KR0138887B1 - 반도체 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

반도체 장치 및 그 제조 방법

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KR0138887B1
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bump
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도시아키 이다카
히로카쯔 에자와
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사또오 후미오
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Abstract

본 발명의 반도체 장치는 LSI 칩 상의 패드 간격이 미세한 경우에도 패드상의 범프 전극의 상면적을 가급적 크게 확보하여 범프 전극과 리드 부재와의 접합 강도를 충분히 확보하고 칩상의 범프 전극 배열 영역의 점유면적의 증대를 억제시킨다. 또한, 반도체 기판(11)상의 배선(12)상에 퇴적되고, 배선의 복수개의 패드 영역 상에 각기 대응해서 형성되는 동시에 칩 주변을 따르는 방향으로 복수개 배열된 개구부(13a)를 갖는 절연보호막(13)과, 각 개구부내에 묻히는 동시에 개구부보다도 윗쪽으로 돌출하도록 형성되며 패드 영역에 전기적으로 접속된 복수개의 범프 전극(3)을 구비하고, 복수개의 범프 전극의 최소한 일부의 상면적은 바닥면적보다도 넓고, 칩 주변에 따르는 방향의 단면은 방형을 가지며, 그것에 수직인 방향의 단면은 상변이 하변보다도 긴 사다리꼴을 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

반도체 장치 및 그 제조 방법
제1도는 본 발명의 제1실시예에 의한 LSI의 일부를 나타낸 사시도.
제2도는 제1도중의 범프 전극의상면의 패턴을 나타낸 도면.
제3도는 제1도의 LSI의 범프 전극의 형성 공정에 있어서의 제1도중 B-B 선에 따른 웨이퍼 단면을 개략적으로 나타낸 단면도.
제4도는 제3도 중의 포토 레지스트막 표면에 홈 모냥의 요부를 형성하는 위치를 나타낸 평면도,
제5도는 제1도 중의 범프 전극의 LSI 칩 주변에 따른 A-A선 방향의 단면을 나타낸 도면.
제6도는 제1도 중의 범프 전극의 LSI 칩 주변에 수직인 B-B선 방향의 단면을 나타낸 도면.
제7도는 제1도 중의 범프 전극에 대해 범프 전극과 리드 부재와의 접합 강도를 실측한 데이터의 이리례를 나타낸 특성도.
제8도는 종래의 LSI에 있어서의 범프 전극 부근의 구조의 일예를 나타낸 단면도.
제9도는 종래의 다른 범프 전극의 형성 공정에 있어서 웨이퍼 단면을 개략적으로 나타낸 단면도.
제10도는 종래의 또 다른 범프 전극의 LSI 상의 배열 상태를 개략적으로 나타낸 평면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1:LSI 2:칩 표면의 보호막
3:범프 전극11:반도체 기판
12:배선13:절연 보호막
13a:절연 보호막의 개구부14:장벽 금속
15, 15:포토 레지스터막16, 16:포토레지스터막의 개구부
17:요부
본 발명은 반도체 장치에 관한 것이며, 특히 외부 접속용 범프 전극의 구조 및 형성방법에 관한 것이다.
근래의 LSI(대규모 집적 회로)는 박형화나 좁은 피치의 다수의 신호 단자를 필요로 하는 로직 LSI에 대응하기 위해, TAB(Tape Automated Bonding)로 부르는 기수을 널리 적용하고 있다.
이 TAB 기술은 LSI 칩의 신호 취출 부분에 높에 돌출한 도체 전극(범프 전극)을 미리 형성하는 동시에, 폴리이미드 등의 절연성 및 내열성을 갖는 박막 필름상에 동체 등으로 리드 패턴을 형성한 배선 부재(캐리어 필름)를 미리 준비하고, LSI 칩의 본딩 접속시, 리드 패턴의 내부 리드선 단부와 범프 전극의 위치를 맞추어, 범프 전극상에서 내부 리드선 단부를 열압착에 의해 직접 접합하는 것이다.
제8도는 종래의 범프 전극 부근의 일례를 나타내고 있다.
81은 반도체 기판, 82는 기판상에 형성된 알루미늄 배선, 83은 이 알루미늄 배선 및 기판상에 퇴적 형성된 절연 보호막, 84는 상기 알루미늄 배선의 패드 영역상에 대응하여 상기 절연보호막(83)에 형성된 개구부(배선 취출구)이다. 85는 범프 전극이며 상기 개구부(84)내에 파묻히는 동시에 개구부(84)보다도 윗쪽으로 돌출하도록 형성되어 있다.
그리고, 통상 범프 전극(85)에는 금이 사용되고 있으며, 이 금과 패드영역(알루미늄 배선)이직접 접촉함으로써 상호 확산에 의한 취약한 화합물이 생성되는 것을 방지하기 위해 상기 개구부의 내면(바닥면 및 측면)부 및 상면부에는 장벽 금속(86)이 형성되어 있고, 이 장벽 금속(86)을 통해 범프 전극(85)과 패드 영역이 전기적으로 접속되어 있다.
또 상기 범프 전극(85)의 평면 패턴으로 특개평 2-28933호 공보, 특개평 2-119228호 공보에 개시되어 있는 것처럼 범프 전극 배열 방향보다도 그것에 수직인 방향이 길어지도록 형성되는 경우도 있다.
그런데 LSI 칩이 더욱 미세화됨에 따라 패드의 피치를 좁게 하고 패드의 사이즈를 작게할 필요가 있어, 범프 전극(85)의 상면적이 작아진다.
이와 함께, 범프 전극(85)과 캐리어 필름의 내부 리드선 단부(도시 생략)와의 접촉 면적이 작아지므로, 양자의 접합 강도를 충분히 확보하기가 어려워진다.
게다가 LSI 칩의 본딩 접속시 상기 내부 리드선 단부와 범프 전극(85)과의 위치 맞춤이 어긋나기 쉬워지므로 양자의 접촉 면적이 더욱 작아지게 마련이며 그 접합 강도가 더욱 저하되는 중대한 문제가 발생한다.
이와 같은 문제를 해결하는 수단의 일례로서 제9도(a) 및 (b)에 도시한 바와 같은 공정에 의해 범프 전극(95)의 상면적을 바닥면적보다도 크게 형성하고 내부 리드선 단부와의 접촉 면적을 크게 하는 것을 들 수 있다.
즉 제9도(a)에 도시한 바와 같이 기판(81)상에 배선(82)과 절연 보호막(83)을 형성한 다음, 포토레지스트막(91)으로 덮고, 포토레지스트막(91)을 노광, 현상 및 베이킹하여 범프 전극 형성 위치에만 개구부(94)를 형성한다. 이 경우, 노광, 현상 및 베이킹의 조건을 조절하여 개구부(94)의 단면 형상의 바닥면적보다도 상면적이 커지도록 만든다.
다음에 상기 포토 레지스트막(91)을 마스크하여 금으로 도금함으로써 제9도( b)에 도시하 바와 같이 상기 개구부내에 범프 전극(95)을 형성한 다음 상기 포토 레지스트막(91)을 제거한다.
그러나 상기한 바와 같이 범프 전극(95)을 형성하면 범프 전극(95)의 상부는 사방으로 퍼지므로 범프 전극(95)끼리의 간격이 좁아져 패드 간격의 사양이 좁아진 경우 인접 범프 전극(95)끼리 접촉하게 된다.
한편 상기한 바와 같은 문제를 해결하기 위한 수단의 다른 예로서 제10도에 도시한 바와 같이 범프 전극(100)의 평면 패턴을 범프 전극 배열 방향보다도 그것에 수직인 방향이 길어지도록 형성함으로써, 인접하는 전극(100)끼리 접촉하지 않게 하는 것을 들 수 있다.
그러나 상기한 바와 같이 범프 전극(100)을 형성할 경우, 범프 전극(100)의 접합 면적을 크게 확보하려 하면 LSI 칩(101)상의 범프 전극 배열 영역(통상, 주변 영역)의 점유 면적이 커져 LSI 칩 전체 사이즈의 대형화가 초래된다.
상기한 바와 같은 종래의 반도체 장치는 반도체 칩상의 패드 간격이 미세해짐에 따라 패드상의 범프 전극의 상면적이 작아져서, 범프 전극과 리드 부재와의 접합 강도를 충분히 확보하기가 어려워지는 문제가 있었다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하고자 이루어진 것이며, 반도체 칩상의 패드 간격이 미세해진 경우에도 패드상의 범프 전극의 상면적을 가급적 크게 확보하여 범프 전극과 리드 부재와의 접합 강도를 충분히 확보할 수 있고, 게다가 칩상의 범프 전극 배열 영역의 점유면적의 증대 및 칩 전체의 사이즈의 대형화를 억제할 수 잇는 반도체 장치 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 반도체 칩의 기판상에 형성된 배선과, 이 배선 및 상기 기판상에 퇴적되어 상기 배선의 복수개의 패드 영역상에 각기 대응해서 형성되며 상기 반도체 칩 주변을 따르는 방향으로 복수개 배열된 개구부를 갖는 절연 보호막과, 상기 각 개구부에 대응 해서 형성되고, 개구부내에 묻히며 이 개구부보다도 윗쪽으로 돌출하도록 형성되어 상기 패드 영역에 전기적으로 접속된 복수개의 범프 전극을 구비하고, 상기 복수개의 범프 전극의 최소한 일부는 그 상면적은 바닥면적보다도 넓고, 반도체 칩 주변에 따른 방향의 단면은 방형을 가지며, 그것에 수직인 방향의 단면은 상변이 하변보다도 긴 모양을 갖는 것을 특징으로 한다.
범프 전극의 상면적은 바닥면적보다도 넓게 형성되어 있고, 그 상면 패턴은 최근의 LSI 칩 주변에 따르는 방향보다도 그것에 수직인 방향이 긴 장방향을 가진다. 따라서 LSI 칩상의 패드 간격이 미세해진 경우에도 패드상의 범프 전극의 상면적을 가급적 크게 확보하여 범프 전극과 리드 부재(캐리어 필름의 내부 리드 선단부)와의 접합 강도를 충분히 확보할 수 있다.
또한 범프 전극의 상면적이 칩 내부 영역측으로 뻗어 있고, 그 아래쪽에 칩 내부의 배선이나 트랜지스터 등의 소자가 존재해도 무방하다. 따라서 칩상의 범프 전극 배열 영역의 점유면적의 증대 및 칩 전체의 사이즈의 대형화를 억제할 수 있다.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
제1도는 본 발명의 일실시예에 의한 LSI의 일부 (범프 전극부)를 나타내는 사시도이다.
제1도에 있어서, 1은 LSI 칩, 2는 칩 표면의 절연보호막, 3은 칩 주변영역에 배열되어 형성된 범프 전극이다. 상기 범프 전극(18)의 상면 패턴은 제2도에 도시한 것처럼 최근의 LSI 칩 주변(1a)에 따르는 방향(A-A선에 따르는 방향)보다도 그것에 수직인 방향(B-B선에 따르는 방향)이 긴 장방형을 가지며, 그 상면적은 바닥면적보다도 넓다. 그리고, 상기 범프 전극(18)의 바닥면 패턴은 통상은 정방향을 갖는다.
제3도(a) 내지 (c)는 제1도의 LSI의 범프 전극의 형성 공정에 있어서 제1도중의 B-B선에 따르는 웨이퍼 단면을 개략적으로 나타내고 있다.
먼저 제3도(a)에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(11)상에 알루미늄 배선(12)을 형성하고 기판상의 전면에 절연 보호막(13)을 형성하며, 이 절연 보호막에 대해 범프 전극 형성용 개구부(13a)을 복수개 형성하고, 이 개구부(13a)의 내면(바닥면 및 측면)부 및 상면부에 장벽 금속(14)을 형성하며 또한 기판상의 전면을 유기막(예를들면 포토레지스트막)(15)으로 덮는다.
다음에 상기 포토 레지스터막(15)을 노광, 현상 및 베이킹하고, 범프 전극 형성용 개구부(16)를 복수개 형성한다. 이 때, 상기 복수개의 개구부(16)에 대해 각각의 개구부 주변의 일부를 따라 포토 레지스트막 표면에 홈모양의 요부(17)를 형성한다.
이 경우, 예를 들면 제4도에 도시한 바와 같이 개구부(16)에 가장 가까운 칩 영역 주변측의 1변(16a)에 대향하는 위치 및 그 양단측의 서로 대향하는 2변(16b)에 대향하는 위치(인접하는 개구부의 중간 위치)에 요부(17)를 형성한다.
그리고 상기 요부(17)는 레지스트 노광 마스크에 패턴 노광 장치 및 포토레지스트막의 해상한계 이하인 가능 패턴을 형성해 줌으로써 실현할 수 있다.
이후, 약 130℃에서 10분 정도인 열처리에 의해 상기 포토 레지스트막(15)을 수축시키면 제3도(b)에 도시한 바와 같이 포토 레지스트막(15)중에서 개구부(16)보다도 칩 중앙쪽에 존재하는 면적이 넓은 영역부 쪽이 개구부(16)와 요부(17)사이에 존재하는 면적이 좁은 영역부보다도 심하게 수축된다. 이 경우, 상기한 바와 같이 포토 레지스트막 표면에 요부(17)가 존재하면, 포토레지스트막 표면에 따르는 수축이 요부(17)에서 차단된다.
이에 따라, 열처리후의 포토 레지스트막(15)의 개구부(16)는 개구부(16a)의 상단부 부근이 주위의 요부(17)가 형성되어 있지 않은 방향으로 확대된다.
다음에 상기한 바와 같은 열처리후의 포토 레지스트막(15)을 마스크로 하여 금도금 함으로써 제3도(c)에 도시한 바와 같이 범프 전극(3)을 상기 개구부(16), (13a)내에 묻은 후 포토 레지스트막(15)을 제거한다.
제3도(c)에 도시한 바와 같이 형성된 LSI는 반도체 기판(11)상에 형성된 배선(12)과 이 배선상 및 상기 기판상에 퇴적되어 상기 배선의 복수개의 패드 영역상에 각기 대응해서 형성되는 동시에 반도체 칩 주변에 따르는 방향으로 복수개 배열된 개구부(13a)를 갖는 절연보호막(13)과, 상기 각 개구부(13a)보다도 윗쪽으로 돌출하도록 형성되고, 상기 패드 영역에 전기적으로 접속된 복수개의 범프 전극(3)을 구비한다.
상기 범프 전극(3)의 LSI 칩 주변에 A-A선 방향의 단면은 제5도에 도시한 바와 같이 대략 방형(예를 들면 장방형)을 가지며 그것에 수직인 B-B선 방향의 단면은 제6도에 도시한 바와 같이 상변이 하변보다도 긴 대략 사다리꼴을 갖는다.
이 경우, 상기 사다리꼴 단면에서 가장 가까운 칩 주변의 1변은 저변에 대해 대략 수직이며, 각 범프 전극(3)의 상면의 장변 방향의 일단측이 칩 내부 영역측(예를 들면 소자의 윗쪽부까지)으로 뻗어 있다.
제7도를 상기 실시예의 범프 전극(3)의 B-B선 방향의 사다리꼴 단면의 상변이 하변보다도 25% 길어지도록 형성했을 경우에 대해 범프 전극(3)과 리드 부재(캐리어 필름의 내부 리드선 단부)와의 접합 강도를 실측한 데이타를 나타내고 있다. 또, 비교를 위해 상기 범프 전극(3)의 바닥 면적과 같은 상면적 및 바닥면적을 갖는 종래예의 범프전극과 리드 부재와의 접합 강도를 실측한 데이타도 나타내고 있다.
이 제7도로 부터, 본 실시예의 범프 전극쪽이 종래예의 범프 전극보다도 리드 부재와의 접합 강도가 명백히 증가된 것을 알 수 있다. 또 상기 범프 전극(3)의 사다리꼴 단면에서 상변이 하변보다도 20% 이상 길도록 형성하면, 범프 전극과 리드 부재와의 접합 강도를 실제로 충분한 값으로 향상시킬 수 있을 것이다.
즉, 상기 실시예의 LSI 에 있어서는 범프 전극의 상면적이 바닥면적보다도 넓게 형성되어 있고, 그 상면 패턴은 최근의 LSI 칩 주변에 따르는 방향보다도 그것에 수직인 방향이 긴 장방형을 갖는다.
따라서, LSI 칩 상의 패드 간격이 미세한 경우에도, 패드 영역상의 범프 전극의 상면을 가급적 크게 확보하여 범프 전극과 리드 부재와의 접합 강도를 충분히 확보할 수 있다.
또, 범프 전극(18)의 상면측이 칩 내부 영역측으로 뻗어 있으며, 그 아래쪽에 칩 내부의 배선이나 트랜지스터 등의 소자가 존재해도 무방한다.
따라서, 칩 상의 범프 전극 배열 영역의 점유면적의 증대 및 칩 전체의 사이즈의 대형화를 억제할 수 있다.
그리고 상기 실시예에서는 복수개의 범프 전극 모두가 같은 구조를 갖도록 형성하는 경우를 나타냈지만, 일부의 범프 전극만 상기한 바와 같은 구조를 갖도록 형성해도 된다.
또, 상기 도금용 마스트로 상기 실시예의 포토 레지스트에 한정됨이 없이, 열 수축성을 나타내는 다른 재료, 예를 들면 드라이 필름을 사용할 수도 있다.
또 상기 범프 전극은 상기 실시예와 같은 금도금에 한정되지 않으며 동체도금, 또는 금속의 스패터나 증착에 의해 형성해도 된다.
그리고 본원 청구범위에 각 구성 요건에 병기한 도면 참조부호는 본원 발명의 이해를 용이하게 하기 위한 것이며, 본원 발명의 기술적 범위를 도면에 도시한 실시예에 한정하는 의도로 병기한 것은 아니다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 반도체 칩상의 패드 간격이 미세해진 경우에도 패드상의 범프 전극의 상면적을 가급적 크게 확보해서 범프 전극과 리드 부재와의 접합 강도를 충분히 확보할 수 있고, 게다가 칩상의 범프 전극 배열 영역의 점유면적의증대 및 칩 전체의 사이즈의 대형화를 억제할 수 있는 반도체 장치 및 그 제조방법을 실현할 수 있다.

Claims (11)

  1. 판상의 반도체 칩(11)위에 형성된 복수개의 패드 영역을 갖는 배선(12)과,
    이 배선상 및 상기 반도체 칩상에 퇴적된 절연 보호막(13)과,
    상기 배선의 복수개의 패드 영역 각각에 대응해서 상기 반도체 칩 주변을 따라 배열된 상기 절연 보호막의 개구부(13a)와,
    상기 각 개구부내에 묻혀서 상기 패드 영역에 전기적으로 접속되는 동시에 상기 절연막 표면보다 윗쪽으로 돌출하도록 형성된 복수개의 범프 전극(3)을 구비하고,
    상기 복수개의 범프 전극의 최소한 일부는 그 상면적이 바닥면적보다도 넓고, 반도체 칩 주변에 따르는 방향의 단면이 방형을 가지며, 또한 그 단면에 수직인 방향의 단면의 상변이 하변보다도 긴 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 범프 전극(3)의 최소한 일부는 그 상면이 가장 가까운 반도체 칩 주변을 따르는 방향의 변보다도 그것에 수직인 방향의 변이 긴 장방형을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 범프 전극(3)의 최소한 일부는 그 바닥면이 정방형을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 복수개의 범프 전극(3)의 최소한 일부는 그 바닥면이 정방형을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 범프 전극(3)의 최소한 일부는 반도체 칩 주변에 면하는 측면이 바닥면에 대해 대략 수직인 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 복수개의 범프 전극(3)의 최소한 일부는 반도체 칩 주변에 면하는 측면이 바닥면에 대해 대략 수직인 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 복수개의 범프 전극(3)의 최소한 일부는 반도체 칩 주변에 면하는 측면이 바닥면에 대해 대략 수직인 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 복수개의 범프 전극(3)의 최소한 일부는 반도체 칩 주변에 면하는 측면이 바닥면에 대해 대략 수직인 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  9. 제2항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 각 범프 전극(3)의 상면의 장변 방향의 일단측이 반도체 칩상의 배선 또는 반도체 칩내의 소장의 상방부까지 뻗어있는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  10. 반도체 기판상에 복수개의 패드 영역을 갖는 배선을 형성하는 단계와,
    상기 배선 및 반도체 기판상에 절연 보호막을 형성하는 단계와,
    상기 배선의 패드 영역상에 범프 전극 형성용 개구부를 복수개 갖는 절연 보호막을 형성하는 단계와,
    상기 절연 보호막을 유기막으로 덮는 단계와,
    상기 유기막에 대해 범프 전극 형성용 개구부를 복수개 형성하는 동시에 이들 유기막의 개구부중 최소한 일부의 주위에 홈모양의 요부를 형성하는 단계와,
    열처리에 의해 상기 유기막을 수축시킴으로써, 상기 개구부의 상단부 부근을 주위의 요부가 형성되어 있지 않은 방향으로 확대하는 단계와,
    상기 개구부내에 묻히면서 상기 절연 보호막 표면보다도 윗쪽으로 돌출하는 범프 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 유기막의 개구부의 주위의 일부에 요부를 형성하는 단계에서 상기 유기막의 개구부의 가장 가까운 반도체 칩 주변과 떨어진 쪽의 1변을 제외한 3변에 요부를 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조방법.
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