JP4773167B2 - ハイブリッド金バンプを含む微細電子素子チップ、これのパッケージ、これを含む液晶ディスプレー装置及びこのような微細電子素子チップの製造方法 - Google Patents

ハイブリッド金バンプを含む微細電子素子チップ、これのパッケージ、これを含む液晶ディスプレー装置及びこのような微細電子素子チップの製造方法 Download PDF

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Description

本発明はハイブリッド金バンプを含む微細電子素子チップ、これのパッケージ、これを含む液晶ディスプレー装置及びこのような微細電子素子チップの製造方法に関する。
情報通信とコンピュータ産業の急速な発展及び携帯化によって携帯電話、携帯情報端末機、LCD装置などの平板ディスプレー装置、ノート・パソコン型コンピュータなどの電子機器での小型化、薄形化、軽量化が進展している。これにより、これら機器に実装されるチップの軽薄短小化が同時に進行している。軽薄短小化されたチップのパッケージ及び外部電子機器への接続手段で導電性バンプが広く適用されている。
最近導電性バンプを電解メッキ法により形成する場合、非シアン(Non−cyan)系の鍍金液を主に用いている。以前にシアン(Cyan)系の鍍金液を用いているが、最近非シアン系の鍍金液を主に用いている。KAu(CN)を含むシアン系の鍍金液を用いることに比べてNaAu(SOを含む非シアン系の鍍金液を用いて導電性バンプを形成する場合、完成したバンプの表面が粗くなくて緻密な組織で構成されて後続する結合作業に容易くて、HCNのような有害ガスが発生しないために環境汚染の問題が減って安全な作業環境を造成することができる。
一般的に、微細電子素子が形成されたチップに対して電気的テストを実施するが、これをEDS(Electrical Die Sorting)テストという。すなわち、EDSテストはウエーハ上に形成された微細電子素子に電気的テストをするために、微細電子素子と電気的に連結された導電性バンプにプローブチップ(Probe tip)を接触させた後プローブチップを介して微細電子素子に電気信号を伝達することによってチップが正常か不良なのかを検査するものである。
非シアン系の鍍金液を利用して形成した導電性バンプを採択する場合、導電性バンプから発生した異物がプローブチップについてテスト電気信号のエラーがたびたび発生する。このようなプローブチップについている異物は実際正常に動作するチップに対しても短絡(Short)または断線(Open)されたというテスト結果を出力したり、プローブチップと導電性バンプ間の接触抵抗(Contact resistance)を変化させることによって誤ったテスト結果を出力するという問題を起こす。
これを解決するためにチップをテストする時プローブチップを洗浄しなければならないが、一般的に20−50個のチップをテストする時ごとにプローブチップの洗浄工程を経なければならない。この場合プローブチップの摩耗によって製造原価が上昇するようになって、プローブチップの洗浄工程が追加されることによってEDS工程の作業時間が増えるようになって全体収率が落ちるという問題が発生する。
特開2002-261111号公報
本発明が解決しようとする技術的課題は、EDSテストでプローブチップに異物が発生しないハイブリッド金バンプを含む微細電子素子チップを提供ことである。
本発明が解決しようとする他の技術的課題は、このような微細電子素子チップを含むパッケージを提供ことである。
本発明が解決しようとするまた他の技術的課題は、このような微細電子素子チップを含む液晶ディスプレー装置を提供ことである。
本発明が解決しようとするまた他の技術的課題は、このような微細電子素子チップの製造方法を提供ことである。
本発明の技術的課題は以上で言及した技術的課題に制限されないし、言及されない他の技術的課題は下記の記載から当業者に明確に理解されることができることである。
前記技術的課題を達成するための本発明の一実施形態による微細電子素子チップは基板上に形成された微細電子素子と連結されて、前記微細電子素子とチップ外部間の電気的なコンタクトが形成されるチップパッドと、前記チップパッド上に形成されて、少なくとも2層以上の複合膜で構成されたバンプを含む。
前記技術的課題を達成するための本発明の他の実施形態による微細電子素子チップは基板上に形成された微細電子素子と連結されて、前記微細電子素子とチップ外部間の電気的なコンタクトが形成されるチップパッドと、前記微細電子素子を保護して前記チップパッドを露出させるパッシベーション層と、前記パッシベーション層により露出した前記チップパッド上に形成されて、少なくとも2層以上の複合膜で構成されたバンプと、前記チップパッドとバンプ間に形成されて、前記チップパッドとバンプ間の相互拡散を防止して相互接着を助けるバンプ下部導電層を含む。
前記他の技術的課題を達成するための本発明の一実施形態によるパッケージはこのような微細電子素子チップと、外部接続端子と内部接続端子で構成された配線を含んで、前記微細電子素子チップの前記バンプと前記内部接続端子が電気的に接続するテープ配線基板を含む。
前記また他の技術的課題を達成するための本発明の一実施形態による液晶ディスプレー装置は、微細電子素子チップとの接続のための配線が形成されている液晶表示パネルアセンブリーと、このような微細電子素子チップを含んで、前記配線と前記微細電子素子チップの前記バンプが電気的に接続する。
前記また他の技術的課題を達成するための本発明の一実施形態による微細電子素子チップの製造方法は(a)基板上に形成された微細電子素子と連結されて、前記微細電子素子とチップ外部間の電気的なコンタクトが形成されるチップパッドを準備する段階と、(b)前記チップパッド上に少なくとも2層以上の複合膜で構成されたバンプを形成する段階を含む。
前記また他の技術的課題を達成するための本発明の他の実施形態による微細電子素子チップの製造方法は(a)チップパッドを露出させるパッシベーション層を形成する段階と、(b)前記(a)段階の結果物上にバンプ下部導電層を形成する段階と、(c)前記バンプ下部導電層上にバンプが形成される領域を限定する非導電膜パターンを形成する段階と、(d)前記非導電膜パターンをマスクにして、前記バンプ下部導電層上に少なくとも2層以上の複合膜で構成されたバンプを形成する段階と、(e)前記非導電膜パターンを除去する段階を含む。
その他実施形態の具体的な事項は詳細な説明及び図面に含まれている。
上述したように本発明によるハイブリッド金バンプを含む微細電子素子チップによれば、後続するEDSテストでプローブチップに異物が発生しなくて、なめらかで緻密な組織のバンプ表面を有して、ひいてはシアン金メッキ層のみを用いた場合に比べて相対的に環境汚染を減らすことができるハイブリッド金バンプを含む微細電子素子チップを提供することができる。
本発明の利点及び特徴、そしてそれらを達成する方法は添付される図面と共に詳細に後述する実施形態を参照すると明確になることである。しかし本発明は以下で開示する実施形態に限られることでなく相異なる多様な形態で具現されることができ、単に本実施形態は本発明の開示が完全なようにして、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に発明の範ちゅうを完全に知らせるために提供することであり、本発明は請求項の範囲により定義されるだけである。明細書全体にかけて同一参照符号は同一構成要素を称する。
本発明の望ましい実施形態は添付図面を参照することによって最もよく理解することができることである。以下実施形態では微細電子素子チップ(以下、チップ)であってチップ外部と接続するバンプが多くてさらにバンプ特性が問題になるLDI(LCD Driver Integrated circuit)チップを例に挙げて説明する。
以下、図1ないし図8を参照して本発明の一実施形態によるハイブリッド金バンプ構造を含むLDIチップを製造する方法を説明する。図1ないし図8は本発明の一実施形態によるLDIチップの製造方法を示した断面図である。
図1を参照すると、ウエーハ状態の基板100を準備する。この基板100上には微細電子素子(図示せず)が形成されていて、微細電子素子と連結されて最上層配線で構成されたチップパッド110が形成されている。ここで、チップパッド110には微細電子素子とチップ外部間の電気的なコンタクトが形成される。そして、チップパッド110は伝導性物質を用いて形成することができて、例えば金属物質を用いることができて、さらに望ましくはアルミニウムまたは銅を用いて形成することができる。
このような微細電子素子を保護してチップパッド110を露出させるパッシベーション層120をウエーハ状態の基板100に形成する。チップパッド110でチップ外部と電気的コンタクトが形成されるためにはパッシベーション層120はチップパッド110上部に所定の開口部を有することが望ましい。パッシベーション層120内の開口部はマスクを用いて写真エッチング工程でパターニングして形成することができる。
続いて、図2に示したようにパッシベーション層120が形成された基板100上にバンプ下部導電層130を形成する。バンプ下部導電層130はアルミニウムまたは銅チップパッド110上に外部との電気的なコミュニケーション通路で使われるバンプ(例えば、ハイブリッド金バンプ)を直接形成しにくいために形成する。また、バンプ下部導電層130はチップパッド110と上部配線間の相互拡散を防止する役割をすることができる。したがって、バンプ下部導電層130はチップパッド110とパッシベーション層120との接着力が良くて、チップパッド110との電気抵抗が低く、基板100に作用するストレスを最小化することができて、拡散防止膜としての機能を持っていることが望ましい。それゆえ、バンプ下部導電層130はTiW、Cr、Cu、Ti、Ni、NiV、Pd、Cr/Cu、TiW/Cu、TiW/AuまたはNiV/Cuを真空蒸着法、スパッタリング法、電解メッキ法または無電解メッキ法を利用して形成する。製造工程の便宜性と材料の安定性などを考慮して、本発明の一実施形態はスパッタリング法を介してTiWとAuを順次的に蒸着して、TiW/Au構造を有するバンプ下部導電層130を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限られない。多様な材料と工程を介してチップパッド110とバンプ間の相互拡散を防止して相互接着を助けることができるバンプ下部導電層130を選択することができる。ここで、TiW層はチップパッド110と上部配線間の拡散防止膜としての役割をすることができる。そして、Au層はチップパッド110とバンプ間の接着力を高めて、後続する上部配線を形成するための電解メッキ工程でシード層(Seed layer)としての役割をすることができる。
本発明の一実施形態において、バンプ下部導電層130は0.01−1μm厚さで形成することができる。バンプ下部導電層130が過度に薄ければその機能を適切に発揮することができなくて、バンプ下部導電層130が過度に厚ければ電気抵抗が大きくなってしまうためである。例えば、バンプ下部導電層130としてTiWを0.005−0.5μm厚さで、Auを0.005−0.5μm厚さで形成することができる。
続いて、図3に示したように、バンプ下部導電層130が形成された基板100上に非導電膜140を形成する。ここで、非導電膜140としては、後続するハイブリッド金バンプを形成するための電解メッキ工程(図5及び図6参照)でバンプ下部導電層130に流れる電流を妨害してバンプが形成される領域を除外したバンプ下部導電層130上にメッキされることを防止する役割をすることができる絶縁物質ならばその適用が可能である。非導電膜140とバンプ下部導電層130との接着力及び非導電膜140に対するパターニング(Patterning)の便利性などを考慮して、非導電膜140としてはフォトレジスト(Photoresist)などを用いることが望ましい。非導電膜140は無電解メッキ法(Electroless plating)、スパッタリング法(Sputtering)、真空蒸着法(Evaporation)、スピンコーティング法(Spin−coating)、ロールコーティング法(Roll−coating)、スリットダイ法(Slit−die or slot die)などで形成することができる。本発明の一実施形態において非導電膜140でフォトレジストを用いる場合、非導電膜140はスピンコーティング法(Spin−coating)、ロールコーティング法(Roll−coating)、スリットダイ法(Slit−die or slot die)により形成されることができる。非導電膜140はポジティブ(Positive)フォトレジストまたはネガティブ(Negative)フォトレジストを用いることができて、フォトレジストの塗布厚さはフォトレジストの特性によって変わることができる。フォトレジストを塗布した後には溶媒(Solvent)成分を除去するためにフォトレジストをホットプレート(Hot plate)でソフトベーク(Soft bake)を遂行して硬化する。硬化したフォトレジストは露光源とパターンが形成されているマスク(Mask)を利用して選択的に露光工程を遂行して、光が照射された領域と照射されない領域を区別するためにホットプレートでハードベーク(Hard bake)を遂行して熱硬化する。
図4を参照すると、非導電膜140をバンプ下部導電層130上に形成した後、写真エッチング工程を経て非導電膜140をパターニングしてハイブリッド金バンプ(図6の170参考)が形成される領域を限定する非導電膜パターン142を形成する。図4に示したように、ハイブリッド金バンプ(図6の170参考)が形成される領域はチップパッド110上に位置することが望ましい。
このように、フォトレジストによる非導電膜パターン142を形成した後、バンプ下部導電層130上に残存する有機物であるフォトレジストを除去するためにOプラズマを利用して灰化(Ashing)をする。後続するバンプ形成のための電解メッキ工程のためにO灰化工程を介してバンプ下部導電層130が親水性を有するようにする。
続いて、図5及び図6を参照すると、非導電膜パターン142により露出したバンプ下部導電層130上にハイブリッド金バンプ(Hybrid Au bump)170を形成する。まず、図5に示したように、非導電膜パターン142により露出したバンプ下部導電層130上にシアン金(Cyan Au)メッキ層150を電解メッキ法により形成する。ここで、シアン金メッキ層150を形成するための鍍金液としてはKAu(CN)を含むシアン系の鍍金液を用いることができる。そして、基板100を洗浄溶液で洗浄する。続いて、図6に示したように、シアン金メッキ層150上に非シアン金(Non−cyan Au)メッキ層160を電解メッキ法により形成する。ここで、非シアン金メッキ層160を形成するための鍍金液としてはNaAu(SOを含む非シアン系の鍍金液を用いることができる。
本発明の一実施形態によるハイブリッド金バンプ170はシアン金メッキ層150と非シアン金メッキ層160が積層された構造を有する。従来技術によりシアン金メッキ層のみを利用して金バンプを製造した場合には、完成したバンプの表面が粗くて組織が粗雑で後続する結合作業が容易でなく、環境汚染などの問題があった。また、従来技術により非シアン金メッキ層のみを利用して金バンプを製造した場合には、金バンプから異物が発生して後続するEDS(Electrical Die Sorting)テスト工程でプローブチップ(Probe tip)を容易に汚染させる問題があった。しかし、本発明によるハイブリッド金バンプ170はEDSテスト工程でほとんどプローブチップを汚染させない。また、なめらかで緻密な組織のバンプ表面を有する。ひいては、シアン金メッキ層のみを用いる場合に比べて相対的に環境汚染を減らすことができる効果がある。また、ハイブリッド金バンプ170を構成するシアン金メッキ層150と非シアン金メッキ層160を交互にメッキして形成しても、各メッキ層の特性を低下しない。これはシアン系の鍍金液と非シアン系の鍍金液を交互に用いてメッキする場合にも、非導電膜パターン142に鍍金液がほとんど吸収されなくて他の鍍金液を汚染させないことが分かる。また、このような過程で非導電膜パターン142はほとんど損傷を受けないことを分かる。具体的な本発明の作用及び効果に対しては後述するようにする。
図6を参照すると、本発明の一実施形態によるハイブリッド金バンプ170は1−20μmの厚さtで形成することが望ましい。この時、ハイブリッド金バンプ170とバンプ下部導電層130の全体厚さはチップ外部との電気的なコミュニケーションが円滑に起こることができる範囲内で可能な限り薄く形成することが製造時間と費用を最小化することができるので望ましい。先に説明したようにバンプ下部導電層130は厚さが0.01−1μmであって、ハイブリッド金バンプ170は厚さtが1−20μmで形成することが望ましい。LDIチップの場合にはTiW/Auでなされたバンプ下部導電層130とAuまたはAu合金で構成されたハイブリッド金バンプ170の組合が容易く適用されることができる。
ハイブリッド金バンプ170はシアン金メッキ層150と非シアン金メッキ層160で構成されているが、後続する熱処理工程を介してシアン金メッキ層150と非シアン金メッキ層160が結合して新しい結晶構造を有するためにそれぞれ最小限で必要な厚さがある。すなわち、本発明でシアン金メッキ層150の厚さt1及び非シアン金メッキ層160の厚さt2はそれぞれ0.5μm以上に形成することができる。ひいては、それぞれ1μm以上に形成することができる。
続いて、図7に示したように、非導電膜パターン142を灰化とストリッピング工程により除去する。
そして、図8に示したように、ハイブリッド金バンプ170の形状に対応してバンプ下部導電層130をエッチングしてLDIチップ200を完成する。本発明の一実施形態において、バンプ下部導電層130は湿式エッチングを介してエッチングすることができる。例えば、TiW/Au構造を有するバンプ下部導電層130の場合、1HCl:3HNO:5純水のエッチング液を用いて約23℃でAuをエッチングすることができて、濃い過酸化水素溶液を利用して約70℃でTiWをエッチングすることができる。続いて、LDIチップ200を熱処理する。このような熱処理工程は酸素または水素雰囲気下で250−360℃の温度で遂行する。望ましくは、LDIチップ200の熱処理は窒素雰囲気で約280℃の温度で遂行することが適切である。
その後、ウエーハ状態の基板100を切断して個別的なLDIチップをばらに分離する工程を遂行する。得られた個別LDIチップはCOG、COF、TCPなどの多様な実装方式で実装される。
図9Aないし図9Cは本発明の一実施形態によるLDIチップ上に形成されたハイブリッド金バンプ170を示したSEM(Scanning Electron Microscope)写真である。図9Aは直方体状のハイブリッド金バンプ170を斜線方向で撮ったSEM写真である。図9AでB部分はハイブリッド金バンプ170の上面を示して、A部分はハイブリッド金バンプ170の側壁を示す。図9Bは図9Aのハイブリッド金バンプ170の側壁A部分を拡大したSEM写真である。図9Bに示したように、ハイブリッド金バンプ170を構成するシアン金メッキ層150と非シアン金メッキ層160の境界Cが現われる。図9Cは図9Bのハイブリッド金バンプ170の側壁A部分をさらに拡大したSEM写真であって、シアン金メッキ層150と非シアン金メッキ層160の境界Cが明確に現われることがわかる。
図10は本発明の一実施形態によるハイブリッド金バンプのXRD(X−Ray diffraction)ピーク(Peak)を示したグラフである。本実施形態に使われたハイブリッド金バンプはシアン金メッキ層(3μm)と非シアン金メッキ層(14μm)を積層した構造を有する。図10は本発明の一実施形態によるハイブリッド金バンプと、比較対象である単一シアン金メッキ層で構成された金バンプ(以下、単一シアン金バンプ)及び単一非シアン金メッキ層で構成された金バンプ(以下、単一非シアン金バンプ)に対して、熱処理の前後にXRDピークを測定した結果である。
以下、図10を参照してハイブリッド金バンプ、単一シアン金バンプ及び単一非シアン金バンプの結晶構造を説明する。
単一シアン金バンプの場合、熱処理前後に金(111)結晶面と金(200)結晶面に対してXRDピークがあるが微小であることがわかる。すなわち、単一シアン金バンプの結晶構造は熱処理前後に結晶性が非常に弱いことを分かる(図10の単一シアン金部分参照)。また、単一非シアン金バンプの場合、熱処理前には金111結晶が支配的だが、熱処理後には金111結晶がほとんど消えて金200結晶に変わることを分かる(図10の単一非シアン部分参照)。ここで、本発明の一実施形態によるハイブリッド金バンプで表面に位置する非シアン金メッキ層の熱処理前の結晶構造をよく見れば、金111ピークが現れるが単一非シアン金バンプと比較して強度(Intensity)が相対的に小さく現われる(図10のハイブリッド金部分参照)。したがって、熱処理前のハイブリッド金バンプは単一非シアン金バンプと同様に金111結晶が支配的だが相対的に単一非シアン金バンプに比べて結晶性が低いことが分かる。また、ハイブリッド金バンプの熱処理後の結晶構造をよく見れば、金111結晶がほとんど消えて金200結晶に変わることを分かる(図10のハイブリッド金部分参照)。但し、単一非シアン金バンプと比較して強度が相対的に高い。したがって、熱処理後のハイブリッド金バンプは単一非シアン金バンプと同様に金200結晶が支配的だが相対的に単一非シアン金バンプに比べて結晶性が高いことが分かる。
このように、本発明の一実施形態によるハイブリッド金バンプのXRDピークをよく見れば、シアン金メッキ層150と非シアン金メッキ層160を積層してハイブリッド金バンプ170を形成する時からハイブリッド金バンプ170を構成する非シアン金メッキ層160の結晶構造が単一非シアン金バンプと結晶化程度に差があることを分かる。また、このようなハイブリッド金バンプ170に熱処理を加えた後にも、ハイブリッド金バンプ170を構成する非シアン金メッキ層160の結晶構造が単一非シアン金バンプと結晶化程度に差があることを分かる。このように、本発明の一実施形態によるハイブリッド金バンプ170は、シアン金メッキ層150と非シアン金メッキ層160が単純に積層された構造を有することでなく、両層が形成されたり熱処理される過程で相互の結晶構造に影響を与えて後続するEDSテスト工程でプローブチップを汚染させる問題を防止する役割をする。
図11はEDSテスト工程を経た後プローブチップの汚染程度を示すプローブチップの表面を示すSEM写真である。本実施形態に使われたハイブリッド金バンプはシアン金メッキ層と非シアン金メッキ層を積層した構造を有する。図11は本発明の一実施形態によるハイブリッド金バンプと、単一シアン金バンプと、単一非シアン金バンプに対して、500回のEDSテストを経た後のプローブチップの表面を撮ったSEM写真である。図11を参照すると、従来技術による単一シアン金バンプの場合EDSテストによりプローブチップがほとんど汚染しないが、前述した環境汚染や危険な作業環境等のような問題を有している。従来技術による単一非シアン金バンプの場合単一シアン金バンプのような問題点はないがEDSテストによりプローブチップが深刻に汚染される問題を有している。これに反して、本発明の一実施形態によるハイブリッド金バンプは図11に示したように500回以上のEDSテストによってもプローブチップがほとんど汚染されないし、シアン金バンプに比べて環境汚染や危険な作業環境に関する問題をほとんど解決することができる。
以上、本発明の一実施形態によるLDIチップの製造方法ではシアン金メッキ層150が形成されてその上に非シアン金メッキ層160が積層された構造を有するハイブリッド金バンプ170の場合を説明したが、場合によっては図12に示したように非シアン金メッキ層160が先に形成されて後ほどシアン金メッキ層150が積層されたハイブリッド金バンプ170’を用いることもできることはもちろんである。すなわち、本発明に使われるハイブリッド金バンプ170はその積層順序に限定されないが、熱処理過程間結晶性の変化を介して新しい結晶性を有するシアン金メッキ層150と非シアン金メッキ層160の合金によりハイブリッド金バンプ170の物性が定義されるためである。同様に、本発明は一つのシアン金メッキ層150と一つの非シアン金メッキ層160が積層された構造を有するハイブリッド金バンプ170に限定されないし、本発明は一つ以上のシアン金メッキ層150と一つ以上の非シアン金メッキ層160が交代で積層された構造を有するハイブリッド金バンプ170にも適用が可能なことはもちろんである。
表1は本発明の実施形態において、多様な構造を有するハイブリッド金バンプのEDSテスト結果を示したものである。表1は各実施形態毎に総計685個のダイ(Die)に対してEDSテストをした後プローブチップの汚染により開放不良(Open fail)されたダイの数を示す。以下、表1を参照してハイブリッド金バンプのEDSテスト結果を説明する。
(ここで、Cはシアン金メッキ層を、Nは非シアン金メッキ層を、括弧の中は各層の厚さを示す。)
実験例1のハイブリッド金バンプはバンプ下部導電層上にシアン金メッキ層(13μm)と非シアン金メッキ層(2μm)が順序通り積層された構造を有しており、280℃の窒素雰囲気で熱処理をした場合である。そして、実験例2はシアン金メッキ層(13μm)と非シアン金メッキ層(2μm)が順序通り積層された構造を有しており、355℃の酸素雰囲気で熱処理をした場合である。そして、実験例3はシアン金メッキ層(2μm)と非シアン金メッキ層(13μm)が順序通り積層された構造を有しており、355℃の酸素雰囲気で熱処理をした場合である。そして、実験例4はシアン金メッキ層(2μm)と非シアン金メッキ層(13μm)が順序通り積層された構造を有しており、280℃の窒素雰囲気で熱処理をした場合である。そして、実験例5は非シアン金メッキ層(2μm)とシアン金メッキ層(13μm)が順序通り積層された構造を有しており、355℃の酸素雰囲気で熱処理をした場合である。そして、実験例6は非シアン金メッキ層(2μm)とシアン金メッキ層(13μm)が順序通り積層された構造を有しており、280℃の窒素雰囲気で熱処理をした場合である。そして、実験例7は非シアン金メッキ層(13μm)とシアン金メッキ層(2μm)が順序通り積層された構造を有しており、280℃の窒素雰囲気で熱処理をした場合である。そして、実験例8は非シアン金メッキ層(13μm)とシアン金メッキ層(2μm)が順序通り積層された構造を有しており、355℃の酸素雰囲気で熱処理をした場合である。そして、比較例1はシアン金メッキ層(0.35μm)と非シアン金メッキ層(14μm)が順序通り積層された構造を有しており、280℃の窒素雰囲気で熱処理をした場合である。
表1をよく見れば、実験例1ないし実験例8による本発明のハイブリッド金バンプの場合、中間にプローブチップを洗浄する工程がなく685個のダイに対してEDSテストを遂行しても開放不良(Open fail)がほとんどないことが分かる。しかし、0.35μm厚さのシアン金メッキ層が有する比較例1をよく見れば、開放不良がプローブチップの汚染による開放不良が相対的に多くのことが分かる。さらに具体的によく見れば、本発明のハイブリッド金バンプはこれを構成するシアン金メッキ層と非シアン金メッキ層の積層順序に構わないことが分かる。また、ハイブリッド金バンプを構成するシアン金メッキ層及び非シアン金メッキ層の厚さがそれぞれ0.5μm以上である時、さらに望ましくはそれぞれ1μm以上である時プローブチップの汚染が消えることが分かる。これはシアン金メッキ層と非シアン金メッキ層が結合して新しい結晶構造を有するためにそれぞれ最小限に必要な厚さがあることを意味している。
前記実施形態ではLDIチップを例に挙げて説明したが、本発明の実施形態によるハイブリッド金バンプの構造は多様な微細電子素子チップに適用できることはもちろんである。例えば、本発明によるバンプ構造はDRAM、SRAM、フラッシュメモリー、FRAM、MRAM、PRAMなどの高集積半導体メモリーチップ、MEMS(Micro Electro Mechanical System)チップ、CPU、DSPなどのプロセッサーなどにも有用に適用されることができる。また、単一素子で構成されたチップ、同種の素子を含むチップ、一つの完全な機能または完全なシステムを提供するために必要な異種の素子を含む多様なSoC(System on Chip)チップにも適用されることができることはもちろんである。
図1ないし図11で説明した本発明の多様な実施形態によるLDIチップは多様な実装方法によって実装されることができる。LDIチップはCOG(Chip On Glass)方式でディスプレーパネル上に直接実装されることもできて、パッケージ基板上に実装されることもできる。パッケージ基板としてはモールディングされたリードフレーム、印刷回路基板、DBC(Direct Bond Copper)、フレキシブルなテープ配線基板などが多様に使われることができる。また、パッケージ基板としては半導体チップとアセンブリー基板間の電気的接続及び/または機械的柔軟性を提供するインターポーザ(interposer)が使われることもできる。インターポーザはテープのような伸縮性材料、ポリイミド、またはプラスチック材料で作られることもできて、単一または複数のパターン化された再配線層、パッシブ素子などを含むこともできる。本発明の実施形態によるLDIチップは多様なパッケージ基板中でフレキシブルなテープ配線基板にTCP(Tape Carrier Package)またはCOF(Chip On Film)パッケージ方式により実装された後、印刷回路基板またはディスプレーパネル上に最終実装されることができる。
図13Aは本発明の一実施形態によるLDIチップ200がCOG方式で実装されたLCDパネルアセンブリー325の平面図であって、図13B図13AのB−B’線に沿って切った断面図である。
図13Aを参照すると、本発明の液晶ディスプレー装置300はLDIチップ200とLCDパネルアセンブリー325を含んで、TFTパネル310とカラーフィルターパネル320で構成されたLCDパネルアセンブリー325上にLDIチップ200が直接実装されている。PCB(Printed Circuit Board)335も可撓性基板330を介してLCDパネルアセンブリー325に連結されている。TFTパネル310は複数個の薄膜トランジスタ(TFT)がマトリックス状に形成されているパネルである。カラーフィルターパネル320は格子状のブラックマトリックス、RGB画素及びITO電極などが形成されているパネルである。両パネル310、320間に液晶(図示せず)が注入されている。有効ディスプレー領域以外のTFTパネル310上にデータライン340、ゲートライン350、ゲート駆動信号伝送ライン345、355等の配線が形成されている。
図13Bを参照すると、本発明によるハイブリッド金バンプ170を有したLDIチップ200がフェースダウン接合(face down bonding)によってTFTパネル310上の配線340、350、345、355または配線340、350、345、355と連結したパッド360などと直接接続する。この時、LDIチップ200の接続はACF(Anisotropic Conductive Film)370を介してなされる。ACF 370は接着フィルム372に小さな導電性粒子374が散在されている状態のフィルムをいう。接着フィルム372は15〜35μm程度であって、導電性粒子374の直径は3〜15μm程度である。接着フィルム372の種類ではスチレンブタジエンゴム、ポリビニールブチレンなどの熱可塑性(Thermoplastic)フィルム、エポキシ樹脂、ポリウレタン、アクリル樹脂などの熱硬化性(Thermosetting)フィルムまたは熱可塑性と熱硬化性の混合フィルムが使われることができる。導電性粒子374は金、銀、ニッケル、金属でコーティングされたポリマー、またはガラスボールであることである。接続をしようとするLCDパネルアセンブリー325の配線340、350、345、355または配線340、350、345、355と連結したパッド360上にACF 370を付けてハイブリッド金バンプ170をパッド360と合せて付着した後、熱圧着すればハイブリッド金バンプ170とパッド360間の導電性粒子374により垂直方向に電気的接続になる。
図13BではACFを介したCOG実装を例示したが、非導電性接着剤(Non Conductive Paste;NCP)を用いたCOG実装も可能なことはもちろんである。NCPを用いる場合、図面には図示していないがハイブリッド金バンプ170とパッド360が直接的に接続して、LCDパネルアセンブリー325とLDIチップ200がNCPにより接着される。
COG方式の実装は補修作業が容易で、LDIチップ200とLCDパネルアセンブリー325間のギャップ孔隙内に樹脂を充填することが要求されないし、他のパッケージ基板を必要としないので実装コストが節減される非常に有用な実装法である。
図14は図1ないし図11で説明した本発明の多様な実施形態によるLDIチップが実装されるテープ配線基板400の平面図である。図14を参照すると、曲がることができる材質、例えばポリイミド(Polyimide)のようなフレキシブルフィルム410上に配線420が形成されている。TCP(Tape Carrier Package)用テープ配線基板の場合にはLDIチップが付着される領域であるウィンドー425が中間にある。COF(Chip On Film)パッケージ用テープ配線基板はウィンドー425がなくフレキシブルフィルム410上に配線420が配列されるという点でTCP用テープ配線基板と差がある。配線420は5μm〜20μm程度の厚さに形成されていて、一般的に銅薄(Cu)、銅薄の表面にスズ、金、ニッケルまたはソルダをメッキした物質が使われる。
図面符号430は前記配線420が外部に露出される場合酸化されることを防止して、異物質(Foreign material)による断線不良が発生することを防止するためにソルダレジスト(Solder resist)がコーティングされた領域を指し示す。図面符号440はフレキシブルフィルム410で切断されて使われるユーザー領域を指し示す。図面符号A1、A2はPCBやLCDパネルに直接付着する外部連結端子である。
図15及び図16はそれぞれ本発明の一実施形態によるLDIチップ200が実装されたTCPとCOFパッケージの断面図である。図15及び図16を参照すると、本発明によるハイブリッド金バンプ170を有したLDIチップ200がフェースアップ接合(face up bonding)によってフレキシブルフィルム410上の配線420の内部連結端子に接続する。LDIチップ200両側にはレジン450が形成され、レジン450はソルダレジスト430、配線420及びハイブリッド金バンプ170で構成された接合構造を覆う。
図17は本発明の実施形態によるLDIチップがCOFパッケージ形態で実装されたLCDパネルアセンブリー325の概略図である。図13Aに示しているLCDパネルアセンブリーと等しい構成要素に対しては説明を省略する。テープ配線基板400上の外部連結端子A1、A2の一側はTFTパネル310上のデータライン340またはゲートライン350が連結されて、外部連結端子A1、A2の他側はPCBまたはゲート駆動信号伝送ライン345、355に接続される。上の実施形態ではLDIチップがCOFパッケージ形態で実装されたLCDパネルアセンブリーに関して説明したが、本発明はこれに限られないしLDIチップがTCPパッケージ形態で実装されたLCDパネルアセンブリーにも適用可能であるということはもちろんである。
以上添付した図面を参照して本発明の実施形態を説明したが、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者は本発明がその技術的思想や必須な特徴を変更しなくて他の具体的な形態で実施できるということを理解することができることである。それゆえ以上で記述した実施形態はすべての面で例示的なことであって限定的でないことを理解しなければならない。
本発明は携帯電話、携帯情報端末機、LCD装置などの平板ディスプレー装置、ノート・パソコン型コンピュータなどの電子機器に適用されることができる。但し、上で言及した電子機器は例示に過ぎない。
本発明の一実施形態によるLDIチップの製造方法を示した断面図である。 本発明の一実施形態によるLDIチップの製造方法を示した断面図である。 本発明の一実施形態によるLDIチップの製造方法を示した断面図である。 本発明の一実施形態によるLDIチップの製造方法を示した断面図である。 本発明の一実施形態によるLDIチップの製造方法を示した断面図である。 本発明の一実施形態によるLDIチップの製造方法を示した断面図である。 本発明の一実施形態によるLDIチップの製造方法を示した断面図である。 本発明の一実施形態によるLDIチップの製造方法を示した断面図である。 本発明の一実施形態によるLDIチップ上に形成されたハイブリッド金バンプを示したSEM写真である。 本発明の一実施形態によるLDIチップ上に形成されたハイブリッド金バンプを示したSEM写真である。 本発明の一実施形態によるLDIチップ上に形成されたハイブリッド金バンプを示したSEM写真である。 本発明の一実施形態によるハイブリッド金バンプのXRDピークを示したグラフである。 EDSテスト工程を経た後プローブチップの汚染程度を示すプローブチップの表面を示すSEM写真である。 本発明の他の実施形態によるLDIチップの製造方法を示した断面図である。 本発明の一実施形態によるLDIチップがCOG方式で実装されたLCDパネルアセンブリーの平面図である。 図13AのB−B’線に沿って切った断面図である。 本発明の多様な実施形態によるLDIチップが実装されるテープ配線基板の平面図である。 本発明の一実施形態によるLDIチップが実装されたTCPパッケージの断面図である。 本発明の一実施形態によるLDIチップが実装されたCOFパッケージの断面図である。 本発明の実施形態によるLDIチップがCOFパッケージ形態で実装されたLCDパネルアセンブリーの概略図である。
符号の説明
100:基板
110:チップパッド
120:パッシベーション層
130:バンプ下部導電層
140:非導電膜
142:非導電膜パターン
150:シアン金メッキ層
160:非シアン金メッキ層
170:ハイブリッド金バンプ
200:LDIチップ
300:液晶ディスプレー装置
310:TFTパネル
320:カラーフィルターパネル
325:LCDパネルアセンブリー
330:可撓性基板
335:PCB
340:データライン
345:ゲート駆動信号伝送ライン
350:ゲートライン
355:ゲート駆動信号伝送ライン
360:パッド
370:ACF
372:接着フィルム
374:導電性粒子
400:テープ配線基板
410:フレキシブルフィルム
420:配線
425:ウィンドー
430:ソルダレジスト
440:ユーザー領域
450:レジン

Claims (35)

  1. 基板上に形成された微細電子素子と連結されて、前記微細電子素子とチップ外部間の電気的なコンタクトを形成するチップパッド;及び
    前記チップパッド上に形成されて、少なくとも2層以上の複合膜で構成されたバンプを含み、
    前記バンプは前記チップパッド上に非シアン金メッキ層が位置して、前記非シアン金メッキ層上にシアン金メッキ層が位置する構造である
    ことを特徴とする微細電子素子チップ。
  2. 前記バンプはシアン金メッキ層と非シアン金メッキ層が積層されたハイブリッド金バンプである
    ことを特徴とする請求項1に記載の微細電子素子チップ。
  3. 前記ハイブリッド金バンプの厚さは1−20μmである
    ことを特徴とする請求項2に記載の微細電子素子チップ。
  4. 前記シアン金メッキ層及び非シアン金メッキ層の厚さはそれぞれ0.5μm以上である
    ことを特徴とする請求項3に記載の微細電子素子チップ。
  5. 基板上に形成された微細電子素子と連結されて、前記微細電子素子とチップ外部間の電気的なコンタクトを形成するチップパッドと;
    前記微細電子素子を保護して前記チップパッドを露出させるパッシベーション層と;
    前記パッシベーション層により露出した前記チップパッド上に形成されて、少なくとも2層以上の複合膜で構成されたバンプ;及び
    前記チップパッドとバンプ間に形成されて、前記チップパッドとバンプ間の相互拡散を防止して相互接着を助けるバンプ下部導電層を含み、
    前記バンプは前記チップパッド上に非シアン金メッキ層が位置して、前記非シアン金メッキ層上に前記シアン金メッキ層が位置する構造である
    ことを特徴とする微細電子素子チップ。
  6. 前記バンプはシアン金メッキ層と非シアン金メッキ層が積層されたハイブリッド金バンプである
    ことを特徴とする請求項に記載の微細電子素子チップ。
  7. 前記ハイブリッド金バンプの厚さは1−20μmである
    ことを特徴とする請求項に記載の微細電子素子チップ。
  8. 前記シアン金メッキ層及び非シアン金メッキ層の厚さはそれぞれ0.5μm以上である
    ことを特徴とする請求項に記載の微細電子素子チップ。
  9. 前記バンプ下部導電層はTiW、Cr、Cu、Ti、Ni、NiV、Pd、Cr/Cu、TiW/Cu、TiW/AuまたはNiV/Cuで構成される
    ことを特徴とする請求項に記載の微細電子素子チップ。
  10. 前記バンプ下部導電層はTiWを0.005−0.5μm厚さで、Auを0.005−0.5μm厚さで積層したTiW/Au構造である
    ことを特徴とする請求項に記載の微細電子素子チップ。
  11. 前記ハイブリッド金バンプは一つ以上のシアン金メッキ層と一つ以上の非シアン金メッキ層が交代で積層された構造である
    ことを特徴とする請求項に記載の微細電子素子チップ。
  12. 第1項ないし第11項のうちいずれか一つの項による微細電子素子チップ;及び
    外部接続端子と内部接続端子で構成された配線を含んで、前記微細電子素子チップの前記バンプと前記内部接続端子が電気的に接続するテープ配線基板を含む
    ことを特徴とするパッケージ。
  13. 微細電子素子チップとの接続のための配線が形成されている液晶表示パネルアセンブリー;及び
    第1項ないし第11項のうちいずれか一つの項による微細電子素子チップを含んで、
    前記配線と前記微細電子素子チップの前記バンプが電気的に接続する
    ことを特徴とする液晶ディスプレー装置。
  14. 前記微細電子素子チップと前記液晶表示パネルアセンブリーはCOG、TCPまたはCOF方式で接続される
    ことを特徴とする請求項13に記載の液晶ディスプレー装置。
  15. (a)基板上に形成された微細電子素子と連結されて、前記微細電子素子とチップ外部間の電気的なコンタクトを形成するチップパッドを準備する段階;及び
    (b)前記チップパッド上に少なくとも2層以上の複合膜で構成されたバンプを形成する段階を含み、
    前記(b)段階は前記チップパッド上に非シアン金メッキ層を先に形成した後、シアン金メッキ層を形成する
    ことを特徴とする微細電子素子チップの製造方法。
  16. 前記(b)段階は前記チップパッド上にシアン金メッキ層と非シアン金メッキ層の積層構造で構成されたハイブリッド金バンプを形成する段階である
    ことを特徴とする請求項15に記載の微細電子素子チップの製造方法。
  17. 前記(b)段階は電解メッキ法を利用する
    ことを特徴とする請求項16に記載の微細電子素子チップの製造方法。
  18. 前記シアン金メッキ層はKAu(CN)系の鍍金液を用いて形成して、前記非シアン金メッキ層はNaAu(SO系の鍍金液を用いて形成する
    ことを特徴とする請求項17に記載の微細電子素子チップの製造方法。
  19. 前記ハイブリッド金バンプは1−20μmの厚さで形成する
    ことを特徴とする請求項17に記載の微細電子素子チップの製造方法。
  20. 前記シアン金メッキ層及び非シアン金メッキ層はそれぞれ0.5μm以上の厚さで形成する
    ことを特徴とする請求項19に記載の微細電子素子チップの製造方法。
  21. 前記(b)段階後、熱処理する段階をさらに含む
    ことを特徴とする請求項16に記載の微細電子素子チップの製造方法。
  22. 前記熱処理は250−360℃の酸素または窒素雰囲気で遂行する
    ことを特徴とする請求項21に記載の微細電子素子チップの製造方法。
  23. (a)チップパッドを露出させるパッシベーション層を形成する段階と;
    (b)前記(a)段階の結果物上にバンプ下部導電層を形成する段階と;
    (c)前記バンプ下部導電層上にバンプが形成される領域を限定する非導電膜パターンを形成する段階と;
    (d)前記非導電膜パターンをマスクにして、前記バンプ下部導電層上に少なくとも2層以上の複合膜で構成されたバンプを形成する段階;及び
    (e)前記非導電膜パターンを除去する段階を含み、
    前記(d)段階は前記バンプが形成される領域に非シアン金メッキ層を先に形成した後、シアン金メッキ層を形成する
    ことを特徴とする微細電子素子チップの製造方法。
  24. 前記(d)段階は前記バンプ下部導電層上にシアン金メッキ層と非シアン金メッキ層の積層構造で構成されたハイブリッド金バンプを形成する段階である
    ことを特徴とする請求項23に記載の微細電子素子チップの製造方法。
  25. 前記(d)段階は電解メッキ法を利用する
    ことを特徴とする請求項24に記載の微細電子素子チップの製造方法。
  26. 前記シアン金メッキ層はKAu(CN)系の鍍金液を用いて形成して、前記非シアン金メッキ層はNaAu(SO系の鍍金液を用いて形成する
    ことを特徴とする請求項25に記載の微細電子素子チップの製造方法。
  27. 前記ハイブリッド金バンプは1−20μmの厚さで形成する
    ことを特徴とする請求項25に記載の微細電子素子チップの製造方法。
  28. 前記シアン金メッキ層及び非シアン金メッキ層はそれぞれ0.5μm以上の厚さで形成する
    ことを特徴とする請求項27に記載の微細電子素子チップの製造方法。
  29. 前記(b)段階はTiW、Cr、Cu、Ti、Ni、NiV、Pd、Cr/Cu、TiW/Cu、TiW/AuまたはNiV/Cuで前記バンプ下部導電層を形成する段階である
    ことを特徴とする請求項24に記載の微細電子素子チップの製造方法。
  30. 前記(b)段階はTiWとAuを順次的にスパッタリングしてTiW/Au構造を有する前記バンプ下部導電層を形成する段階である
    ことを特徴とする請求項29に記載の微細電子素子チップの製造方法。
  31. 前記バンプ下部導電層はTiWを0.005−0.5μm厚さでAuを0.005−0.5μm厚さで積層したTiW/Auで形成する
    ことを特徴とする請求項30に記載の微細電子素子チップの製造方法。
  32. 前記(e)段階後、前記ハイブリッド金バンプをマスクにして前記バンプ下部導電層を除去する段階をさらに含む
    ことを特徴とする請求項24に記載の微細電子素子チップの製造方法。
  33. 前記バンプ下部導電層を除去した後、熱処理する段階をさらに含む
    ことを特徴とする請求項32に記載の微細電子素子チップの製造方法。
  34. 前記熱処理は250−360℃の酸素または窒素雰囲気で遂行する
    ことを特徴とする請求項33に記載の微細電子素子チップの製造方法。
  35. 前記非導電膜パターンはフォトレジストパターン層である
    ことを特徴とする請求項24に記載の微細電子素子チップの製造方法。
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