[发明专利]导线键合毛细管设备及方法

说明书

技术领域

一般来说，本发明涉及半导体装置及工艺，且更特定来说，涉及与半导体装置制造相关的用于将导线(例如，尤其是带状或大尺寸导线)键合到键合垫的设备及方法。

背景技术

在半导体工业中，通常实施导线键合以将集成电路(IC)(例如，半导体晶片或芯片)电互连到各种结构(例如，金属引线架)。举例而言，楔形键合是用于将细导线(例如，细铝或金导线)键合到半导体晶片的键合点与另一点(例如，引线架的引线指状物)之间的常规方法。通常，为开始键合而通过键合工具的尖端将导线压于IC及/或引线架上。所述键合工具被超声波振动数十毫秒的周期，其中所述键合工具的尖端的移动平面通常平行于形成键合的半导体芯片的表面。所述键合工具垂直于芯片表面压于所述导线及所耦合到芯片上的静负载与所述工具尖端处的振动的组合导致所述导线塑性变形，因而同时将所述键合导线与组成芯片或引线架表面的材料的原子结合，且相应地，提供所述导线与所述芯片或引线架之间的冷焊接。

与导线键合相关联的一个问题是在整个键合工艺中的导线操纵及在已进行键合之后的导线折断或切割。为实施这些功能，多数常规精细导线楔形键合工具通过将所述导线夹钳或拉离经键合衬底而折断所述导线。对于小直径导线(具有小于0.025英寸直径的圆形横截面导线)来说，这种拉曳动作是足够的，且不会导致对所述衬垫的显著破坏。然而，随着不断增加的对IC的速度及性能的要求，已引入更大尺寸的导线，例如，金、铝、铜金属或金属合金带状导线，其中所述导线的横截面面积(例如，带状导线的扁平矩形横截面)显著地大于以前使用的圆形横截面导线，因而为所述导线提供更大的电流载通能力。相应地，当对所述更粗带状导线使用常规键合工具时，折断所述带状导线所需的拉力趋向于有害地变形所述芯片及/或引线架。因而，已规划键合工具的各种配置，例如在一个配置中将刀片压于所述芯片及/或引线架上以在将所述键合工具拉离衬底之前变形或切割所述带状导线。

图1A-C图解在各个操作期间的一个此种常规键合装置10，其中通过超声波键合工具25将带状导线15键合到衬底20(例如，引线架指状物或半导体芯片)。如图1A中所图解，键合工具25压于带状导线15上，因而将所述带状导线压于所述键合工具与衬底20之间。在这一点上，键合工具25超声波振动，因而将带状导线15冷焊接到衬底20。图1B图解压于带状导线15上的切割器30，其中所述切割器通过有所述切割器施加的力F使所述带状导线显著变薄或切穿所述带状导线。图1C图解正在从衬垫20拉离的键合工具25，其中夹持35进一步从所述衬底拉离带状导线15，因而大致在切割器30的尖端40处将所述带状导线完全地切断。

然而，与带状导线的常规键合相关的问题是图1B中所图解的切割器30压于带状导线15上的力F通常转化为压于衬底20上的力，其中所述衬底因所述切割操作而可能地永久地变形及/或受到损坏。举例而言，如在将带状导线15键合到细引线架指状物的情况中，力F显著的变形所述引线架指状物(如箭头45所图解)，其中在将所述切割器拉离衬底20之后所述变形继续存在。此外，如果带状导线15未被完全地切断，则当夹持35拉开所述带状导线时所述拉力可进一步在与箭头45相反的方向上弯曲所述引线架指状物。或者，如在将带状导线15键合到芯片的情况中，切割力F可有害地影响所述芯片，例如可能损坏所述IC的金属化层或其它层。

因此，目前需要一种用于将带状导线键合到衬底的可靠的工艺及设备，其中大致最小化对所述衬底的损坏。

发明内容

本发明通过提供用于将导线(尤其更大尺寸的或带状导线)键合到各种衬底的改进型的设备及方法而克服现有技术的局限性。

根据本发明的一个说明性方面，所述设备包括具有本体区域及键合区域的超声波键合毛细管，其中所述本体区域包含界定于其中的通道。导线(例如，带状导线)通常延伸穿过所述通道并沿与所述键合区域相关联的键合表面延伸，且夹爪在所述通道的邻近可操作地耦合到所述超声波键合毛细管。因此，所夹爪可操作以选择性地将所述导线夹握于所述通道的啮合表面与所述夹爪的夹持表面之间。