KR101176348B1 - 반도체 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 웨이퍼 레벨 패키지의 입출력단자인 구리필러의 구조를 개선하되, 스트레스를 최소화할 수 있는 구조로 새롭게 개선시킨 반도체 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 웨이퍼 레벨 패키지의 입출력단자인 구리필러 구조를 스트레스(stress)의 최소화를 위한 완충부재가 내재된 구조로 개선시켜, 구리필러와 함께 웨이퍼 상태의 각 칩의 본딩패드에 융착시킴으로써, 구리필러와 본딩패드간의 경계부에서 발생하는 스트레스의 감소와 더불어 구리필러의 견고한 접착상태를 유지할 수 있도록 한 반도체 장치 및 그 제조 방법을 제공하고자 한 것이다.

Description

반도체 장치 및 그 제조 방법{Semiconductor package and method for manufacturing the same}

본 발명은 반도체 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 웨이퍼 레벨 패키지의 입출력단자인 구리필러의 구조를 개선하되, 스트레스를 최소화할 수 있는 구조로 새롭게 개선시킨 반도체 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

반도체 소자의 웨이퍼 공정에는 회로 구성을 위한 트랜지스터(transistor) 형성 공정, 전도성의 금속 배선라인인 재배선(RDL: Redistribution layer)을 형성하는 공정, 반도체 소자 및 재배선 등을 외부로부터 보호하기 위하여 패시베이션(passivation)막을 형성하는 공정 등이 포함되어 있다.

상기 재배선은 소정의 배열을 갖는 금속 배선라인으로서, 도금 등의 패터닝(patterning) 방법을 이용하여 반도체 칩의 실리콘 표면에 형성되고, 상기 패시베이션 막(passivation layer)은 외부로부터의 기계적 충격, 수분, 각종 이물질 등을 차단하여 반도체 소자 자체를 보호하기 위한 일종의 절연층으로서, 강성, 막치밀성, 흡광성 등이 우수한 고분자 재료가 사용되고 있다.

첨부한 도 3은 종래의 웨이퍼 레벨 패키지의 일부 단면을 보여주는 도면으로서, 이를 참조로 종래의 패시베이션 형성 과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 반도체 칩(10, 실리콘 기판)위에 패시베이션 막(14)이 형성된다.

이때, 반도체 칩(10)상에 소정의 배열을 이루는 다수의 금속패드 즉, 본딩패드(12)상에는 패시베이션 막(14)이 도포되지 않는데, 그 이유는 본딩패드(12)상에 반도체 소자를 작동시키는 전압 등을 인가받기 위한 일종의 전극단자인 언더 범프 메탈(16,Under Bump Matal, 이하 UBM으로 칭함)이 형성되기 때문이다.

위와 같이, 상기 본딩패드(12)상에는 전극단자인 UBM(16)이 형성된 후, 반도체 칩(10)상의 패시베이션 막(14) 위에 다시 제2패시베이션 막이 더 형성될 수 있으며, 이 제2패시베이션 막은 외부로부터의 기계적 충격, 수분, 각종 이물질 등을 차단하는 기능 외에 반도체 칩(10)의 전체 표면을 평탄화시키면서 각 UBM(16)간의 절연 기능을 수행하게 된다.

다음으로, 상기와 같이 형성된 패시베이션 막(14)상에 노출된 UBM(16)에 입출력단자(18)를 융착시킨 후, 웨이퍼 레벨에서 각 반도체 칩 단위로 소잉이 이루어지면 웨이퍼 레벨 패키지로 완성된다.

이때, 상기 입출력단자(18)는 UBM(16)상에 소정의 높이로 성장시킨 구리필러(20)와, 이 구리필러(20)의 상면에 일체로 형성되는 전도성 솔더(22)로 구성된다.

그러나, 상기와 같은 종래의 웨이퍼 레벨 패키지는 다음과 같은 문제점이 있다.

웨이퍼 상태의 각 반도체 칩의 본딩패드 즉, 본딩패드상에 형성된 일종의 전극단자인 UBM상에 입출력수단인 구리필러(Cu pillar)가 일체로 접착된 상태에서 외부 충격 등이 가해지면 구리필러와 UBM의 접촉부위에 스트레스가 집중되고, 스트레스가 반복적으로 가해짐에 따른 피로응력이 가중되어, 구리필러와 UBM간의 접착부위가 일부 파손되는 현상이 발생하는 문제점이 있고, 결국 구리필러와 UBM간의 접착 부위가 깨지면서 서로 박리되는 현상이 발생되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 웨이퍼 레벨 패키지의 입출력단자인 구리필러 구조를 스트레스(stress)의 최소화를 위한 완충부재가 내재된 구조로 개선시켜, 구리필러와 함께 웨이퍼 상태의 각 칩의 본딩패드에 융착시킴으로써, 구리필러와 본딩패드간의 경계부에서 발생하는 스트레스의 감소와 더불어 구리필러의 견고한 접착상태를 유지할 수 있도록 한 반도체 장치 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 구현예는 웨이퍼 상태의 각 반도체 칩의 본딩패드상에 형성되어 있는 UBM상에 입출력단자가 융착된 반도체 장치에 있어서, 상기 입출력단자내에 완충부재가 내재되는 동시에 이 완충부재의 바닥면이 상기 UBM상의 일부 면적에 부착되도록 한 것을 특징으로 하는 반도체 장치를 제공한다.

바람직하게는, 상기 입출력단자는 구리필러이고, 상기 완충부재는 네가티브 포토레지스트인 것을 특징으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 구현예는 웨이퍼 상태의 각 반도체 칩의 본딩패드상에 전극단자인 UBM을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 장치 제조 방법에 있어서, 상기 UBM을 포함하는 웨이퍼의 표면에 네가티브 포토레지스트를 코팅하는 동시에 네가티브 포토레지스트 위에 포지티브 포토레지스트를 코팅하는 단계와; 상기 포지티브 포토레지스트상에 완충부재용 패턴을 갖는 마스크를 마스킹하여 노광시키는 단계와; 상기 노광에 의하여 마스크의 완충부재용 패턴이 없는 그 아래쪽의 포지티브 포토레지스트가 제거되는 동시에 네가티브 포토레지스트의 일부도 제거되어 홈이 형성되면서 완충부재용 네가티브 포토레지스트만이 UBM상에 남게 되는 단계와; 상기 완충부재용 네가티브 포토레지스트를 내재시키면서 홈에 구리필러를 충진시킨 후, 구리필러상에 솔더 플레이팅이 실시되는 단계와; 상기 구리필러와 솔더만이 남도록 포지티브 포토레지스트 및 네가티브 포토레지스트를 제거하는 단계; 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조 방법을 제공한다.

상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.

본 발명에 따르면, 웨이퍼 상태의 각 반도체 칩의 본딩패드에 UBM이 형성된 상태에서, UBM상에 구리필러를 소정의 높이로 성장시켜 형성할 때, 그 내부에 포토 레지스트 재질의 완충부재가 내재되도록 함으로써, 외부 충격과 같은 스트레스가 작용하더라도 완충부재에서 스트레스를 흡수하여, 구리필러와 UBM간의 접착상태가 견고하게 유지될 수 있고, 구리필러의 형상도 그대로 유지시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 설명하는 개략도,
도 2는 본 발명에 따른 반도체 장치를 나타내는 단면도,
도 3은 종래의 반도체 장치를 나타내는 단면도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 설명하는 개략도이고, 도 2는 본 발명에 따른 반도체 장치를 나타내는 단면도이다.

본 발명은 웨이퍼 레벨 패키지로서, 웨이퍼의 각 칩의 본딩패드에 형성된 UBM상에 소정 높이의 구리필러를 형성시키되, 이 구리필러의 내부에 포토 레지스트 재질의 완충부재를 내재시켜, 구리필러에 외부 충격과 같은 스트레스가 작용하더라도 완충부재에서 스트레스를 흡수할 수 있도록 함으로써, 구리필러와 UBM간의 접착상태가 견고하게 유지됨과 더불어 구리필러의 형상을 그대로 유지시킬 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.

즉, 웨이퍼(100) 상태의 각 반도체 칩(10)의 본딩패드(12)상에 UBM(16)이 형성된 상태에서, 완충부재(24)가 내재된 입출력단자(18)인 구리필러(20)를 UBM(16)상에 형성시키되 완충부재(24)인 네가티브 포토레지스트의 저면이 UBM(16)의 일부 표면에 닿도록 함으로써, 구리필러(20)의 저면이 UBM(16)과 도전 가능하게 접촉되는 동시에 완충부재(24)의 상면 및 둘레면과도 닿게 되어, 결국 구리필러(20)의 접촉면적이 증대되어 구리필러와 UBM간의 접착상태가 견고하게 유지될 수 있고, 구리필러와 UBM간의 박리 현상을 방지할 수 있다.

여기서, 본 발명에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 웨이퍼(100) 상태의 각 반도체 칩(10)의 본딩패드(12)상에 전극단자인 UBM(16)이 형성된 후, 이 UBM(16)을 포함하는 웨이퍼(100)의 표면에 네가티브 포토레지스트(26)를 먼저 코팅하고, 연이어 네가티브 포토레지스트(26) 위에 포지티브 포토레지스트(28)를 코팅한다.

이렇게 네가티브 포토레지스트(26)와 포지티브 포토레지스트(28)를 적층 코팅하는 것은 구리필러(20)의 형성 높이를 맞추어주기 위함에 있다.

이에, 상기 네가티브 포토레지스트(26)와 포지티브 포토레지스트(28)의 적층 높이를 하기와 같이 형성되는 구리필러(20)의 형성 높이와 동일하게 맞추어주게 된다.

다음으로, 상기 포지티브 포토레지스트(28)상에 완충부재용 패턴(32)을 갖는 마스크(30)를 마스킹하여 자외선으로 노광시키는 단계가 진행된다.

이에, 상기 노광 공정에 의하여, 전체 포지티브 포토레지스트(28) 면적 중 마스크(30)의 완충부재용 패턴(32)이 없는 부분을 통해 자외선을 받은 그 아래쪽 부분의 포지티브 포토레지스트(28)가 제거되고, 바로 아래쪽의 네가티브 포토레지스트(26)의 일부도 제거된다.

따라서, 상기와 같이 마스크(30)의 완충부재용 패턴(32)이 없는 아래쪽에 영역에 해당하는 포지티브 포토레지스트(28)가 제거되는 동시에 네가티브 포토레지스트(26)는 일부만 제거가 되므로서, 결국 완충부재(24)가 되는 네가티브 포토레지스트만이 UBM(16)상에 남게 된다.

이어서, 입출력단자(18)의 형성 단계로서, 완충부재(24)인 네가티브 포토레지스트가 내재되도록 홈(34)에 구리필러(20)를 충진시켜 경화시킨 후, 구리필러(20)의 상면에 솔더(22) 플레이팅을 실시하게 된다.

다음, 입출력단자(18)인 구리필러(20)와 전도성 솔더(22)의 양옆에 남아 있던 포지티브 포토레지스트(28) 및 네가티브 포토레지스트(26)를 모두 제거함으로써, 본 발명의 반도체 장치가 완성된다.

이와 같이, 반도체 칩의 본딩패드에 UBM이 형성된 상태에서, UBM상에 포토 레지스트 재질의 완충부재가 내재된 입출력단자를 형성해 줌으로써, 외부 충격과 같은 스트레스가 입출력단자에 작용하더라도 완충부재에서 스트레스를 흡수하는 기능을 하게 되어, 구리필러와 UBM간의 접착상태가 견고하게 유지될 수 있고, 구리필러의 형상도 그대로 유지시킬 수 있다.

10 : 반도체 칩 12 : 본딩패드
14 : 패시베이션 막 16 : UBM
18 : 입출력단자 20 : 구리필러
22 : 전도성 솔더 24 : 완충부재
26 : 네가티브 포토레지스트 28 : 포지티브 포토레지스트
30 : 마스크 32 : 완충부재용 패턴
34 : 홈 100 : 웨이퍼

Claims (3)

1. 삭제
2. 웨이퍼(100) 상태의 각 반도체 칩(10)의 본딩패드(12)상에 형성되어 있는 UBM(16)상에 입출력단자(18)가 융착된 반도체 장치에 있어서,
   상기 입출력단자(18)내에 완충부재(24)가 내재되는 동시에 이 완충부재(24)의 바닥면이 상기 UBM(16)상의 일부 면적에 부착되도록 하고,
   상기 입출력단자(18)는 구리필러(20)이고, 상기 완충부재(24)는 네가티브 포토레지스트로 채택된 것임을 특징으로 하는 반도체 장치.
   
3. 웨이퍼(100) 상태의 각 반도체 칩(10)의 본딩패드(12)상에 전극단자인 UBM(16)을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 장치 제조 방법에 있어서,
   상기 UBM(16)을 포함하는 웨이퍼(100)의 표면에 네가티브 포토레지스트(26)를 코팅하는 동시에 네가티브 포토레지스트(26) 위에 포지티브 포토레지스트(28)를 코팅하는 단계와;
   상기 포지티브 포토레지스트(28)상에 완충부재용 패턴(32)을 갖는 마스크(30)를 마스킹하여 노광시키는 단계와;
   상기 노광에 의하여 마스크(30)의 완충부재용 패턴(32)이 없는 그 아래쪽의 포지티브 포토레지스트(28)가 제거되는 동시에 네가티브 포토레지스트(26)의 일부도 제거되어 홈(34)이 형성되면서 완충부재(24)가 되는 네가티브 포토레지스트만이 UBM(16)상에 남게 되는 단계와;
   상기 완충부재(24)인 네가티브 포토레지스트를 내재시키면서 홈(34)에 구리필러(20)를 충진시킨 후, 구리필러(20)상에 솔더(22) 플레이팅이 실시되는 단계와;
   상기 구리필러(20)와 전도성 솔더(22)의 양옆에 남아 있던 포지티브 포토레지스트(28) 및 네가티브 포토레지스트(26)를 제거하는 단계;
   로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조 방법.

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