KR100292248B1 - Indium bump manufacturing method using plasma - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 인듐 범프의 높이를 높이고 그 범프의 인장 강도를 향상시키기 위하여, 칩 상에 인듐과 결합력이 없는 재료인 보호층을 증착하고; 상기 보호층 중에 범프가 위치할 전도성 금속 패드의 일부를 포토레지스트 패터닝을 이용하여 개방하고; 상기 패터닝용 포토레지스트를 없애지 않고 그 위에 UBM을 증착하고; 상기 포토레지스트를 제거하여 확산 방지층을 패터닝하고; 상기 UBM 위에 상기 UBM 보다 넓은 단면적을 갖는 인듐 범프를 형성하고; 상기 인듐 범프를 플라즈마에 노출시킴으로써 리플로우하는; 플라즈마를 이용한 인듐 범프의 제조방법을 제공한다.In order to increase the height of the indium bumps and to improve the tensile strength of the bumps, the present invention is directed to depositing a protective layer, which is a material having no binding force with indium, on a chip; Opening a portion of the conductive metal pad where the bump is to be placed in the protective layer using photoresist patterning; Depositing UBM thereon without removing the patterning photoresist; Removing the photoresist to pattern a diffusion barrier layer; Forming an indium bump on the UBM having a larger cross-sectional area than the UBM; Reflow by exposing the indium bump to a plasma; Provided is a method of manufacturing indium bumps using plasma.

Description

플라즈마를 이용한 인듐 범프의 제조방법Indium bump manufacturing method using plasma

본 발명은, 디텍터(detector)와 멀티플렉서(multiplexer)를 다른 물질에 만든 후 두 칩을 결합시키는 하이브리드 IRFPA (Infrared Focal Plane Array)의 인터커넥션에 이용되는 인듐 범프의 특성을 향상하기 위한 H2 플라즈마 리플로우(reflow) 방법에 관한 것이다.The present invention provides an H2 plasma reflow to improve the properties of indium bumps used in the interconnection of a hybrid Infrared Focal Plane Array (IRFPA) that combines two chips after making a detector and a multiplexer in different materials. (reflow) method.

하이브리드 IRFPA는 적외선을 감지하는 HgCdTe 다이오드와, 적외선 감지 소자에서 나오는 신호를 순차적으로 처리하여 비디오 신호를 뽑아내는 실리콘 리드아웃 회로를 결합하여 만든다. 이러한 하이브리드 형태는 각 칩의 공정과 성능을 최적화할 수 있다는 장점이 있다. 그러나, 같은 칩에서 만드는 것이 아니기 때문에 공간적으로 떨어진 두 칩을 서로 연결하는 방법이 매우 중요하다. 그 중 일반적인 방법은 소위 플립 칩 본딩 (flip chip bonding) 기법을 포함하는데, 적외선 디텍터와 실리콘 리드아웃(read-out) 회로를 서로 마주 보게 하고 정렬하여 붙일 때, 각 디텍터 소자 당 접촉(contact)은 미리 디텍터 어레이와 실리콘 리드아웃 위에 증착하여 형성된 인듐 범프를 이용하게 된다. 범프로 인듐을 사용하는 이유는 인듐이 범프 재료로 쓰이는 물질 중에서 유일하게 극저온 (cryogenic temperature)에서도 무르므로 저온 동작 시 생기는 두 칩간의 열응력을 오랫동안 견딜 수 있다는 장점을 가지기 때문이다. 비록, 순수 인듐은 상대 피로 수명(relative fatigue life)이 크지만 부식에 대한 저항력이 약하기 때문에 대기 상태에서도 쉽게 특성이 저하될 수 있다. 그러므로, 매우 세심한 범프 구조의 설계와 범프 형성 공정 및 본딩 작업이 필요하다.The hybrid IRFPA combines an HgCdTe diode that detects infrared light and a silicon readout circuit that sequentially processes the signal from the infrared sensing device to extract the video signal. This hybrid form has the advantage of optimizing the process and performance of each chip. However, since they are not made on the same chip, the method of connecting two spatially separated chips to each other is very important. Common methods include the so-called flip chip bonding technique. When the infrared detector and the silicon read-out circuit are facing each other and aligned, the contact per each detector element is Indium bumps formed by depositing on the detector array and the silicon lead-out in advance are used. The reason why indium is used as bump material is that indium is the only material used as a bump material, and it has the advantage of being able to withstand the thermal stress between two chips during low temperature operation for a long time because it is soft even at cryogenic temperatures. Although pure indium has a high relative fatigue life, its resistance to corrosion can be easily degraded even in the air. Therefore, very careful bump structure design, bump forming process and bonding work are required.

플립 칩 본딩의 성공을 좌우하는 요소로는 크게 두 가지가 있는데, 하나는 본딩 성공률에 영향을 미치는 레벨링(leveling)이 있고, 또 다른 하나는 잘 연결된 범프가 얼마나 오랫동안 붙어 있는가를 표시하는 본딩 신뢰성과 관련 있는 전단 변형율(shear strain)이 있다.There are two major factors that determine the success of flip chip bonding, one of which is leveling which affects the bonding success rate, and the other is related to bonding reliability, which indicates how long a well connected bump is attached. There is a shear strain.

레벨링은 플립 칩 본딩 시 붙이는 두 칩간의 평행한 정도를 나타내는 말이다. 이러한 레벨링이 본딩 성공률과 어떤 관계가 있는가를 범프의 높이를 변화하며 살펴보았다. 두 칩의 평행을 맞추지 않고 붙여 보았을 때 범프의 높이와 본딩 성공률과의 관계는 아래 표 1에서 알 수 있듯이 같은 압력으로 범프를 붙였을 때 범프의 높이가 클수록 본딩 성공률이 증가함을 알 수 있었다.Leveling refers to the degree of parallelism between two chips attached during flip chip bonding. We examined how the leveling is related to the bonding success rate by changing the height of the bump. The relationship between the bump height and the bonding success rate when the two chips were put together without parallel was found that the bonding success rate increases as the bump height is increased when the bumps are attached with the same pressure as shown in Table 1 below.

범프의 높이와 본딩 성공률과의 관계Relationship between bump height and bonding success rate 시편Psalter 범프의 높이Bump height force/bump(g)force / bump (g) yield (%)yield (%) 1One 10 ㎛ / 1 ㎛10 μm / 1 μm 1One 3030 22 10 ㎛ / 10 ㎛10 μm / 10 μm 1One 9090 33 10 ㎛ / 10 ㎛10 μm / 10 μm 55 100100

한편, 적외선 감지 소자는 액체 질소 온도 (77K)에서 동작시키는데, 이때 HgCdTe와 실리콘의 열팽창계수의 차이가 범프에 전단 변형율로 작용하게 된다. On/Off의 횟수가 결국 써멀 사이클(77∼300K)의 횟수를 의미하는데, 이런 써멀 사이클을 여러 번 겪게 되면 결국 범프의 균열이 생기게 되어 본딩 실패의 중요한 원인이 된다. 이러한 전단 변형율은 본딩 신뢰성과 관련된 피로 수명(fatigue life : Nf)과 다음과 같은 식으로 관련이 된다.On the other hand, the infrared sensing element is operated at the liquid nitrogen temperature (77K), where the difference in the thermal expansion coefficient of HgCdTe and silicon acts as shear strain on the bump. The number of On / Off means the number of thermal cycles (77 to 300K). If these thermal cycles are experienced many times, bumps may be cracked, which is an important cause of bonding failure. This shear strain is related to the fatigue life (Nf) associated with bonding reliability in the following manner.

Nf= 0.5 (Δγ/0.65)-2.26= 0.5 (0.65h / L(α1- α2) △T)2.26 N f = 0.5 (Δγ / 0.65) -2.26 = 0.5 (0.65 h / L (α 12 ) ΔT) 2.26

위 식에서 알 수 있듯이 범프의 높이(h)를 증가시키면 피로 수명이 증가함을 알 수 있다.As can be seen from the above equation, increasing the height (h) of the bump increases the fatigue life.

따라서, 본딩 성공률 및 본딩 신뢰성을 둘 다 향상하려면 범프의 높이를 키워야 함을 알 수 있다.Thus, it can be seen that the bump height must be increased to improve both the bonding success rate and the bonding reliability.

도 1은 종래의 인듐 범프의 제작 방법인 리프트-오프 (리프트-오프)에 의해 형성된 범프의 SEM 사진이다. 사진으로부터 표면이 매우 거친 것을 알 수 있다. 이것은 플립 칩 본딩 시 각 범프가 눌릴 때 범프의 접촉 면적이 작아질 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 상기 리프트-오프 방법으로는 범프의 높이를 높이는 데는 한계가 있다.1 is a SEM photograph of a bump formed by lift-off (lift-off), which is a conventional method for manufacturing indium bumps. It can be seen from the photograph that the surface is very rough. This means that the bump contact area can be reduced when each bump is pressed during flip chip bonding. In addition, there is a limit to increasing the height of the bump in the lift-off method.

본 발명은 전술한 바와 같이 범프의 본딩 성공률 및 본딩 신뢰성을 둘 다 향상시키기 위해서 범프의 높이를 높일 수 있는 리플로우 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a reflow method capable of increasing the height of a bump in order to improve both the bonding success rate and the bonding reliability of the bump as described above.

또한, 본 발명은 리플로우 방법 중 범프가 스스로 정렬할 수 있는 UBM (Under Bump Metallurgy) 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide an under bump metallurgy (UBM) structure in which bumps can be aligned by themselves in a reflow method.

도 1은 리프트-오프에 의해 형성된 범프의 SEM 사진이다.1 is an SEM photograph of a bump formed by lift-off.

도 2는 유도 결합 플라즈마 장치의 개략도이다.2 is a schematic diagram of an inductively coupled plasma apparatus.

도 3a는 실리콘 리드-아웃의 패드 위에 리프트-오프 방법으로 형성된 인듐 범프의 SEM 사진이고, 도 3b는 이 범프를 H2 플라즈마에 의해 리플로우한 후 범프의 SEM 사진이다.FIG. 3A is an SEM photograph of an indium bump formed by a lift-off method on a pad of silicon lead-out, and FIG. 3B is an SEM photograph of the bump after reflowing this bump by H2 plasma.

도 4a는 범프와 함께 니켈 또는 금/니켈을 리프트-오프한 UBM 구조를 보여주고, 도 4b는 도 4a의 UBM 구조에서 열처리를 겪은 범프가 불규칙적으로 패드 위에 리플로우된 상태를 보여준다.FIG. 4A shows the UBM structure lifted off nickel or gold / nickel with bumps, and FIG. 4B shows the bumps undergoing heat treatment irregularly reflowed on the pads in the UBM structure of FIG. 4A.

도 5a는 SOG 패터닝 자리에만 니켈 또는 금/니켈을 형성시킨 UBM 구조를 보여주고, 도 5b는 도 5a의 UBM 구조에서 열처리를 겪은 범프가 규칙적으로 패드 위에 리플로우되어 정렬된 범프의 모습을 보여준다.FIG. 5A shows a UBM structure in which nickel or gold / nickel is formed only at an SOG patterning site, and FIG. 5B shows a bump in which the bumps undergoing heat treatment in the UBM structure of FIG. 5A are regularly reflowed and aligned on a pad.

도 6a 및 6b는 각각 리프트-오프한 범프 및 리플로우한 범프를 범프 당 2g의 힘으로 커버 글라스에 본딩한 후의 범프의 평면도이다.6A and 6B are plan views of bumps after bonding the lifted-off bumps and the reflowed bumps to the cover glass with a force of 2 g per bump, respectively.

도 7a 및 7b는 각각 리프트-오프한 범프를 범프 당 2g의 힘을 가한 리프트-오프 범프의 본딩 전과 후의 단면도이다.7A and 7B are cross-sectional views before and after bonding of lift-off bumps with 2 g of force per bump applied to the lift-off bumps, respectively.

도 8a 및 8b는 각 리플로우한 범프를 범프 당 2g의 힘을 가한 reflow 범프의 본딩 전과 후의 모습이다.8A and 8B show the reflow bumps before and after bonding each reflowed bump with a force of 2 g per bump.

도 9는 범프의 인장 강도 측정 결과로, 점선은 범프 당 10g의 힘으로 본딩한 리프트-오프 범프의 응력-변형율 곡선이고, 실선은 범프 당 10g의 힘으로 본딩한 리플로우 범프의 응력-변형율 곡선이다.9 is a result of measuring the tensile strength of the bump, the dotted line is the stress-strain curve of the lift-off bump bonded with a force of 10g per bump, the solid line is the stress-strain curve of the reflow bump bonded with a force of 10g per bump to be.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 칩 상에 인듐과 결합력이 없는 재료인 보호층을 증착하고; 상기 보호층 중에 범프가 위치할 전도성 금속 패드의 일부를 포토레지스트 패터닝을 이용하여 개방하고; 상기 패터닝용 포토레지스트를 없애지 않고 그 위에 UBM을 증착하고; 상기 포토레지스트를 제거하여 확산 방지층을 패터닝하고; 상기 UBM 위에 상기 UBM 보다 넓은 단면적을 갖는 인듐 범프를 형성하고; 상기 인듐 범프를 플라즈마에 노출시킴으로써 리플로우하는; 플라즈마를 이용한 인듐 범프의 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is directed to depositing a protective layer, which is a material having no binding force with indium, on a chip; Opening a portion of the conductive metal pad where the bump is to be placed in the protective layer using photoresist patterning; Depositing UBM thereon without removing the patterning photoresist; Removing the photoresist to pattern a diffusion barrier layer; Forming an indium bump on the UBM having a larger cross-sectional area than the UBM; Reflow by exposing the indium bump to a plasma; Provided is a method of manufacturing indium bumps using plasma.

패키징에 많이 이용되는 솔더 범프에서는 범프에 열을 가하여 녹인 후 온도를 낮추어 굳히면 표면 장력이 최소화되려고 하는 힘에 의해 범프가 반구형이나 초 반구형으로 변형하게 된다. 이 과정을 리플로우(reflow)라고 하는데, 본 발명자들은, 이것을 인듐 범프에 적용하였다. 인듐은 산화되기 쉬운데 일단 산화가 되면 열만 가해서는 잘 녹지 않는다. 그래서, 표면의 산화막과 불순물을 제거하는 동시에 범프에 열을 가할 수 있는 열원으로 플라즈마를 이용한 공정을 도입하였다. 이것은 플라즈마를 범프 위에 형성하고 높은 에너지를 가진 플라즈마 이온 입자가 직접 범프를 때림으로써 표면의 산화막 등 불순물을 제거시키는 한편 플라즈마 자체의 온도에 의해 인듐을 녹일 수 있을 것으로 기대되었기 때문이다.In solder bumps, which are often used for packaging, the bumps are deformed into hemispherical or ultra-semi-spherical due to the force that tries to minimize the surface tension when the bumps are melted by heating and lowering the temperature. This process is called reflow, and the inventors applied it to indium bumps. Indium is easily oxidized, but once oxidized, it hardly melts with heat. Therefore, a process using plasma was introduced as a heat source capable of removing oxide film and impurities on the surface and applying heat to the bumps. This is because the plasma is formed on the bumps and the high energy plasma ion particles are directly bumped to remove impurities such as an oxide film on the surface and to dissolve indium by the temperature of the plasma itself.

바람직한 실시예의 설명Description of the Preferred Embodiments

본 발명에 사용한 플라즈마 장비는 도 2와 같은 유도 결합 플라즈마 장치이다. 실험은 플라즈마원을 수소와 아르곤, CF4등으로 변화하면서 범프를 녹이는 실험을 하였다.The plasma equipment used in the present invention is an inductively coupled plasma apparatus as shown in FIG. The experiment was conducted to melt the bumps while changing the plasma source to hydrogen, argon, CF4 and the like.

조건으로 프로세스 압력과 프로세스 시간은 60 mtorr, 5분으로 고정하고 rf 파워를 변화시켜 실험하였다. 이 때 수소 플라즈마에서는 rf 전원을 700W 이상으로 하였을 때 범프가 녹아서 반구형으로 재형성이 되었으나, 아르곤 및 CF4 플라즈마에서는 rf 파워를 300에서 800W로 변화를 주었으나 범프에 전혀 변화가 없었다. 이러한 결과로부터 수소 플라즈마의 수소가 인듐 표면의 산화막을 제거하는 데 환원제로써 화학적인 작용을 하는 것으로 생각되어진다.Under the conditions, the process pressure and the process time were fixed at 60 mtorr and 5 minutes, and the experiment was performed by changing the rf power. At this time, when the rf power was 700 W or more in the hydrogen plasma, the bumps melted and reformed into a hemispherical shape. However, in the argon and CF4 plasmas, the rf power was changed from 300 to 800 W, but the bump was not changed at all. From these results, it is thought that hydrogen in the hydrogen plasma has a chemical effect as a reducing agent in removing the oxide film on the surface of indium.

도 3은 수소 플라즈마로 리플로우한 범프의 모습이다. 범프의 높이가 리프트-오프한 직후의 10㎛에서 20㎛ 이상으로 커졌으며, 범프의 표면 거칠기도 개선되었다.3 shows a bump reflowed with hydrogen plasma. The height of the bumps increased from 10 μm to 20 μm or more immediately after lift-off, and the bump surface roughness was improved.

실리콘 리드아웃 회로에서 범프가 위치하는 패드를 알루미늄으로 만드는데, 알루미늄 패드에 바로 인듐 범프를 열 증착으로 형성하였을 때 인듐과 알루미늄의 접착력은 좋지 않다. 그래서, 범프가 제작될 자리에 니켈을 열 증착하여 인듐과 알루미늄과의 접착력을 향상하였다. 그리고, 그 주위를 인듐과는 결합력이 없는 물질인 SOG(Spin On Glass)로 둘러싸서 인듐이 녹은 후 표면 장력에 의해서 반구 모양이 되도록 하였다.In the silicon lead-out circuit, the pad where the bump is located is made of aluminum. When indium bumps are formed by thermal evaporation directly on the aluminum pad, the adhesion between indium and aluminum is not good. Thus, nickel was thermally deposited at the place where the bump was to be manufactured to improve adhesion between indium and aluminum. In addition, it was surrounded by SOG (Spin On Glass), which is a material having no bonding force with indium, so that the indium melted to form a hemispherical shape by surface tension.

최초 인듐 범프의 리플로우를 위한 UBM (Under Bump Metallurgy) 구조로 도 4a와 같은 구조를 생각하였다. 이것은 공정을 간단하게 하기 위해서 따로 니켈 증착을 위한 PR 리소그래피(lithography) 작업을 생략하고, 범프를 형성하기 위한 두꺼운 PR' 리소그래피 이 후 인듐 증착하기 전에 니켈을 열 증착하여, 범프 리프트-오프와 같이 리프트-오프 되도록 한 것이다. 그러나, 도 4b에서 보듯이 범프 리플로우 시 범프가 니켈 패드 위의 일정한 위치로 고정되지 않고 불규칙하게 위치가 변하다는 단점이 있었다.As an UBM (Under Bump Metallurgy) structure for the reflow of the first indium bumps, the structure as shown in FIG. 4A was considered. This eliminates the separate PR lithography operation for nickel deposition to simplify the process and thermally deposits nickel prior to indium deposition after thick PR 'lithography to form bumps, such as bump lift-off. -It is turned off. However, as shown in FIG. 4B, the bumps are not fixed to a predetermined position on the nickel pad but irregularly changed during bump reflow.

이에, 도 5a와 같이 니켈 패드의 크기를 작게 한 UBM 구조를 생각하여 범프의 리플로우 후의 위치를 고정하였다. 도 5b는 이런 UBM 구조에서 범프를 리플로우한 것인데, 열처리 후 리플로우되어 잘 정렬된 범프의 모습을 보여준다. 또한, 니켈과 동시에 금을 증착하여 인듐 범프와의 접착 강도를 증가시킬 수 있다. 이후에 특성을 평가하는 리플로우 범프는 모두 도 5a와 같은 UBM 구조를 갖는다.Thus, considering the UBM structure in which the size of the nickel pad was reduced as shown in FIG. 5A, the position after the bump reflow was fixed. 5B is a reflow of bumps in this UBM structure, showing the appearance of well-aligned bumps after reflow after heat treatment. In addition, gold can be deposited simultaneously with nickel to increase the adhesive strength with indium bumps. Afterwards, the reflow bumps evaluating the characteristics all have a UBM structure as shown in FIG. 5A.

도 6a 및 6b는 종래의 방법인 리프트-오프로 만든 범프와 그것을 리플로우한 범프에 범프 당 2g의 압력을 가하여 커버 글라스에 붙였다 떼어낸 범프의 접촉 부분 사진이다. 리프트-오프로 만들어진 범프의 눌린 모습을 보면 거의 눌려진 흔적이 보이지 않고, 군데군데 일부만 눌린 모습을 볼 수 있다. 그에 비하여 리플로우한 범프가 눌린 모습은 상당히 균일하고 범프 전부가 눌린 것을 볼 수 있다. 위의 사진은 범프의 위쪽에서 본 것이기 때문에, 범프가 어느 정도 높이에서 눌려서 어떻게 변형되었는가는 알 수 없다.6A and 6B are photographs of contact portions of a bump made by a lift-off according to a conventional method and a bump attached and detached to a cover glass by applying a pressure of 2 g per bump to a reflowed bump. If you look at the bumps made by the lift-offs, you will not see almost any traces of the bumps. In contrast, the reflowed bumps are quite uniform and you can see that all of the bumps are pressed. Since the photo above is from the top of the bump, it is not known how the bump is deformed at what height.

그래서, 도 7 및 도 8에서와 같이, 위 범프의 SEM 사진을 찍어 변형된 정도를 비교하였다. 리프트-오프한 범프는 접촉면이 약간 눌렸지만, 변형된 정도를 거의 알아볼 수 없었다. 그에 비해, 리플로우한 범프는 처음에 높이가 20㎛이던 것이 눌린 이후에 10㎛정도로 변형된 것을 알 수 있다. 여기에서 리플로우한 범프가 접촉 시 좀 더 압력을 효율적으로 받아 변형 정도가 크고, 따라서, 리플로우한 범프의 접촉 정도가 리프트-오프에 의해서만 형성된 범프보다 클 것이라고 추측해 볼 수 있다.Thus, as shown in Figures 7 and 8, SEM pictures of the upper bumps were taken to compare the degree of deformation. The lifted-off bumps were slightly depressed in contact, but hardly noticeable. In contrast, it can be seen that the reflowed bumps were deformed to about 10 μm after the first one having a height of 20 μm was pressed. Here, the reflowed bumps are more deformed due to the pressure being more efficient at the time of contact, and therefore, it can be inferred that the contact degree of the reflowed bumps is larger than the bumps formed only by lift-off.

범프를 형성하는 쪽의 칩은 앞에서 말한 도 5a의 UBM에 인듐을 열 증착하여 범프를 형성하였고, 범프가 없는 금속 패드에 해당하는 칩은 적외선 감지 소자의 금속 패드와 같도록 각각 200/2500/200(Å)의 Ni/In/Au를 전면에 열 증착하여 만들었다. 범프의 총 개수는 1400개이고 범프 각각의 면적은 50㎛x50㎛이다. 리프트-오프 이후의 범프의 높이는 일반적인 범프 높이인 10㎛로 하였고, 열처리한 범프의 높이는 약간의 차이는 있지만 대략 20㎛ 이상이었다. 시편을 붙일 때 조건은, 온도는 상온으로 일정하게 유지하고, 범프 하나 당 가하는 압력은 2, 6, 10g으로 변화하였는데 가해준 시간은 모두 1분 30초로 하였다. 리프트-오프로 만든 범프와 그 이후에 열처리를 거쳐 리플로우한 범프의 인장 강도를 측정한 결과는 아래 표 2와 같았다.The bump forming chip was formed by thermally depositing indium on the above-described UBM of FIG. 5A to form bumps, and the chips corresponding to the bumpless metal pads were 200/2500/200, respectively, to be the same as the metal pads of the infrared sensing element. Ni / In / Au of (iii) was made by thermal evaporation on the front surface. The total number of bumps is 1400 and the area of each bump is 50 μm × 50 μm. The height of the bump after lift-off was set to 10 µm, which is a general bump height, and the height of the heat-treated bumps was approximately 20 µm or more although there was a slight difference. When attaching the test specimen, the temperature was kept constant at room temperature, and the pressure applied to each bump was changed to 2, 6, and 10 g, and the applied time was all 1 minute and 30 seconds. Tensile strength of the bump made by the lift-off and the reflowed bump after heat treatment was measured as shown in Table 2 below.

인장 강도 측정 결과표Tensile strength measurement result table 범프 타입Bump type 압력 (g/bump)Pressure (g / bump) 최대 인장 강도 (N)Tensile strength (N) 리프트-오프Lift-off 22 XX 66 XX 1010 1.1∼2.51.1 to 2.5 리플로우Reflow 22 1.0∼3.21.0 to 3.2 66 2.52.5 1010 3.4∼4.63.4 to 4.6

범프 하나 당 2, 6g의 압력을 가해 만든 범프 시편의 측정 결과는 리플로우한 시편만 인장 강도를 측정할 수 있었다. 한편, 10g의 압력을 가하여 붙인 시편은 리프트-오프와 리플로우의 경우 둘 다 측정 데이터를 얻을 수 있었는데, 리프트-오프로 형성된 범프는 최대 인장 강도가 2.5N과 1.2N임을 알 수 있었다. 이는 리플로우한 범프 중 범프 당 2g의 압력으로 붙인 시편 중, 가장 잘 붙은 3.2N과 6g의 압력으로 붙인 2.5N과 같거나, 오히려 인장 강도가 작은 것을 볼 수가 있다. 또한, 리플로우 범프를 범프 당 10g으로 붙였을 때, 약간의 변동은 있지만, 3N 이상의 인장 강도를 얻을 수 있었다. 따라서, 리플로우한 범프의 접촉 강도가 리프트-오프만 하여 붙인 것보다, 좀 더 나은 것을 알 수 있다.As a result of the measurement of bump specimens made by applying pressures of 2 and 6 g per bump, only reflowed specimens could measure tensile strength. On the other hand, the specimen attached under the pressure of 10g was able to obtain measurement data for both lift-off and reflow, and the bump formed by the lift-off showed that the maximum tensile strength was 2.5N and 1.2N. It can be seen that among the reflowed bumps, the specimens attached at a pressure of 2g per bump are the same as the best attached 3.2N and 2.5N attached at a pressure of 6g, or rather the tensile strength is small. In addition, when the reflow bump was attached at 10 g per bump, there was some variation, but a tensile strength of 3 N or more was obtained. Therefore, it can be seen that the contact strength of the reflowed bumps is better than just being lifted off.

도 9는 10g으로 범프를 붙였을 때 얻은 응력-변형율 곡선이다. 실선이 리플로우한 시편의 결과이고, 점선은 리프트-오프만으로 된 범프를 붙인 시편의 결과이다.9 is a stress-strain curve obtained when bumped at 10 g. The solid line is the result of the reflowed specimen, and the dashed line is the result of the bumped specimen with lift-off only.

본 발명에 따라 인듐 범프의 높이를 높이는 것이 가능해지고, 기존의 리프트-아웃 범프보다 인장 강도가 우수한 범프를 제공할 수 있다.According to the present invention, it is possible to increase the height of the indium bumps, and to provide bumps having a higher tensile strength than the conventional lift-out bumps.

Claims (4)

칩 상에 인듐과 결합력이 없는 재료인 보호층을 증착하고;Depositing a protective layer on the chip, which is a material that is insensitive to indium; 상기 보호층 중에 범프가 위치할 전도성 금속 패드의 일부를 포토레지스트 패터닝을 이용하여 개방하고;Opening a portion of the conductive metal pad where the bump is to be placed in the protective layer using photoresist patterning; 상기 패터닝용 포토레지스트를 없애지 않고 그 위에 UBM을 증착하고;Depositing UBM thereon without removing the patterning photoresist; 상기 포토레지스트를 제거하여 확산 방지층을 패터닝하고;Removing the photoresist to pattern a diffusion barrier layer; 상기 UBM 위에 상기 UBM 보다 넓은 단면적을 갖는 인듐 범프를 형성하고;Forming an indium bump on the UBM having a larger cross-sectional area than the UBM; 상기 인듐 범프를 플라즈마에 노출시킴으로써 리플로우하는; 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 인듐 범프의 제조방법.Reflow by exposing the indium bump to a plasma; Method for producing an indium bump using a plasma, characterized in that. 제 1 항에 있어서, 상기 플라즈마는 H2 플라즈마인 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 인듐 범프의 제조방법.The method of claim 1, wherein the plasma is H2 plasma. 제 1 항에 있어서, 상기 전도성 금속 패드은 알루미늄 또는 알루미늄 합금인 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 인듐 범프의 제조방법.The method of claim 1, wherein the conductive metal pad is made of aluminum or an aluminum alloy. 제 1 항에 있어서, 상기 UBM은 니켈 또는 금/니켈인 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 인듐 범프의 제조방법.The method of claim 1, wherein the UBM is nickel or gold / nickel.
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KR100411144B1 (en) * 2002-02-26 2003-12-24 서울대학교 공과대학 교육연구재단 Reflow Method of fluxless solder bump using Ar-H2 Plasma
KR100521081B1 (en) * 2002-10-12 2005-10-14 삼성전자주식회사 Fabrication and installation method of flip chip

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH043429A (en) * 1990-04-20 1992-01-08 Nec Corp Bump electrode forming method
JPH0845918A (en) * 1995-07-19 1996-02-16 Casio Comput Co Ltd Metal layer etching method

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH043429A (en) * 1990-04-20 1992-01-08 Nec Corp Bump electrode forming method
JPH0845918A (en) * 1995-07-19 1996-02-16 Casio Comput Co Ltd Metal layer etching method

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