KR100668809B1 - 웨이퍼 레벨 패키지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 웨이퍼 레벨 패키지를 개시한다. 개시된 본 발명은, 반도체 칩의 본드 패드에 접합 보조층이 증착된다. 접합 보조층에 접속 매개용 솔더 볼이 마운트된다. 접속 매개용 솔더 볼상에 반도체 칩의 외곽을 넘어서 연장된 금속 트레이스의 밑면이 접촉된다. 금속 트레이스의 표면만이 노출되도록, 전체 결과물이 봉지제로 봉지된다. 반도체 칩의 내외곽 각각에 위치하는 금속 트레이스의 표면 일부분인 볼 랜드를 국부적으로 노출시키는 솔더 레지스트가 금속 트레이스와 봉지제 표면에 형성된다. 솔더 레지스트로부터 노출된 볼 랜드에 실장용 솔더 볼이 마운트된다.

Description

웨이퍼 레벨 패키지{WAFER LEVEL PACKAGE}

도 1은 종래의 웨이퍼 레벨 패키지를 나타낸 단면도.

도 2 및 도 3은 종래 웨이퍼 레벨 패키지의 문제점을 설명하기 위한 예시도.

도 4 내지 도 25는 본 발명의 실시예 1에 따른 웨이퍼 레벨 패키지를 제조 공정 순서대로 나타낸 단면도.

도 26 내지 도 30은 본 발명의 실시예 2에 따른 웨이퍼 레벨 패키지를 제조 공정 순서대로 나타낸 단면도.

- 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 -

10 ; 액티브 반도체 칩 11 ; 본드 패드

21 ; 금속 트레이스 41 ; 접속 매개용 솔더 볼

42 ; 실장용 솔더 볼 60 ; 봉지제

70 ; 솔더 레지스트

본 발명은 웨이퍼 레벨 패키지에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 웨이퍼 상태에서 패키징 공정이 이루어지는 패키지에 관한 것이다.

기존의 패키지는 웨이퍼를 먼저 스크라이브 라인을 따라 절단하여 개개의 반도체 칩으로 분리한 후, 개개의 반도체 칩별로 여러 가지 패키징 공정을 실시하는 것에 의해 제조되었다.

그러나, 상기된 기존의 패키지는 개개의 반도체 칩별로 많은 단위 공정이 실시되어야 하기 때문에, 하나의 웨이퍼에서 제조되는 반도체 칩들을 고려하게 되면, 공정수가 너무 많다는 문제점을 안고 있다.

그래서, 최근에는 웨이퍼를 먼저 절단하지 않고 웨이퍼 상태에서 상기된 패키징 공정을 우선적으로 실시한 후, 최종적으로 스크라이브 라인을 따라 절단하여 패키지를 제조하는 방안이 제시되었다. 이러한 방법으로 제조된 패키지를 웨이퍼 레벨 패키지라 하는데, 그의 구조를 도 1을 참고로 하여 개략적으로 설명하면 다음과 같다.

웨이퍼(1) 표면에는 실리콘 질화막인 보호막(7)이 도포되어 있다. 웨이퍼(1) 표면에 구성된 반도체 칩의 본드 패드(2)는 식각에 의해 보호막에 형성된 홈을 통해 노출되어 있다. 이러한 상태에서, 보호막 전체 표면에 하부 절연층(3)이 도포된다. 본드 패드(2) 상부에 위치한 하부 절연층(3) 부분이 식각되어, 본드 패드(2)가 외부로 노출된다. 구리 재질의 금속막이 전체 구조 표면상에 진공 증착되는데, 이때 금속막은 본드 패드에도 증착된다. 금속막이 부분 식각되어, 일단은 본드 패드(2)에 전기적으로 연결된 금속 패턴(4)이 형성된다. 전체 구조 표면에 상부 절연층(5)이 도포되고, 금속 패턴(4)의 타단 상부에 위치한 상부 절연층(5) 부분이 식각되어 금속 패턴(4)의 타단이 노출된다. 노출된 금속 패턴(4)의 타단이 솔더 볼 이 마운트되는 볼 랜드가 된다. 볼 랜드에 접합 보조층(미도시)이 형성되고, 솔더 볼(6)이 접합 보조층에 마운트된다.

상기된 각 구성요소들은 웨이퍼 상태에서 실시되고, 스크라이브 라인을 따라 웨이퍼(1)가 절단되어 개개의 반도체 칩으로 분리되므로써, 웨이퍼 레벨 패키지가 완성된다.

도 2는 최종적으로 완성된 웨이퍼 레벨 패키지의 저면 사시도이다. 도시된 바와 같이, 4×13의 매트릭스 형태로 총 52개의 솔더 볼(6)이 배열되어 있다.

그런데, 한 장의 웨이퍼에서 제조할 수 있는 반도체 칩의 수가 점차 늘어가면서, 웨이퍼의 크기는 한정되어 있으므로 반도체 칩의 크기가 점차 줄어들게 된다. 한 예로, 도 2에 도시된 바와 같이, 점선으로 도시된 크기 정도로 반도체 칩의 크기가 줄어들게 되면, 점선 양측에 배열된 총 16개의 솔더 볼(6)은 반도체 칩에서 벗어나게 된다.

이에 대한 대책은 도 3에 도시된 바와 같이, 솔더 볼(6a)의 크기와 피치를 줄이면 된다. 그러나, 이러한 방법은 다음과 같은 새로운 문제가 유발된다.

우선, 패키지를 규격화하기가 거의 불가능하다. 그 이유는, 반도체 칩의 크기가 변경될 때마다 솔더 볼의 크기와 피치도 변경해야 하는데, 솔더 볼은 기판의 정해진 위치에 실장되어야 하므로, 기판 패턴도 같이 변경해야만 한다. 그러나, 기판 패턴은 공용화를 위해 전세계적으로 규격화되어 있기 때문에, 솔더 볼의 크기와 피치만을 변경할 수는 없다.

또한, 기판 패턴을 제작하는 기술에 한계가 있기 때문에, 솔더 볼의 피치를 무한정으로 줄일 수도 없다.

그리고, 솔더 볼의 피치가 줄어듬에 따라 솔더 볼의 크기도 작아져야 하는데, 솔더 볼의 크기가 너무 작으면 기판과의 조인트 신뢰성이 매우 취약해지게 된다.

본 발명은 상기된 제반 문제점들을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 반도체 칩의 크기가 줄어들더라도 솔더 볼의 크기나 피치는 규격화된 기판 패턴에 대응될 수 있는 웨이퍼 레벨 패키지를 제공하는데 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 솔더 볼의 피치나 크기는 규격대로 유지하면서 반도체 칩의 크기는 임의로 줄일 수 있게 하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 솔더 볼의 크기를 원래대로 유지하여, 조인트 신뢰성이 취약해지는 것을 방지하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 웨이퍼 레벨 패키지는 다음과 같은 구성으로 이루어진다.

반도체 칩의 본드 패드에 접합 보조층이 증착된다. 접합 보조층에 접속 매개용 솔더 볼이 마운트된다. 접속 매개용 솔더 볼상에 반도체 칩의 외곽을 넘어서 연장된 금속 트레이스의 밑면이 접촉된다. 금속 트레이스의 표면만이 노출되도록, 전체 결과물이 봉지제로 봉지된다. 반도체 칩의 내외곽 각각에 위치하는 금속 트레이스의 표면 일부분인 볼 랜드를 국부적으로 노출시키는 솔더 레지스트가 금속 트레 이스와 봉지제 표면에 형성된다. 솔더 레지스트로부터 노출된 볼 랜드에 실장용 솔더 볼이 마운트된다.

상기된 본 발명의 구성에 의하면, 크기가 축소된 반도체 칩이 접속 매개용 솔더 볼을 매개로 금속 트레이스에 연결되어서, 솔더 볼은 금속 트레이스에 마운트되므로써, 원래의 크기를 가지면서 정해진 규격 피치대로 배치되므로써, 반도체 칩의 크기 축소에 따라 솔더 볼의 크기나 피치를 줄이지 않아도 된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 설명한다.

[실시예 1]

도 4 내지 도 25는 본 발명의 실시예 1에 따른 웨이퍼 레벨 패키지를 제조 공정 순서대로 나타낸 단면도이다.

먼저, 본 발명에서는 기존 반도체 칩의 크기보다 줄어든 크기를 갖는 반도체 칩을 예로 들어서 설명한다. 이하에서 자세히 설명되겠지만, 본 발명에서는 이러한 작은 크기를 갖는 반도체 칩에 대해서도 솔더 볼의 피치와 크기를 종전과 같이 그대로 유지시킬 수가 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 기존보다 크기가 줄어든 복수개의 반도체 칩이 구성된 액티브 웨이퍼(10) 표면에 질리콘 질화막인 보호층(12)을 도포한 후, 이를 식각하여 각 반도체 칩의 본드 패드(11)를 노출시킨다.

이어서, 도 5와 같이, 접합 보조층(20)을 보호층(12) 표면에 증착한다. 접합 보조층(20)은 3층 구조로서, 하부층은 본드 패드(11)와 접착력이 우수한 층이고, 중간층은 솔더 볼의 주석 성분 확산을 방지하는 층이며, 상부층은 솔더 볼과의 접 합력 강화를 위해 습윤성을 갖는 층이다. 이러한 3층 구조의 접합 보조층은 알루미늄/니켈/구리, 알루미늄/티타늄/구리, 알루미늄/크롬/구리, 티타늄/티타늄+텅스텐/구리 및 크롬/크롬+구리/구리로 구성된 그룹으로부터 선택될 수 있다.

그런 다음, 도 6과 같이, 포토레지스트(30)를 접합 보조층(20) 표면에 스핀 코팅한다. 이어서, 포토레지스트(30)를 패터닝하여, 도 7과 같이 접합 보조층(20)을 노출시키는 트렌치(31)를 포토레지스트(30)에 형성한다.

그런 다음, 액티브 웨이퍼(10)를 솔더 도금조에 침지시켜서, 도 8에 도시된 솔더 범프(40)를 트렌치(31)내에 성장시킨다. 즉, 전기 도금법을 이용해서 접합 보조층(20)과 접촉된 솔더 범프(40)를 성장시켜, 트렌치(31) 내부를 솔더 범프(40)로 매립한다.

이어서, 도 9와 같이 포토레지스트(30)를 스트립하여 제거한 후, 보호층(12) 표면에 위치한 접합 보조층(20)만을 식각하여 제거한다. 이와 같이, 각 본드 패드(11)를 쇼트시키고 있는 접합 보조층(20) 부분이 제거되므로써, 각 본드 패드(11)와 솔더 범프(40)가 절연되어진다.

그런 다음, 적외선을 이용한 가열 공정인 리플로우 공정을 통해서 원통형의 솔더 범프(40)를 도 11에 도시된 바와 같이, 구형의 솔더 볼(41), 즉 접속 매개용 솔더 볼(41)로 형성시킨다. 이어서, 스트라이브 라인을 따라 액티브 웨이퍼(10)를 절단하여, 개개의 반도체 칩으로 분리한다.

한편, 도 12에 도시된 더미 웨이퍼(50)를 준비한다. 도 13과 같이, 액티브 웨이퍼(10)에 형성된 접합 보조층(20)과 마찬가지 구조인 다른 접합 보조층(21)을 더미 웨이퍼(50) 표면에 증착한다.

이어서, 도 14에 도시된 바와 같이, 포토레지스트 패턴(32)을 접합 보조층(21)상에 형성한다. 접합 보조층(21)의 일부분은 포토레지스트 패턴(32)을 통해서 국부적으로 노출되는데, 여기서 접합 보조층(21)을 노출시키지 않는 부분, 즉 포토레지스트 패턴(32)이 있는 부분이 바로 후술되는 볼 랜드가 된다.

그런 다음, 도 15와 같이 전기 도금법을 이용해서 노출된 접합 보조층(21)상에 금속 트레이스(22)를 성장시킨다. 이어서, 포토레지스트 패턴(32)을 스트립하여 제거하면, 도 16과 같이 접합 보조층(21) 표면에 금속 트레이스(22)만이 남는 구조가 된다.

그런 다음, 각 금속 트레이스(22) 사이에 위치한 접합 보조층(21) 부분을 식각하여 제거하므로써, 각 금속 트레이스(22)를 절연시킨다.

상기된 구조를 갖는 더미 웨이퍼(50)상에 액티브 웨이퍼(10)로부터 분리된 개개의 반도체 칩(10)을 마운트한다. 즉, 도 18에 도시된 바와 같이, 개개의 반도체 칩의 접속 매개용 솔더 볼(41)을 더미 웨이퍼(50)의 각 금속 트레이스(22), 구체적으로는 접합 보조층(21)상에 마운트한다. 여기서, 도 18에 명백하게 도시된 바와 같이, 각 금속 트레이스(22)는 반도체 칩의 외곽을 넘어서 연장될 정도의 길이를 갖는데, 이러한 이유는 금속 트레이스(22)의 길이가 기존보다 길어진 것이 아니라 상대적으로 반도체 칩의 크기 자체가 줄어들었기 때문이다.

계속해서, 도 19에 도시된 바와 같이, 더미 웨이퍼(50)의 상부 영역 전체를 봉지제(60)로 봉지한다. 그런 다음, 더미 웨이퍼(50)를 그라인딩하여 제거하면, 도 20과 같이 금속 트레이스(22)만이 봉지제(60)로부터 노출된다.

이어서, 도 21과 같이, 전체 결과물을 180。 반전시킨 상태에서, 동일 평면을 이루는 금속 트레이스(22)와 봉지제(60) 표면에 솔더 레지스트(70)를 도포한다. 솔더 레지스트(70)를 식각하여, 금속 트레이스(22)를 솔더 레지스트(70)로부터 국부적으로 노출시킨다. 국부적으로 노출된 금속 트레이스(22) 부분이 바로 볼 랜드가 되는데, 도 22에 도시된 바와 같이, 볼 랜드는 반도체 칩의 내부에 배치될 뿐만 아니라 그의 외곽을 넘어서 외부에도 배치된다.

그런 다음, 도 23과 같이, 실장용 솔더 볼(42)을 볼 랜드 각각에 마운트한다. 도 23에 도시된 바와 같이, 실장용 솔더 볼(42)은 기존 크기 그대로 유지되면서 아울러 그의 피치도 기존 그대로 유지된다. 즉, 반도체 칩의 크기만이 줄어들고, 실장용 솔더 볼(42)의 크기와 피치는 종전대로 유지된다.

마지막으로, 도 24와 같이 각 반도체 칩의 사이에 있는 봉지제(60) 부분을 절단하면, 도 25에 도시된 본 실시예 1에 따른 웨이퍼 레벨 패키지가 완성된다.

[실시예 2]

도 26 내지 도 30은 본 발명의 실시예 2에 따른 웨이퍼 레벨 패키지를 제조 공정 순서대로 나타낸 단면도이다.

본 실시예 2에서는 더미 웨이퍼의 다른 구조에 대해서 개시하게 된다. 본 실시예 2에서는 고가의 웨이퍼를 사용하지 않고 대신에 글래스(80)가 사용된다. 도 26에 도시된 바와 같이, 글래스(80) 표면에는 패턴 테이프가 접착제(81)를 매개로 접착된다. 패턴 테이프는은 폴리머 테이프(82)에 구리 재질의 금속 트레이스(22)가 배열된 구조로 이루어져서, 금속 트레이스(22)가 글래스(80) 표면에 접착제(81)를 매개로 접착된다. 한편, 접착제(81)는 자외선 경화성으로서, 자외선에 노출되면 경화되므로써 그의 접착력이 현저하게 감소되는 특성을 갖는다.

이러한 조건을 전제로 해서, 도 27과 같이, 실시예 1에서 완성된 개개의 반도체 칩을 패턴 테이프 표면에 마운트하여, 접속 매개용 솔더 볼(41)을 금속 트레이스(22)에 접촉시킨다.

이어서, 글래스(80) 상부 영역을 봉지제(60)로 봉지한 후 자외선을 조사하면, 접착제(81)가 경화되므로써, 글래스(80)가 패턴 테이프로부터 쉽게 이탈된다. 따라서, 도 30과 같이 글래스(80)가 제거된 전체 결과물은 폴리머 테이프(82)를 제외하고는 실시예 1의 도 20과 동일하다. 또한, 이후의 공정 역시도 실시예 1과 동일하므로, 반복 설명은 생략한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 크기가 줄어든 액티브 반도체 칩이 더미 웨이퍼로부터 형성되는 금속 트레이스에 전기적으로 접속되므로써, 솔더 볼의 크기나 피치를 액티브 반도체 칩의 크기가 줄어드는 것에 따라 줄이지 않아도 된다. 그러므로, 규격화된 패키지 사양에 크기가 줄어드는 반도체 칩을 대응하여 패키징하는 것이 실현된다.

특히, 솔더 볼의 크기가 줄어들지 않게 되므로, 솔더 볼과 기판의 접합력이 취약해지는 것이 방지된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였으 나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

Claims (3)

1. 본드 패드가 표면에 배치된 반도체 칩;

   상기 본드 패드에 증착되며, 알루미늄/니켈/구리, 알루미늄/티타늄/구리, 알루미늄/크롬/구리, 티타늄/티타늄+텅스텐/구리 및 크롬/크롬+구리/구리로 구성된 그룹으로부터 선택되는 어느 하나의 3층 구조로 이루어진 접합 보조층;

   상기 접합 보조층 상에 마운트된 접속 매개용 솔더 볼;

   상기 접속 매개용 솔더 볼에 밑면이 전기적으로 연결되고 상기 반도체 칩의 외곽을 넘어서 연장된 금속 트레이스;

   상기 금속 트레이스의 표면만이 노출되도록 전체 결과물을 봉지하는 봉지제;

   상기 금속 트레이스의 표면 일부분인 볼 랜드만이 노출되도록 상기 봉지제와 금속 트레이스 표면에 형성된 솔더 레지스트; 및

   상기 솔더 레지스트로부터 노출된 볼 랜드에 마운트된 실장용 솔더 볼;

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 레벨 패키지.
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