KR20060061809A - 반도체 기판 및 이의 제조 방법 - Google Patents

반도체 기판 및 이의 제조 방법 Download PDF

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KR20060061809A
KR20060061809A KR1020067002188A KR20067002188A KR20060061809A KR 20060061809 A KR20060061809 A KR 20060061809A KR 1020067002188 A KR1020067002188 A KR 1020067002188A KR 20067002188 A KR20067002188 A KR 20067002188A KR 20060061809 A KR20060061809 A KR 20060061809A
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마빈 글렌 웡
아더 퐁
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애질런트 테크놀로지스, 인크.
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Abstract

본 발명은 건조 또는 소성된 매트릭스 내에서 서로 결합된 중공형 가스 충진 유리 또는 세라믹 미세 구체들을 포함하는 반도체 기판을 제공한다. 이 미세 구체는 외부 유리 층을 소결함으로써 서로 결합되는 유리 코팅된 미세 구체이다. 반도체 기판은 그 표면에 글레이즈 도포함으로써 평탄하게 될 수 있다.

Description

반도체 기판 및 이의 제조 방법{IMPROVED INTEGRATED CIRCUIT SUBSTRATE MATERIAL AND METHOD}
집적 회로와 같은 전자 구성 요소는 다양한 장치 내에서 점점 통상적으로 사용되고 있다. 어떠한 환경에서는, 집적 회로 기판이 다양한 품질 또는 특성을 갖는 것이 중요하다. 어떤 품질은 종종 다른 품질과 균형이 맞춰진다. 때때로, 기판이 저 열 전도도, 저 질량, 저 비용, 저 유전 상수, 고 강도 등을 갖는 것이 중요하다. 애플리케이션에 따라서, 이러한 품질 중 몇몇은 다른 품질보다 중요하지 않아서 설계 팀은 최소의 비용과 최소의 결함을 절충해서 원하는 품질을 최대화한다.
따라서, 현재의 전자 장치의 상이한 전기적 요구 사항 및 물리적 요구 사항을 만족시키는 집적 회로 기판을 위해서 사용될 수 있는 재료가 이 산업 분야에서 필요하다.
발명의 개요
본 발명에 따라서 중공형 미세 구체(hollow microsphere)의 반도체 기판을 제조하는 장치 및 방법이 제공된다. 이 장치는 매트릭스를 건조, 가열 또는 소성(firing)함으로써 서로 결합된 다수의 가스 충진 세라믹 또는 유리 미세 구체를 포 함한다. 이 장치는 이 유리 또는 세라믹 미세 구체를 녹이지 않는 온도에서 유리의 외부 층을 소결함으로써 서로 결합된 유리 코팅 유리 또는 세라믹 미세 구체를 포함한다. 이 장치는 또한 글레이즈 도포된(glazed) 표면을 포함한다.
중공형 미세 구체의 반도체 기판을 제조하는 방법이 제공된다. 중공형 미세 구체를 매트릭스와 결합하는 단계와, 미세 구체의 매트릭스를 건조하는 단계와, 미세 구체의 매트릭스를 반도체 기판 내부로 형성하는 단계를 포함하는 반도체 기판 제조 방법이 제공된다. 이 반도체 기판 제공 단계는 표면에 글레이즈를 도포하는 단계를 포함한다.
본 발명의 보다 완벽한 이해 및 본 발명의 다수의 부수적인 장점들이 첨부 도면과 함께 다음의 발명의 상세한 설명 부분을 참조하면 분명해질 것이며, 첨부 도면에서 유사 참조 부호는 유사 구성 요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 중공형 미세 구체의 단면도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 중공형 미세 구체의 슬러리의 단면도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 중공형 미세 구체의 경화된 매트릭스의 단면도,
도 4는 본 발명의 도 3의 실시예에 따른 기판을 제조하는 흐름도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 중공형 미세 구체의 소성된(fired) 매트릭스의 단면도,
도 6은 본 발명의 도 5의 실시예에 따른 기판을 제조하는 흐름도,
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유리 코팅 중공형 미세 구체의 단면도,
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유리 코팅 중공형 미세 구체의 슬러리의 단면도,
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유리 코팅 중공형 미세 구체의 건조된 매트릭스의 단면도,
도 10은 본 발명의 도 9의 실시예에 따른 기판을 제조하는 흐름도,
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유리 코팅 중공형 미세 구체의 소성된 매트릭스의 단면도,
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유리 코팅 중공형 미세 구체의 소정된 매트릭스의 글레이즈 도포된 표면의 단면도,
도 13은 본 발명의 도 5, 도 11 또는 도 12의 실시예들에 따른 기판을 제조하는 흐름도.
설명을 위한 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명은 저 열 전도도, 저 유전 상수, 저 전기 전도도, 저 중량 및 고 강도를 갖는 기판을 생성하기 위해서 세라믹, 유리 또는 유리 코팅 중공형 미세 구체를 사용하여 집적 회로 기판을 제조하는 방법에 관한 것이다.
도 1은 중공형 미세 구체(10)의 단면도이다. 이 중공형 미세 구체(10)는 세라믹 또는 유리(20)로 구성되며 중공형 가스 충진 내부를 가지고 있으며 가령 3M사가 제조한 상표명 Zeeospheres, Scotchlite 유리 버블을 갖는 임의의 유리 또는 세라믹 미세 구체 또는 실리카-알루미나 세라믹, 알칼리 알루미나 실리케이트, 소다석회 보로실리케이트 또는 다른 유사한 물질로 구성된 다른 알려진 유리 또는 세라믹 미세 구체를 포함한다. 이 미세 구체의 크기는 1.0 내지 225 ㎛ 이며, 녹는점은 200 내지 1040 ℃ 이며, 바인딩 물질로 외부에서 코팅되어서 미세 구체 매트릭스 웨이퍼 형태를 취한다.
도 2는 원하는 기판 애플리케이션을 위한 적합한 비히클(vehicle)로 구성된 슬러리 매트릭스(40) 내의 미세 구체(10)를 도시하고 있다. 가령, 슬러리 매트릭스(40)는 열 전도도, 유전 상수, 질량, 강도 및 물질 비용 및 제조 비용에 있어서 원하는 기판 특성을 성취하기 위해서 필요에 따라서 유리 입자, 가령 에틸 셀루로즈, 아크릴, 폴리비닐 알콜, 유기 폴리머와 같은 바인더, 물, 아세톤 및 폴리글리콜즈와 같은 용매, 계면 활성제와 같은 점도 조절제, 유기 두께 증가 물질 또는 다른 충진제로 구성될 수 있다.
도 3은 건조 또는 경화된 슬러리 매트릭스(50) 내의 미세 구체(10)를 도시한다. 도 3에서 분명하게 알 수 있는 바와 같이, 미세 구체(10)는 건조 또는 경화된 슬러리 매트릭스(50) 내에서 임의적으로 배치되어 있다. 도 4는 도 1 내지 도 3에 따른 기판을 제조하는 가능한 방법의 흐름도로서, 이 방법은 미세 구체(10)가 적합한 매트릭스(40)와 결합하는 단계(단계 12), 슬러리 매트릭스(40)가 경화될 때까지 건조 또는 경화되는 단계(단계 14) 및 반도체 웨이퍼 또는 집적 회로 다이(50) 내로 형성되는 단계(단계 16)를 포함한다. 슬러리 매트릭스(40)는 가열, 엑스 레이, 고 에너지 방사, 전자 빔, 마이크로웨이브에 의해서 또는 다른 알려진 건조 또는 경화 방법에 의해서 건조 또는 경화될 수 있다. 슬러리 매트릭스(40)가 건조 또는 경화되기 전에 또는 후에 슬러리 매트릭스(40)는 웨이퍼 또는 다이 내부로 형성될 수 있다. 이 슬러리 매트릭스(40)는 다이 커팅, 스탬핑, 분말 처리, 라미네이션 등에 의해서 웨이퍼 또는 다이 내부로 형성될 수 있다. 미세 구체의 매트릭스는 건조 단계 이전에 집적 회로 기판의 웨이퍼 내부로 형성될 수 있으며 이 경우에 이러한 형성 단계는 닥터 블레이드 캐스팅(doctor blade casting), 몰드 캐스팅(mold casting) 등에 의해서 이루어질 수 있다.
도 5는 중공형 미세 구체(10)를 갖는 소성된 슬러리 매트릭스(fired slurry matrix)(60)를 도시한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 이 제조 방법은 미세 구체(10)를 매트릭스(60)와 결합하는 단계(22), 슬러리 매트릭스를 소성하는 단계(24) 및 미세 구체(10)를 포함하는 매트릭스(60)의 웨이퍼 또는 집적 회로 기판을 형성하는 단계(26)를 포함한다. 이 공정은 특별하게 미세 구체 매트릭스 비가공 재료(22)를 혼합하는 볼 밀링 또는 스프레잉(spray) 단계와, 물질을 소결하기 위해서 미세 구체 매트릭스를 소성하는 단계 및 최종 웨이퍼 형태를 형성하기 위해서 레이저 절단, 톱 절단, 연마 절삭 단계를 포함한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유리 코팅 미세 구체(100)의 단면도이다. 이 미세 구체(100)는 저온 유리(130)로 코팅된 고온 유리 또는 세라믹 중공형 미세 구체(120)를 포함한다. 내부 미세 구체(120)는 중공형 가스 충진 내부를 가지고 있으며, 이 충진 가스 내부는 가령 3M사가 제조한 상표명 Zeeospheres, Scotchlite 유리 버블을 갖는 임의의 유리 또는 세라믹 미세 구체 또는 실리카-알루미나 세라믹, 알칼리 알루미나 실리케이트, 소다석회 보로실리케이트 또는 다른 유사한 물질로 구성된 다른 알려진 유리 또는 세라믹 미세 구체를 들 수 있다. 외부 저온 유리 코팅부(130)는 스프레이 코팅, 슬러리 코팅, 기상 증착에 의해서 형성된다. 내부 미세 구체(120)의 조성과 외부 유리 코팅부(130)의 조성은 외부 유리 코팅부(130)가 내부 미세 구체(120)보다 낮은 용융점을 갖도록 선택된다. 가령, 이 유리 코팅 미세 구체의 크기는 1.0 내지 250 ㎛ 이며, 녹는점은 500 내지 1040 ℃ 이며, 200 내지 330 ℃의 녹는점을 갖는 두께 1.0 내지 10.0 ㎛의 외부 유리 층을 갖는다.
도 8은 원하는 기판 특성을 위해 적합한 비히클로 구성된 슬러리 매트릭스(140) 내의 유리 코팅 미세 구체(100)의 단면도이다. 가령, 슬러리 매트릭스(140)는 유리 입자, 보로포스페이트 유리(borophosphate glass) 및 폴리비닐 알콜 바인더와 같은 바인더, 물과 같은 용매, 계면 활성제와 같은 점도 조절제, 마그네슘 실리케이트와 같은 두께 증가 물질 또는 열 전도도, 유전 상수, 질량, 강도 및 물질 비용 및 제조 비용에 있어서 원하는 기판 특성을 성취하기 위해서 필요한 다른 충진제로 구성될 수 있다.
도 9는 건조 또는 경화된 슬러리 매트릭스(150) 내의 유리 코팅 미세 구체(100)의 단면도이다. 도 9에서 분명하게 알 수 있는 바와 같이, 유리 코팅 미세 구체(100)는 건조 또는 경화된 슬러리 매트릭스(150) 내에서 임의적으로 배치되어 있다. 도 10은 도 7 내지 도 9에 따른 기판을 제조하는 가능한 방법의 흐름도로서, 이 방법은 미세 구체(100)가 적합한 매트릭스(140)와 결합하는 단계(단계 112), 슬러리 매트릭스(140)가 경화될 때까지 건조 또는 경화되는 단계(단계 114) 및 반도체 웨이퍼 또는 집적 회로 다이(150) 내로 형성되는 단계(단계 116)를 포함한다. 슬러리 매트릭스(140)는 가열, 엑스 레이, 고 에너지 방사, 자외선, 마이크로웨이브에 의해서 또는 다른 알려진 건조 또는 경화 방법에 의해서 건조 또는 경화될 수 있다. 슬러리 매트릭스(140)가 건조 또는 경화되기 전에 또는 후에 슬러리 매트릭스(140)는 웨이퍼 또는 다이 내부로 형성될 수 있다. 이 슬러리 매트릭스(140)는 다이 커팅, 스탬핑, 커팅 등에 의해서 웨이퍼 또는 다이 내부로 형성될 수 있다. 미세 구체의 매트릭스는 건조 단계 이전에 집적 회로 기판의 웨이퍼 내부로 형성될 수 있으며 이 경우에 이러한 형성 단계는 나이프 코팅(테이프 코팅), 몰드 캐스팅(mold casting), 캘렌더링 등에 의해서 이루어질 수 있다는 점에 주의한다.
도 11은 소성된 유리 코팅 미세 구체(100)의 단면도이다. 도 11 내지 도 13에 도시된 바와 같이, 이 방법은 유리 코팅 미세 구체(100)를 소성하는 단계(212) 및 유리 코팅 미세 구체(100)의 웨이퍼 또는 집적 회로 기판을 형성하는 단계(214)를 포함한다. 이 소성 또는 소결 단계(212)는 유리 코팅 미세 구체의 유리 코팅부(130)가 녹아서 미세 구체(100)가 소결 또는 접착(155)되도록 하는 온도에서 이루어진다. 이 소성 또는 소결 온도는 내부 유리 또는 세라믹 미세 구체(120)를 녹일 정도로 높아서는 안 된다.
따라서, 외부 유리 코팅 물질(130)은 상대적으로 낮은 용융점을 갖도록 보로포스페이트 유리, 보로실리케이트 유리와 같은 임의의 물질로부터 선택되어야 한다. 내부 미세 구체(120)는 외부 유리 코팅부가 소결될 때에 내부 미세 구체는 용융되지 않지만 미세 구체의 외부 유리 코팅부는 본질적으로 이 미세 구체를 바인딩하거나 소결하거나 접착하도록 외부 유리 코팅부보다 높은 용융점을 갖는 임의의 알려진 미세 구체로부터 선택된다. 이 공정은 소결된 유리 코팅 미세 구체(100)의 기판의 표면을 평탄하게 하기 위해서 집적 회로 기판 또는 웨이퍼의 상부 표면(160)을 글레이즈 도포하는 단계(216)를 선택 사양적으로 포함한다. 이 글레이징 처리로는 후막 유리(160)의 스크린 프린팅, 유리의 스핀 코팅, 기상 증착 등을 들 수 있다.
본 발명은 고강도 세라믹, 저 중량 기판, 저 유전 상수 기판이 필요한 애플리케이션을 갖는 반도체 기판(가령, 고주파 회로 애플리케이션에서는 저 용량성 결합 및 저 신호 전파 손실이 필요함) 또는 저 열 전도도를 요구하는 애플리케이션을 갖는 반도체 기판을 생성한다.
본 발명의 바람직한 실시예들이 설명을 위해서 기술되었지만, 본 기술 분야의 당업자는 다양한 수정, 변경 또는 대체가 본 발명의 범위 내에서 가능하며 따라서 균등한 실시예들이 첨부된 청구 범위 내에 가능함을 이해할 수 있다.

Claims (23)

  1. 다수의 중공형 미세 구체(hollow microspheres)를 포함하는 반도체 기판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 중공형 미세 구체는 다수의 가스 충진된 세라믹 미세 구체를 포함하는,
    반도체 기판.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 중공형 미세 구체는 다수의 가스 충진된 유리 미세 구체를 포함하는,
    반도체 기판.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 중공형 미세 구체는 함께 소결되는,
    반도체 기판.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 다수의 가스 충진된 세라믹 미세 구체는 함께 소결되는,
    반도체 기판.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 다수의 가스 충진된 유리 미세 구체는 함께 소결되는,
    반도체 기판.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 중공형 미세 구체는 경화된 매트릭스 내부에 존재하는,
    반도체 기판.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 다수의 가스 충진된 세라믹 미세 구체는 경화된 매트릭스 내부에 존재하는,
    반도체 기판.
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 가스 충진된 유리 미세 구체는 경화된 매트릭스 내부에 존재하는,
    반도체 기판.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 반도체 기판의 상부 표면은 글레이즈 도포되는(glazed),
    반도체 기판.
  11. 제 2 항에 있어서,
    상기 반도체 기판의 상부 표면은 글레이즈 도포되는,
    반도체 기판.
  12. 제 3 항에 있어서,
    상기 반도체 기판의 상부 표면은 글레이즈 도포되는,
    반도체 기판.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 중공형 미세 구체는 유리로 된 외부 층을 포함하는,
    반도체 기판.
  14. 제 2 항에 있어서,
    상기 다수의 가스 충진된 세라믹 미세 구체는 저온 유리로 된 외부 층을 포함하는,
    반도체 기판.
  15. 제 3 항에 있어서,
    상기 다수의 가스 충진된 유리 미세 구체는 고온 유리로 된 미세 구체 및 저온 유리로 된 외부 층을 포함하는,
    반도체 기판.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 유리 외부 층을 포함하는 다수의 중공형 미세 구체는 함께 소결되는,
    반도체 기판.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 유리 외부 층을 포함하는 다수의 가스 충진된 세라믹 미세 구체는 함께 소결되는,
    반도체 기판.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 다수의 가스 충진된 유리 미세 구체는 함께 소결되는,
    반도체 기판.
  19. 반도체 기판 제조 방법에 있어서,
    중공형 미세 구체와 매트릭스를 결합하는 단계와,
    중공형 미세 구체의 매트릭스를 건조하는 단계와,
    상기 중공형 미세 구체의 매트릭스를 반도체 기판 내부로 형성하는 단계를 포함하는,
    반도체 기판 제조 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 중공형 미세 구체는 가스 충진된 세라믹 미세 구체를 포함하는,
    반도체 기판 제조 방법.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 중공형 미세 구체는 가스 충진된 유리 미세 구체를 포함하는,
    반도체 기판 제조 방법.
  22. 제 19 항에 있어서,
    상기 건조 단계는 상기 미세 구체의 매트릭스를 소성하는(firing) 단계를 포함하는,
    반도체 기판 제조 방법.
  23. 제 19 항에 있어서,
    상기 반도체 기판의 상부 표면을 글레이즈 도포하는 단계를 포함하는,
    반도체 기판 제조 방법.
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