイヤは、エッチング作用を完全に止めるためにリンスされる（１１５）。
【0039】
図１Ａは、マイクロワイヤを形成するためのエッチング中のワイヤの一例を示す。この図は、一定の縮尺で描かれておらず、単に一般的な概念を示すために提供されている。予め形成されたワイヤ１２２は、特に図示されていないホルダを用いてエッチャント溶液１２４中に懸架されている。エッチングの期間の後、事前形成されたワイヤ１２２は２つのセグメントを含み、第１のセグメント１２６はエッチャント溶液の上に残り、エッチングの影響を受けず、第２のセグメント１２８は、エッチャント溶液１２４に浸漬され、直径が経時的に減少する。エッチャント溶液１２４は選択された温度に維持されるが、この場合も装置は特に示されていない。第１のセグメント１２６はその直径及び可視性を保持するが、第２のセグメント１２８が１０μｍ又はそれより小さいの最終直径に近づくと、第２のセグメント１２８もはや肉眼では見えず、拡大した場合にのみ見ることができる。マイクロワイヤは使用のためにＦＩＢチャンバに移送されることになるので、セグメント１２６は移送中にワイヤ１２２の取り扱いのために取り付けられたままであり得る。更に、事前形成されたワイヤ１２２の長さを、ＦＩＢチャンバ内で操作可能な長さに制限することが望ましい場合がある。現行のＦＩＢチャンバは、概して、数百ミリメートルで測定可能なサイズを有し、したがって、数ミリメートルの長さを有するマイクロワイヤを提供し得る。
【0040】
図２は、一実施例に従った、回路パッケージの製造方法２００のフローチャートを示す。回路パッケージは、単一のＩＣチップ、例えばマルチチップモジュールのように共に取り付けられる複数のＩＣチップを含み得る。本願の目的のために、ＩＣチップについての言及は、ＩＣパッケージ又は回路パッケージの一部であるＩＣチップを含む。ＩＣパッケージ又は回路パッケージは、図３Ａ～図３Ｃ及び図４Ａ～図４Ｆに示す素子を含み得るが、これらに限定されないことに留意されたい。回路パッケージはまた、デバイスに結合されたチップを含み得、デバイスは、非ＩＣ電気部品又は回路、あるいは或るデバイスに結合されたデバイスである。回路パッケージは、回路修正が実施されている場合、製造のプロセス中であり得、或いは、その設計の開発及び／又はデバッグのプロセス中であり得る。回路修正が実施されているとき、回路パッケージの１つ又は複数の領域は、例えば、材料を除去して１つ又は複数の導電性要素を露出させるためにＦＩＢ装置を用いて、事前に露出されていてもよい。導電性要素は、ボンドパッド、ビア、ワイヤ、金属層、構成要素などを含み得るが、これらに限定されない。回路パッケージはまた、研究応用例の一部であってもよく、微小電気機械（ＭＥＭ）デバイスなどを含んでもよい。
【0041】
方法２００は、移送のために１０μｍ又はそれより小さい直径を有するマイクロワイヤを搭載すること（２０５）で始まる。一実施例では、マイクロワイヤは図１の方法１００を用いて形成されている。一実施例では、マイクロワイヤは、ＦＩＢチャンバ内への導入のためにマイクロワイヤを保持する安定した手段を提供する基板に搭載され、基板はその目的に適した任意の材料で形成され得る。一実施例では、マイクロワイヤは、例えば、マイクロワイヤをそこからＦＩＢ内にピックアップし得るクレードルなど、レセプタクル内に配置される。一実施例では、ワイヤ全体の直径は１０ミクロン又はそれより小さい。一実施例では、ワイヤの第１のセクションが１０ミクロン又はそれより小さい直径を有し、ワイヤの第２のセクションが、より容易に固定し得るより大きな直径を有する。
【0042】
搭載されたマイクロワイヤ及び回路パッケージは、プラズマＦＩＢ顕微鏡であり得るＦＩＢ顕微鏡と、ナノポジショナーとを含むＦＩＢ装置に導入される（２１０）。いくつかの実施例において、ＦＩＢ装置が走査型電子顕微鏡も含む。要求されるわけないが、ＳＥＭは、内部作業領域の別個の図を提供し、３次元のＦＩＢチャンバ内にマイクロワイヤなどのアイテムを配置する能力を改善する。ナノポジショナーは、ナノメートルの精度でサンプルを位置決めできる高精度のモーションデバイスである。ナノポジショナーは、当初、ＴＥＭサンプル準備に使用するためにＦＩＢチャンバに導入されたが、マイクロワイヤの操作のために再利用し得る。本願の目的のために、ナノポジショナーについての言及は、マイクログリッパ、ＭＥＭＳデバイス、静電気力を使用するデバイスなど、並びに、自己アセンブリ又は自己整合の方法を含むと解釈される。ＦＩＢチャンバは更に、高真空を提供するように結合され、高エネルギー源、可視化のための検出器、及び、前述のようにミリング又は堆積のいずれかを行うために使用し得る複数の化学物質を含む。
【0043】
次いで、マイクロワイヤ、回路パッケージ、及びナノポジショナーを、ＦＩＢ装置のための作業領域に運び（２１５）、ナノポジショナーを用いて、マイクロワイヤ及び回路パッケージを共に、取り付けのための位置に運ぶ（２２０）。一実施例では、回路パッケージを操作して２つを接触させる一方で、マイクロワイヤを静止状態に保持し得る。一実施例では、マイクロワイヤが、ナノポジショナーの一部であるマイクログリッパによってピックアップされ、回路パッケージ上に正確に配置され得る。マイクロワイヤはまた、細長い先端部のみを含むナノポジショナーを用いて非常に正確に配置し得る。このプロセスを以下に説明する。一旦配置されると、マイクロワイヤセクションは、１つ又は複数の溶接部を用いて適所に溶接される（２２５）。一実施例において、溶接部は、前駆体ガス（トリメチルシクロペンタジエナール）トリメチルプラチナを用いてつくられ、マイクロワイヤを横切ってプラチナの短いストラップを堆積させる。マイクロワイヤが適所に固定されると、マイクロワイヤは、マイクロワイヤを保持しているか又はマイクロワイヤに取り付けられているデバイスから切り離され得る（２３０）。
【0044】
上述のように、一例の実施例において、ナノポジショナーは、マイクロワイヤが最初に取り付けられなければならない細長い先端を含む。この方法のための付加的な要素が図２Ａに示されている。ナノポジショナーの先端は、マイクロワイヤに溶接される。ＦＩＢ装置の文脈では、溶接という用語は、物理的及び／又は電気的接続をつくるプロセスを説明するために用いられ、ナノポジショナー及びマイクロワイヤの両方に接着し得る利用可能な化学物質の１つの少量を堆積させることによって達成し得る。溶接部は、取り付けるものがＩＣチップ上の適所に配置されることになるマイクロワイヤの部分内にあるように配置され得る。次いで、マイクロワイヤの或るセクションが、使用のために切断される（２４５）。位置決め（２２０）及び溶接（２２５）が完了した後、マイクロワイヤセクションを、ナノポジショナーの先端から切断する（２５０）ことによって、マイクロワイヤセクションを切り離し得る（２３０）。
【0045】
図３Ａは、図２Ａの方法の一部を示す作業領域３００Ａのイオンビーム図の図面である。基板３１０は、取り付けられたマイクロワイヤ３１２と共に背景に見られる。ナノポジショナー先端３１４は、元々マイクロワイヤ３１２の或るセクションに溶接され、次いで、マイクロワイヤセクション３１６を形成するよう切断された。矢印３１３は、切断が行われたマイクロワイヤ３１２及びマイクロワイヤセクション３１６上の位置を指す。また、図３には、ガスインジェクションシステムの一部であるノズル３１８も示されている。比較のために、ノズル３１８は直径が約１ミリメートルである。一実施例において、ナノポジショナーはOxford Instruments Nano-Manipulatorである。
【0046】
図３Ｂは、方法２００が完了した後のＦＩＢチャンバの作業領域３００Ｂの更なる図である。作業領域３００Ｂに見られるように、ＩＣチップ３２２はボンドパッド３２４を含む。マイクロワイヤセクション３２６は、プラチナ溶接部３２８Ａを用いてボンドパッド３２４に取り付けられている。追加のプラチナ溶接部３２８Ｂ、３２８Ｃ、３２８Ｄも、マイクロワイヤセクション３２６を更に固定するために追加されている。マイクロワイヤセクション３２６は、長さ約５００μｍ、直径約１μｍである。マイクロワイヤ３２６は第２の導電性要素に取り付けられては示されていないが、外部でつくられたマイクロワイヤをＩＣチップ上に配置して取り付ける能力は図３Ｂによって明確に示されている。この実施例において、マイクロワイヤ３２６上の抵抗値は、４点ケルビン測定法を用いて、９０μｍの長さにわたって１．６オームを測定し、この抵抗値はＦＩＢ堆積法を用いた抵抗よりも２桁良好である。
【0047】
図２Ｂ～図２Ｆはそれぞれ、方法２００の要素上で更に拡張する要素、又は方法２００の一部であり得る付加的な要素のいずれかを示す。これらの付加的な要素の各々は図４Ａ～図４Ｆと関連して説明される。図４Ａ～図４Ｆは、記載されるマイクロワイヤを利用して、回路修正中の新たな接続を、又は製造回路パッケージの正規の部品として形成し得る、多くの方式を示している。図２Ｂでは、マイクロワイヤセグメントを適所に溶接する（２２５）要素を拡大して、マイクロワイヤセグメントの第１の端部がＩＣチップ上の第１の導電性要素に溶接され、マイクロワイヤセグメントの第２の端部がＩＣチップ上の第２の導電性要素に溶接されていること（２６０）を明確にしている。この例では２つの導電性要素のみが結合されているが、複数の導電性要素は１つ又はそれ以上のマイクロワイヤを用いて共に結合され得る。
【0048】
要素２６０の最も単純な例は図４Ａに示されており、これは、導電性溶接（特に図示せず）によって第１の導電性要素４０４及び第２の導電性要素４０６に取り付けられるマイクロワイヤセグメント４０８を含むＩＣチップ４００Ａの断面を示す。第１の導電性要素４０４及び第２の導電性要素４０６は、例えば、レベル間誘電体４０２に共に埋め込まれる、金属層のボンドパッド又はセグメントであり得る。この種の回路修正は、現行のＦＩＢ技法の能力の範囲内であるが、記載される方法で取り付けられたマイクロワイヤは、はるかに低い抵抗値を提供し得、例えば、ＦＩＢ内に堆積されたプラチナを用いる接続よりも大きな電流を導通し得る。一実施例において、この例は、より低い抵抗及び電流搬送能力を必要とする特定の回路修正のために確保され得る。
【0049】
別の例が図４Ｂに示されており、これはＩＣチップ４００Ｂの断面を示す。ＩＣチップ４００Ｂは、第１の導電性要素４１４と、ＩＣチップ４００Ｂの表面４１１の上方にある第２の導電性要素４１６とを含む。第１の導電性要素４１４及び第２の導電性要素４１６は、レベル間誘電体４１２の頂部に形成された頂部銅層又はＢＯＡＣ層の一部とし得る。第１の導電性要素４１４及び第２の導電性要素４１６の高さ及びアンダーカット側部の両方は、図６Ｂに示されるように、これら２つの導電性要素の間に誘電体を最初に堆積することなく堆積された金属を用いて接続を形成することはできない。しかしながら、マイクロワイヤセグメント４１８は、第１の導電性要素４１４と第２の導電性要素４１６との間を橋渡しするのに十分な剛性を有する。
【0050】
２本のボンドワイヤとそれらのそれぞれのボンドパッドとの間の表面結合及び高架結合の両方を提供するために追加されたマイクロワイヤの例が、図３Ｃに示されている。ＦＩＢチャンバ内の完成した作業のこの更なる図において、ＩＣチップ３３０は、ボンドパッド３３２、３３４及びそれらのそれぞれのボンドワイヤ３３６、３３８を含む。ボンドワイヤ３３６ははんだ接合部３４０によってボンドパッド３３２に取り付けられ、ボンドワイヤ３３８ははんだ接合部３４２によってボンドパッド３３４に取り付けられる。ボンドワイヤ３３６及びボンドパッド３３２をボンドワイヤ３３８及びボンドパッド３３４に結合することが望まれていた。ターゲット抵抗のため、結合を形成するために２本のマイクロワイヤを配置した。図示の実施例において、マイクロワイヤ３４４が溶接部３４８によって、はんだ接合部３４０及びはんだ接合部３４２に取り付けられた。マイクロワイヤ３４６は、空中結合として配置され、溶接部３５０によってボンドワイヤ３３６及びボンドワイヤ３３８に取り付けられる。
【0051】
第１及び第２の導電性要素が、直線ワイヤが接続を形成することを可能にする位置にあるとは限らない。例えば、第３の導電性要素は、第１の導電性要素と第２の導電性要素との間に存在し得る。ＦＩＢ化学物質を用いる場合、第３の導電性要素への偶発的な接続は、第３の導電性要素の上に誘電体の層を最初に堆積させ、続いて所望の接続を堆積させることによってのみ回避し得る。しかしながら、ＦＩＢ内に堆積された誘電体はリークの可能性があり、その接続と第３の導電性要素との間の望ましくないリーケージをもたらし得るともに、多量の時間を要する。図２Ｃは、この状況において方法２００に追加し得る要素を示す。この実施例では、マイクロワイヤセグメントは、第３の導電性要素に接することなく、第１の導電性要素と第２の導電性要素との間の第３の導電性要素を覆ってアーチ状に成形され得る（２６５）。一実施例において、成形は、マイクロワイヤを位置決めする前に行われる。一実施例において、マイクロワイヤの第１の端部を適所に溶接し、次いで、マイクロワイヤの第２の端部を溶接する前に、マイクロワイヤを曲げるか又はその他の方式で所望の形状に整形し得る。
【0052】
図４Ｃは、第１の導電性要素４３４及び第２の導電性要素４３６の各々がレベル間誘電体４３２内に埋め込まれている、ＩＣチップ４００Ｃの或るセクションを示しており、第３の導電性要素４３７は、第１の導電性要素４３４と第２の導電性要素４３６との間の直接経路上にある。マイクロワイヤセグメント４３８は、第３の導電性要素４３７を覆ってアーチ状に曲げられるか又は他の方式で成形され、第３の導電性要素４３７と接することなく、第１の導電性要素４３４及び第２の導電性要素４３６との接触を成す。
【0053】
マイクロワイヤの利用によってもたらされる新たな能力が、回路修正中だけでなく、チップやチップパッケージの製造中にも利用できる状況があることは注目に値する。ミクロンサイズのワイヤは、より大きなワイヤで成されるのと同じプロセスで採用し得るが、より小さな特徴及びより高い精度で行われる。例えば、現在のボンドパッドは概して幅が４０～６０ミクロンの範囲であり、直径が２５～４０ミクロンのボンドワイヤを使用する。ボンドパッドが５０ミクロン×５０ミクロンである場合、マイクロアレイは、複数の接続を可能にするために一辺が数百ミクロンである必要がある。対照的に、マイクロワイヤを使用することによって、より小さいボンドパッドを用いることができ、ボンドパッドに用いられる面積がより少なくなるか、又は同じチップサイズパッケージ内のボンドパッドの数をより多くし得る。
【0054】
図２Ｄは、第２のＩＣチップが、例えばマルチチップモジュールにおいて、第１のＩＣチップ上に又は第１のＩＣチップの近傍に搭載される場合に、方法２００を追加し明確にするいくつかの要素を示す。ここでも、マイクロワイヤセグメントは、第１のＩＣチップ上の第１のボンドパッドと第２のＩＣチップ上の第２のボンドパッドとの間への取り付けのために成形され得る（２７０）。次いで、マイクロワイヤセグメントを適所に溶接する（２２５）要素が、マイクロワイヤセグメントの第１の端部が第１のボンドパッドに溶接され、マイクロワイヤセグメントの第２の端部が第２のボンドパッドに溶接されること（２７５）を明確にするため、拡大されている。
【0055】
この使用の一例を図４Ｄに示す。回路パッケージ４００Ｄは、第１のボンドパッド４４３、４４４を有する第１のＩＣチップ４４２を含む。第２のボンドパッド４４６、４４７を有する第２のＩＣチップ４４５が、第１のＩＣチップ４４２の上に搭載されている。第２のＩＣチップ４４５は例えば、インダクタ、キャパシタ、１つ又は複数のセンサ、能動素子のマイクロアレイ、受動素子、又は製造中又は製造後のいずれかに第１のＩＣチップ４４２に追加される任意の他の回路とし得る。マイクロワイヤ４４８は第１のボンドパッド４４３を第２のボンドパッド４４６に接続するように形作られ取り付けられており、マイクロワイヤ４４９は、第１のボンドパッド４４４を第２のボンドパッド４４７に接続するように形作られ取り付けられている。
【0056】
金属マイクロワイヤの延性のために、これらのマイクロワイヤは、例えば、ＩＣチップ又はＩＣパッケージなどの回路パッケージに付加され得る付加的な要素を形成するように成形され得る。図２Ｅは、アンテナを形成するためにマイクロワイヤセグメントが成形される（２８０）方法２００のための付加的な要素を提供する。一旦、マイクロワイヤセグメントが整形され回路パッケージに取り付けられると、アンテナを用いて通信を行うことができる。
【0057】
図４Ｅは、ＩＬＤ４５２に埋め込まれた導電性要素４５４を含むＩＣチップ４００Ｅの断面を示す。導電性要素４５４も、対象のメタライゼーション層内のボンドパッド又はコンタクトなどとし得る。マイクロワイヤ４５６が、アンテナ４５８を形成するように成形されており、このアンテナは、通信能力を提供するために導電性要素４５４に取り付けられる。マイクロワイヤ４５６の長さは所望の周波数に調整され得る。アンテナ４５８は、もちろん、図４Ｅに図示されるものとは異なる多くの形状をとることができる。
【0058】
図２Ｆは、マイクロワイヤセグメントがマイクロインダクタを形成するために成形される（２８５）方法２００に付加され得る更なる要素を提供する。インダクタは、インダクタが大きく難しい構造を形成するので、半導体処理で製造することは困難である。ＩＣチップに付加され得るマイクロインデューサとしてマイクロワイヤを成形することで、別の製法が提供される。図４Ｆは、ＩＬＤ４６２に埋め込まれた、第１の導電性要素４６６及び第２の導電性要素４６８を含むＩＣチップ４００Ｆを示す。マイクロワイヤ４６３が、第１の導電性要素４６６及び第２の導電性要素４６８に取り付けられるマイクロインダクタ４６４を形成するように成形されている。コイルの直径及びコイルのきつさは、所望のインダクタンスを達成するように調整し得る。
【0059】
記載されるマイクロワイヤの導入により、ＩＣチップの製造における現在の能力とＦＩＢの能力との間の橋渡しが提供される。マイクロワイヤの製造及び使用は、２つの隆起した素子間を橋渡しすること、介在する導電性要素の上でアーチ状にすること、及びより大きな電流を搬送し得る接続を提供することなど、回路修正技術において以前は利用できなかった新たな能力を提供し得る。マイクロワイヤは、より小さなボンドパッドを可能にすることや、今や、大きさがより小さなサイズで製造し得るアンテナ及びマイクロインダクタを提供することなど、既存の機能を行う新たな方法も提供し得る。ＩＣチップ及びそれに関連するパッケージのサイズが縮小し続けるにつれて、記載されるマイクロワイヤの使用は、更なる可能性を開くことができる。
【0060】
種々の実施例を詳細に示し、説明してきたが、特許請求の範囲は特定の実施形態又は例に限定されない。上記の詳細な説明のいずれも、任意の特定の構成要素、要素、工程、動作、又は機能が、特許請求の範囲に含まれなければならないように必須であることを暗示するものではない。単数形の要素についての言及は、明示的にそのように述べられていない限り「１つのみ」を意味するのではなく、「１つ又はそれ以上」を意味する。当業者に知られている、上述の実施例の要素に対するすべての構造的及び機能的等価物は、参照により本明細書に明示的に組み込まれ、本請求項の範囲に包含される。従って、当業者であれば、本明細書に記載される例示の実施例が、以下に添付される特許請求の範囲の趣旨及び範囲内で種々の変形及び変更を伴って実施され得ることを認識するであろう。
【図1】
【図1A】
【図2】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【図2E】
【図2F】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】
【図4E】
【図4F】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【国際調査報告】