KR100572493B1 - Method for manufacturing pad in semiconductor device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자의 패드 형성 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 금속배선층 표면에 잔존하는 폴리머(polymer) 등의 이물질을 완전히 제거하여 패키지(package) 공정시 리드볼이 패드 표면에 잘 접촉되도록 하는 반도체 소자의 패드 형성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of forming a pad of a semiconductor device, and more particularly, a semiconductor in which a lead ball contacts a pad surface well during a package process by completely removing foreign substances such as a polymer remaining on a surface of a metal wiring layer. It relates to a method of forming a pad of the device.
본 발명의 반도체 소자의 패드 형성 방법은 CMP 공정에 의한 산화막 평탄화 공정을 실시하고 절연막 식각을 실시함으로써, 종래의 플라즈마 식각 등에 따른 폴리머 등의 이물질 발생 현상을 원천적으로 방지할 수 있으며, 기판 상부의 일정 지역에서 금속배선의 표면에 폴리싱이 충분하게 진행되어 남아 있을 가능성이 있는 절연막을 완전히 제거할 수 있으므로 본딩용 리드볼이 금속면과의 접촉불량에 기인한 이탈을 방지할 수 있다.In the method for forming a pad of a semiconductor device according to the present invention, an oxide flattening process by a CMP process and an insulating film are etched, thereby preventing the occurrence of foreign substances such as polymers due to conventional plasma etching and the like. Since the insulating film, which may remain sufficiently polished on the surface of the metal wiring in the area, can be completely removed, the lead ball for bonding can be prevented from coming off due to a poor contact with the metal surface.
패드, 패키지, 본딩, CMP, 식각.Pad, package, bonding, CMP, etching.
Description
도 1 내지 도 4는 종래기술에 따른 반도체 소자의 패드 형성 방법을 도시한 단면도.1 to 4 are cross-sectional views showing a pad forming method of a semiconductor device according to the prior art.
도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 반도체 소자의 패드 형성 방법을 도시한 단면도.5 to 7 are cross-sectional views showing a pad forming method of a semiconductor device according to the present invention.
본 발명은 반도체 소자의 패드 형성 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 금속배선층 표면에 잔존하는 폴리머(polymer) 등의 이물질을 완전히 제거하여 패키지(package) 공정시 리드볼(lead-ball)이 패드 표면에 잘 접촉되도록 하는 반도체 소자의 패드 형성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of forming a pad of a semiconductor device, and more particularly, to remove foreign substances such as a polymer remaining on the surface of a metal wiring layer and to remove lead-balls from the surface of the pad during a package process. It relates to a method of forming a pad of a semiconductor device to be in good contact.
반도체 소자의 제조 공정의 완료 후에는 패키지라고 불리우는 조립 공정을 거치게 된다. 조립 공정을 실시할 때에는 반도체 소자의 최상층의 금속이 일정 부 분 노출된 패드와 핀(pin)으로 사용되는 부분을 상호 연결시켜주는 패키지 본딩(package bonding) 작업이 반드시 수반되는 바, 이 때 패드의 상단부에 폴리머 등의 이물질이 존재할 경우는 본딩이 제대로 되지 않고 리드볼이 이탈되는 현상이 발생되어 궁극적으로 제품의 수율이 저하된다.After completion of the manufacturing process of the semiconductor device, it goes through an assembly process called a package. When the assembly process is performed, a package bonding operation is necessary, which interconnects a portion of the uppermost layer of the semiconductor device with a pad and a portion used as a pin. If foreign materials such as polymers are present at the upper end, the bonding may not be performed properly, and the lead ball may be separated, resulting in a decrease in product yield.
본딩을 제대로 해주기 위해서는 본딩 패드를 이루는 금속박막의 표면이 깨끗하고 산화가 가급적 되지 말아야 하는데, 종래의 방법을 사용할 경우는 패드층을 형성하기 위한 플라즈마 건식 식각 시의 공정조건 불안정에 기인한 이물질 잔존 내지는 세정공정의 불충분에 기인한 이물질 존재 등의 문제점이 발생한다.In order to ensure proper bonding, the surface of the metal thin film constituting the bonding pad should be clean and not oxidized. However, in the case of using the conventional method, foreign matters remaining due to instability of the process conditions during plasma dry etching to form the pad layer are used. Problems such as the presence of foreign substances due to insufficient cleaning process occur.
종래의 패드 형성 방법의 공정의 일 예를 도 1 내지 도 4를 참고하여 살펴보면 다음과 같다.An example of a process of a conventional pad forming method will be described with reference to FIGS. 1 to 4.
먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 반도체 기판의 구조물(1), 즉 개별 소자가 형성된 반도체 기판 또는 하부 금속 배선층 상부에 산화막 등으로 이루어진 절연막(2)을 형성하고, 상기 절연막(2) 상에 알루미늄합금막(3)을 형성한 후, 이를 대기 중에 노출시켜 알루미늄합금막(3) 상에 자연산화막(4)을 얇게 형성한다. 이어서, 자연산화막(4) 상에 리프렉토리(refractory)금속막(5)과 감광막을 차례로 형성하고, 노광 및 현상하여 금속배선층으로 형성될 영역에만 감광막을 남기고 그 외 영역의 감광막은 제거하여 제1감광막 패턴(6)을 형성한다.First, as shown in FIG. 1, an
다음, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1감광막 패턴(6)을 마스크로 하여 노출된 리프렉토리금속막(5)을 건식식각하고 그 하부의 자연산화막(4) 및 알루미늄합금막(3)을 계속하여 건식식각하여 소정폭의 리프렉토리금속막(5), 자연산화막(4) 및 알 루미늄합금막(3)으로 이루어진 금속배선층을 형성한 후, 제1감광막 패턴(6)을 제거하고 세정공정을 수행한다. 이어서, 보호막(7)을 형성하고 제2감광막 패턴(8)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 2, the exposed
다음, 도 3에 도시된 바와 같이, 보호막(7)을 모두 제거하고, 리프렉토리금속막(5)을 일부 제거하며, 제2감광막 패턴을 제거하고 세정공정을 실시한다.Next, as shown in FIG. 3, all of the
다음, 도 4에 도시된 바와 같이, 불활성 가스를 이용한 플라즈마 식각방법으로 리프렉토리금속막(5) 및 그 하부의 자연산화막(4)을 모두 제거하고, 알루미늄합금막(3)을 노출시켜 패드(100)를 형성한다.Next, as shown in FIG. 4, both the
종래 기술의 패드 형성 방법의 다른 예들을 살펴보면, 미국공개특허 제US2004/0110365A1호에서는 절연층 상부에 형성된 금속층에 화학기계적연마(chemical mechanical polishing, 이하 CMP) 공정을 진행하여 평탄화된 본딩 패드를 형성하는 방법을 개시하고, 한국공개특허 제2004-0037877호 및 한국등록특허 제0220687호 등에서는 금속층 자체에 요철 또는 단차를 주어 접촉면적을 넓히는 방법을 개시하고 있다. Looking at other examples of the prior art pad forming method, US Patent Publication No. US2004 / 0110365A1 is a chemical mechanical polishing (CMP) process to form a planar bonding pad on the metal layer formed on the insulating layer The method is disclosed, and Korean Patent Laid-Open Publication No. 2004-0037877, Korean Patent Registration No. 0220687 and the like disclose a method of increasing the contact area by giving an unevenness or step to the metal layer itself.
그러나 상기 예를 들어 설명된 공정 등에서는 폴리머 등의 이물질이 금속배선층 표면에 남아서 후속 조립공정에서의 리드볼이 패드 표면에 잘 접촉되지 못하는 현상이 발생할 여지가 있다.However, in the above-described process, there is a possibility that foreign substances such as polymers remain on the surface of the metal wiring layer, so that the lead ball in the subsequent assembly process may not be in contact with the pad surface.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 소정의 공정을 통해 형성된 금속배선 상부에 절연막을 증착하고, 상기 증착된 절연막을 금속배선의 상부 표면과 거의 일치되도록 CMP 공정을 진행하고 추가적으로 식각 공정을 실시하여, 금속배선층 표면에 잔존하는 폴리머 등의 이물질을 완전히 제거하여 패키지 공정시 리드볼이 패드 표면에 잘 접촉되도록 하는 반도체 소자의 패드 형성 방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.
Accordingly, the present invention is to solve the above-mentioned disadvantages and problems of the prior art, and to deposit an insulating film on the metal wiring formed through a predetermined process, so that the deposited insulating film almost coincides with the upper surface of the metal wiring The present invention provides a method of forming a pad of a semiconductor device in which a lead ball is in good contact with a pad surface during a package process by completely removing foreign substances such as a polymer remaining on a surface of a metal wiring layer by performing a CMP process and an additional etching process. There is a purpose.
본 발명의 상기 목적은 소정의 구조물이 형성된 반도체 기판 상에 금속배선이 형성되는 단계; 상기 금속배선이 형성된 기판 상에 절연막이 증착되는 단계; 및 상기 절연막을 상기 금속배선의 상단부까지 평탄화시켜 패드가 형성되도록 CMP 공정이 실시되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 패드 형성 방법에 의해 달성된다.The object of the present invention is the step of forming a metal wiring on a semiconductor substrate having a predetermined structure; Depositing an insulating film on the substrate on which the metal wiring is formed; And forming a pad by planarizing the insulating layer to an upper end of the metal wiring, thereby performing a CMP process to form a pad.
본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.Details of the above object and technical configuration of the present invention and the effects thereof according to the present invention will be more clearly understood by the following detailed description with reference to the drawings showing preferred embodiments of the present invention.
먼저, 도 5에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(10) 상부에 소정 공정까지 진행 후, 산화막(20)이 증착되고 일정 영역에 포토마스킹 및 식각 등의 공정을 실시하여 금속배선(30)을 형성한다. 이 후 상기 구조의 상부 전체에 절연막(40)을 두껍게 증착한다. 상기 절연막(40)의 두께는 이 후 진행되는 CMP 공정이 원활하게 이루어질 정도로 증착하는 것이 바람직하다. 상기 증착되는 절연막(40)은 산화막, 실리 콘나이트라이드 및 실리콘옥시나이트라이드 중 어느 하나 또는 복수로 이루어질 수 있다.First, as shown in FIG. 5, after the process proceeds to a predetermined process on the
다음, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 구조의 상부 전체에 CMP 공정을 진행하여 절연막(40)의 상단부와 금속배선(30)의 상단부가 상호 거의 일직선상으로 연결되도록 한다. 상기 CMP 공정 후의 금속배선의 두께는 'A' 가 되는 바, 절연막(40)을 CMP 하면서 금속배선(30)도 미소량 제거되므로 상기 'A' 두께는 폴리싱(polishg) 전의 두께보다는 약간 더 작은 값을 갖는다. 상기 CMP 공정 후 열처리를 실시한다. 상기 열처리 온도는 250 내지 500℃ 가량이 바람직하다. 상기와 같이 CMP 공정을 진행함으로써, 종래의 플라즈마 식각 등에 따른 폴리머 발생 등을 방지할 수 있는 것이다.Next, as shown in FIG. 6, the CMP process is performed on the entire upper portion of the structure such that the upper end portion of the
다음, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 절연막(40)에 전면 식각 공정을 진행하여 금속배선(30) 측면에 형성된 절연막의 두께 'B' 가 좀 더 작아지도록 하는 바, 바람직하게는 'C' 만큼 제거되도록 한다. 절연막(40) 식각을 실시함으로써 기판 상부의 일정 지역에서 금속배선(30)의 표면에 잔존 가능성이 있는 절연막을 완전히 제거하는 것이다. 상기와 같은 절연막 CMP 공정 후 식각 공정은 수율이 저하되지 않는 범위에서 생략할 수도 있다. 또한 상기 식각 공정은 건식 식각, 습식 식각 등 다양한 식각 방식 중 어느 하나의 방식을 선택하여 진행할 수 있다.Next, as shown in FIG. 7, the entire surface etching process is performed on the
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양 한 변경과 수정이 가능할 것이다.Although the present invention has been shown and described with reference to the preferred embodiments as described above, it is not limited to the above embodiments and those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. Various changes and modifications will be possible.
따라서, 본 발명의 반도체 소자의 패드 형성 방법은 CMP 공정에 의한 산화막 평탄화 공정을 실시하고 절연막 식각을 실시함으로써, 종래의 플라즈마 식각 등에 따른 폴리머 등의 이물질 발생 현상을 원천적으로 방지할 수 있으며, 기판 상부의 일정 지역에서 금속배선의 표면에 폴리싱이 충분하게 진행되어 남아 있을 가능성이 있는 절연막을 완전히 제거할 수 있으므로 본딩용 리드볼이 금속면과의 접촉불량에 기인한 이탈을 방지할 수 있다.Accordingly, in the method for forming a pad of the semiconductor device of the present invention, by performing an oxide film planarization process using a CMP process and performing an insulating film etch, foreign matters such as polymers due to conventional plasma etching can be prevented at the source. Since the insulating film, which may remain sufficiently polished on the surface of the metal wiring in a certain region of, can be completely removed, the lead ball for bonding can be prevented from coming off due to a poor contact with the metal surface.
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