KR101085531B1 - 반도체 기판 전기도금장치의 캐소드용 컨택터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 웨이퍼와 같은 반도체 기판의 비아홀에 범프를 형성하기 위해 전기도금함에 있어서, 기판에 전기적으로 접촉되어 캐소드 작용을 하게 되는 컨택터에 관한 것이다. 그 구성은; 링형태로 되어 있으며 외부와의 전기적 연결을 위한 접속부(13a)를 가지는 도전판본체(13), 도금에 의해 상기 도전판본체(13)의 외표면 전체 또는 일부에 부착되는 보호층(15), 도금에 의해 상기 보호층(15)의 외표면 전체 또는 일부에 부착되는 표면층(17)로 구성되는 통전링체(9); 상기 통전링체(9)의 외표면중 절연이 필요한 비통전부에 열경화성 합성수지로 된 절연소재로써 코팅함으로써 형성되는 절연층(11)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

반도체 기판 전기도금장치의 캐소드용 컨택터{Contactor Of Apparatus For Electroplating Substrate}

본 발명은 반도체 기판의 전기도금장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기판에 전기적으로 접촉되게 되는 전극용 컨택터에 관한 것이다.

전자제품의 고성능 및 소형화의 요구에 의해 반도체 패키지 기술 분야도 다양한 변화를 거듭하고 있다. 최근 선호되고 있는 반도체 패키지 형태는 3차원을 적층된 구조이며, 이를 위하여 사용되는 기술이 TSV(Through Silicon Via, 실리콘관통전극)이다. TSV는 반도체 기판에 형성된 비아홀(Via hole)에 전기도금을 통해 도전물질을 채워 비아코어(Via Core, 스터드 범프(Stud Bump) 또는 필라(pillar))를 형성하는 것이며, 적층된 기판 사이의 전기적, 물리적 연결을 가능하게 한다.

본 발명은 TSV에서 사용되는 전기도금장치의 구성요소 가운데 기판과 전기적으로 접촉되는 컨택터(Contactor)에 대한 것이다. 캐소드(cathode)로 작용하는 컨택터에 요구되는 기본적인 요건은 기판 전체면에 걸쳐 설정전류가 균일하게 공급되도록 하는 것이다. 이를 위해 컨택터가 원형으로 된 기판의 가장자리를 따라 접촉되도록 하는 것이 일반적이다.

또한 기판 위에 디자인된 회로에 컨택터가 불균일하게 접촉됨으로써 설정전류 공급이 위치마다 차이남으로써 도금편차가 생긴다는 문제가 있기도 하였다.

한편, 컨택터는 링형태의 도전성 판재의 외표면에 폴리머(예를 들어 폴리이미드(PI)로써 적층된 형태의 것이 사용되어 왔다. 종래에 도전성을 향상시키고 산화를 방지하기 위한 일환으로는 도전성 판재의 재료로 금(Au) 또는 그의 합금을 사용하기도 하였다. 그러나 금을 사용하게 되는 경우 비용이 크게 소요되어 최소한의 두께(예를 들어 0.1mm)로 제작할 수밖에 없었다. 그 결과 컨택터의 강도취약에 의한 품질문제 및 설비 트러블이 종종 발생하기도 하였다.

위와 같은 문제에 대한 본 발명의 목적은, 반도체 패키지 기술에 있어서 TSV의 비아코어를 형성하기 위한 전기도금장치에서 기판과 전기적으로 접촉하여 캐소드로 작용하는 컨택터를 개선하는 것에 있다. 그리고 그 개선방향은 컨택터의 본체를 이루는 도전율을 높임에도 불구하고 저렴한 비용으로 제공하게 하며, 컨택터와 기판의 접촉방식을 개선하여 전기적으로 균일한 접촉이 이루어지도록 함으로써 기판 전체에 걸쳐 도금편차를 최소화하여 도금 효율을 개선하는 것에 있다.

위와 같은 목적은; 웨이퍼(wafer)와 같은 반도체 기판에 동도금을 하기 위한 전기도금장치에 설치되는 것으로서, 상기 기판에 물리적 및 전기적으로 접촉하여 캐소드(cathode)로 작용하는 컨택터(contactor)에 있어서;

링형태로 되어 있으며 외부와의 전기적 연결을 위한 접속부를 가지는 도전판본체, 도금에 의해 상기 도전판본체의 외표면 전체 또는 일부에 부착되는 보호층, 도금에 의해 상기 보호층의 외표면 전체 또는 일부에 부착되는 표면층로 구성되는 통전링체;

상기 통전링체의 외표면중 절연이 필요한 비통전부에 합성수지로 된 절연소재로써 코팅함으로써 형성되는 절연층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 전기도금장치의 캐소드용 컨택터에 의해 달성된다.

본 발명의 특징에 의하면, 도전판본체와 열경화성 합성수지로 된 절연소재와 밀착력을 향상시키기 위하여, 도전판본체의 표면은 약품에 의한 산화처리에 의해 요철면으로 할 수 있다.

본 발명의 특징에 의하면, 상기 보호층은 내식성을 향상시키고, 동박 산화 부식 방지를 위하여, 니켈(Ni) 또는 그의 합금에 의한 도금에 의해 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 특징에 의하면 상기 표면층은 금(Au) 또는 그의 합금에 의한 도금에 의해 형성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징은 상기 기판과 접촉되는 접촉부위는 톱니 또는 기어 와 같은 요철형태로 되어 있을 수 있다.

위와 같은 구성에 의하면, 반도체 기판용 전기도금장치의 캐소드용 컨택터에 있어서, 기본적으로 컨택터의 주된 도전성 물질이 동(銅, Cu)인 관계로 저렴하게 제공할 수 있게 된다. 또한 기판과 전기적으로 접촉되는 부위는 금/니켈(Au/Ni)로 도금되어 있어 만족스러운 도전율을 얻을 수 있게 된다. 또한 컨택터의 형상과 관련하여서는 컨택터와 기판이 톱니 또는 기어 형태로 접촉되어 있어 전류가 기판의 원주방향을 따라 균일하게 분포되면서 이동되게 되며, 기판과의 접촉이 균일함에 따라서 도금효율 향상 즉 도금편차가 최소화된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 반도체 기판 전기도금장치의 캐소드용 컨택터와 기판의 저부 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 반도체 기판 전기도금장치의 캐소드용 컨택터와 기판의 접촉시의 평면도이다.
도 3은 컨택터의 층구성을 보이기 위해 도 2의 A-A선을 따라 취한 단면구성도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 내용을 설명한다.

컨택터(1, contactor)는 웨이퍼(wafer)와 같은 반도체 기판(3)에 동도금을 하기 위한 전기도금장치에 설치되는 것으로서, 상기 기판에 물리적 및 전기적으로 접촉하여 캐소드(cathode)로 작용한다. 그러므로 컨택터(1)는 도금조 내부에 고정 설치되며 외부의 전원과 전기적으로 연결된다. 도금조의 구조 내지 형식에 의해 기판은 컨택터(1)의 상면 또는 저면중 어느 일면에 접촉하게 될 것이다. 본 실시예는기판(3)이 컨택터(1)의 저면에 접촉되는 형식으로 선택하였기 때문에 도 1에서 저부 사시도가 표현되었을 뿐이다. 그러므로 기판(3)이 어느 방향으로 접착되는지 여부는 본 발명의 기술적 사상과는 관계가 없다.

컨택터(1)는 외형으로 볼 때 링(ring)형태로 된 판형상의 컨택터 본체(5)와 외부와의 전기적 연결을 위해 컨택터 본체(5)로부터 대칭적으로 연장되고 절곡된 2개의 레그(7, leg)를 포함한다.

컨택터(1)는 기능적으로 볼 때 도전체로 되어 있는 통전링체(9)와 그의 외표면의 일부에 코팅되는 절연층(11)으로 구성된다.

통전링(Ring)체(9)는 전기적 접속부(13a)를 가지는 도전판본체(13)와, 도금에 의해 상기 도전판본체(13)의 외표면 전체 또는 일부에 부착되는 보호층(15)과, 도금에 의해 상기 보호층(15)의 외표면 전체 또는 일부에 부착되는 표면층(17)으로 구성된다. 도전판본체(13)의 두께(t)는 예를 들어 0.2 ~ 0.5mm가 될 수 있다. 본 발명의 특징에 의하면 도전판본체(13)의 표면(13b)으로 하여금 약품을 이용한 산화처리에 의해 미세한 요철면을 갖도록 할 수 있다. 이는 이종(異種)재질인 절연층과의 접착력을 향상시키기 위한 것이며, 나아가 도금층과의 부착력 향상을 위한 것이다. 도전판본체(13)의 표면(13b)을 산화처리하기 위한 약품은 황산과 과산화수소의 수용액이 될 수 있으며, 표면(13b)의 조도는 1 ~ 2㎛가 될 수 있다.

보호층(15)은 니켈도금에 의해 니켈(Ni) 또는 그의 합금으로 구성될 수 있으며, 표면층(17) 금도금에 의해 금(Au) 또는 그의 합금으로 구성될 수 있다. 보호층(15)과 표면층(17)의 도금두께는 필요에 따라 조정될 것이다.

통상 동(銅, Cu)은 확산성(Diffusion)이 크기 때문에 동의 표면에 금을 직접 도금하는 경우 기공(Porocity)이 많은 금도금층을 뚫고 동이 확산되어 나오면서 변색 또는 공기와 접하여 산화되는 문제가 있게 되는데, 이처럼 동으로 된 도전판본체(13)와 금으로 된 표면층(17) 사이에 내식성 재료인 니켈로 된 보호층(15)을 개입시키게 되면 동의 확산이 저지되므로 동의 산화에 의한 문제가 없어지게 된다.

표면층(17)의 재질은 도전율이 양호하고 내화성을 보장할 수 있는 금 또는 그의 합금으로 한정된다. 그러나 보호층(15)의 재질은 위에 언급된 동과 금의 가교 역할을 할 수 있는 기존에 알려져 있는 어떠한 재질이라도 무방하다. 그러므로 본 발명의 권리범위가 니켈 또는 그 합금에 한정되지 않는다.

언급한 것처럼 절연소재로 된 절연층(11)은 통전링체(9)의 외표면중 절연이 필요한 비통전부에 코팅에 의해 형성된다. 절연층(11)의 소재로는 폴리이미드(Poly Imide) 또는 열경화성 합성수지가 예시될 수 있다. 절연층(11)은 절연(insulation)이라는 기능을 수행하기에 적당한 두께면 되고, 전술한 바와 같이 산화처리에 의해 거칠기를 가지는 도전판본제(13)와 양호하게 접착되게 된다.

이와 같이 본 발명은 컨택터(1)의 기본 소재를 상대적으로 저렴한 동으로 하고 외부에 노출되며 나아가 기판(3)과 전기적 접촉이 이루어지는 부분에만 고가인 금 또는 그 합금으로 도금함으로써 산화를 방지하는 것을 핵심적 내용으로 한다. 그리고 이 과정에서 발생되는 동과 금의 이질성에 의한 접합 불량 또는 동의 확산에 의한 문제를 극복하기 위해 그 사이에 니켈 또는 그 합금을 개입시키는 것을 또 다른 핵심으로 한다.

금을 도전판본체(13)에 전체적으로 도금할 수도 있겠지만, 본 발명의 실시예에 의하면 필요한 부위에만 선택적으로 도금함으로써 컨택터의 제조원가를 더욱 낮출 수 있는 방법이 제공된다. 이에 대해 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

제1영역(A1)은 컨택터(1)가 기판(3)과 전기적으로 접촉되는 접촉부(C)에 대응되거나 그를 포함한다. 보호층(15)은 제1영역(A1)을 포함하되 상기 제1영역(A1)보다 넓은 제2영역(A2)에 부착될 수 있다. 제2영역(A2)은 제1영역(A1)에 비해 10 ~ 30% 정도 넓은 것이 바람직하다.

그리고 금도금에 의한 표면층(17)이 부착되는 제3영역(A3)은 제2영역(A2) 위에 분포된다. 즉 금도금은 니켈로 되어 있는 제2영역(A2) 위에 이루어짐으로써 금과 동이 직접적으로 접촉될 수 없게 된다.

또한 도 3을 참조하여 보면, 폴리머로 되어 있는 절연층(11)은, 동으로 된 부분을 외부의 화학적 환경으로부터 안전하게 차단하기 위하여, 금으로 된 표면층(17)의 가장자리 부위까지 덮여 있다. 절연층(11)과 제3영역(A3)의 겹침폭(W)은 1 ~ 10mm의 범위에 있으면 무난할 것이다.

본 발명의 또 다른 특징은 컨택터(1)의 기판(3)과 접촉되는 부위, 즉 접촉부(C)의 형상에 있다. 본 발명에 의하면, 기판과 접촉되는 접촉부는 톱니 또는 기어와 같은 요철 형태로 되어 있다. 구체적으로 어떠한 형상인지는 불문한다. 다만 일정한 주기로 돌출 형성된 톱니 또는 기어 형태로 돌출 형성된 것이면 된다.

도시된 바에 의하면, 컨택터(1)와 기판(3)의 접속은 "

"와 같은 형태로 기판(3)의 원주방향을 따라 일정한 간격으로 돌출된 다수의 단자편(19)을 통해 이루어지게 된다.

단자편(19)은 직사각 형태의 헤드부(21)와 잘록한 허리부(23)로 구성되는데 허리부(23)를 잘록하게 한 것은 단자편(19)이 유연성( Flexiblity )을 유지할 수 있도록 하기 위한 배려이다. 단자편(19)은 동박 부식(Etching)공법으로 형성하며, 도전판본체(13)에 보호층(15)과 표면층(17)이 도금되지 않은 상태에서 미리 만들어진다.

도시 및 설명된 단자편(19)에 의해 컨택터(1)는 기판(3)의 원주방향을 따라 균일한 전기적 작용을 하게 된다. 이는 기판(3)의 전체적인 관점에서 도금편차를 줄임으로써 기판에 형성되어 있는 모든 칩의 비아홀에 오버랩되는 범프(또는 비아코어)의 편차를 줄일 수 있게 되는 것이다.

1 ; 컨택터(Contactor) 3 ; 기판
5 ; 컨택터 본체 7 ; 레그(leg)
9 ; 통전링체 11 ; 절연층
13 ; 도전판본체 15 ; 보호층
17 ; 표면층 19 ; 단자편

Claims (4)

1. 삭제
2. 웨이퍼(wafer)와 같은 반도체 기판에 동도금을 하기 위한 전기도금장치에 설치되는 것으로서, 상기 기판(3)에 물리적 및 전기적으로 접촉하여 캐소드(cathode)로 작용하는 컨택터(contactor)에 있어서;
   링형태로 되어 있으며 외부와의 전기적 연결을 위한 접속부(13a)를 가지는 도전판본체(13), 도금에 의해 상기 도전판본체(13)의 외표면 전체 또는 일부에 부착되는 보호층(15), 도금에 의해 상기 보호층(15)의 외표면 전체 또는 일부에 부착되는 표면층(17)로 구성되는 통전링체(9);
   상기 통전링체(9)의 외표면중 절연이 필요한 비통전부에 합성수지로 된 절연소재로써 코팅함으로써 형성되는 절연층(11)을 포함하되;
   상기 보호층(15)은 니켈(Ni) 또는 그의 합금에 의한 도금에 의해 형성되며, 상기 표면층(17)은 금(Au) 또는 그의 합금에 의한 도금에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 전기도금장치의 캐소드용 컨택터.
   
3. 제2항에 있어서, 상기 도전판본체(13)의 표면(13b)은 산화처리에 의해 요철면으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 전기도금장치의 캐소드용 컨택터.
   
4. 제2항에 있어서, 상기 기판(3)과 접촉되는 접촉부(C)는 톱니 또는 기어와 같은 요철형태로 되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 전기도금장치의 캐소드용 컨택터.

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