KR101223861B1

KR101223861B1 - 금 범프 또는 금 배선의 형성 방법

Info

Publication number: KR101223861B1
Application number: KR1020060089722A
Authority: KR
Inventors: 히로시 나카무라
Original assignee: 메타로 테쿠노로지 쟈판 가부시키가이샤
Priority date: 2005-09-30
Filing date: 2006-09-15
Publication date: 2013-01-17
Also published as: CN1940147B; JP4713290B2; JP2007100130A; TWI385281B; TW200806818A; CN1940147A; KR20070037315A

Abstract

(과제)

불균일한 막 두께의 패시베이션막 (passivation layer) 에 기인하여 생기는 도금의 단차를 억제하여 평탄한 금 피막의 금 범프 또는 금 배선을 형성할 수 있는 금 범프 또는 금 배선의 형성 방법을 제공한다.

(해결 수단)

패터닝된 웨이퍼 상에, 비시안계 전해 도금욕 또는 시안계 전해 도금욕을 이용하여 전해 도금을 실시하는 금 범프 (bump) 또는 금 배선의 형성 방법으로서, 웨이퍼 상에 대한 전해 도금이, 0.1A/d㎡ 이하의 전류 밀도로 전해 도금을 적어도 1회 실시하는 공정 1 과, 0.3~1.2A/d㎡ 의 전류 밀도로 전해 도금을 적어도 1회 실시하는 공정 2 로 이루어지고, 공정 1 의 합계 도금 두께가 0.1~5㎛ 이고, 공정 1 과 공정 2 의 합계 도금 두께가 원하는 도금 두께가 되도록 웨이퍼 상에 도금을 실시하는 금 범프 또는 금 배선의 형성 방법.

금 범프, 금 배선

Description

금 범프 또는 금 배선의 형성 방법{METHOD FOR MANUFACTURING GOLD BUMP OR GOLD LINE}

도 1 은 금 범프를 형성한 종래의 웨이퍼의 일례를 나타내는 단면도이다.

도 2 는 도금 전의 웨이퍼의 단면도(A)와 도금 후의 웨이퍼의 단면도 (B) 이다.

부호의 설명

1, 27 : 웨이퍼 3, 29 : Al 전극

5, 25 : 패시베이션막 7, 23 : 금 스퍼터막

9, 21 : 마스크재 10 : 개구부

11, 31 : 금 범프 13 : 비즈

15 : 오목부

[특허 문헌 1] 일본 공개특허공보 2003-7762호

본 발명은 소정의 전해 도금욕을 이용하여 웨이퍼 상에 금 범프 또는 금 배 선을 형성하는 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게 서술하면, 본 발명은 패시베이션막의 불균일한 막 두께에 기인하여 발생하는 도금 피막의 단차를 억제하고, 평탄한 금 범프 또는 금 배선을 형성하는 금 범프 또는 금 배선의 형성 방법에 관한 것이다.

비시안계 또는 시안계 전해 도금욕을 이용하여 형성하는 도금 피막은 전기 전도성, 열압착성 등의 물리적 특성뿐만 아니라 내산화성, 내약품성 등의 화학적 특성도 우수하다. 이러한 이유 때문에, 종래, 실리콘 웨이퍼 상의 범프 형성이나, Ga/As 웨이퍼 등의 화합물 웨이퍼 상의 배선 형성 등에 바람직하게 이용되고 있다.

실리콘 웨이퍼 상의 범프 형성이나 Ga/As 웨이퍼 등의 화합물 웨이퍼 상의 배선 형성에 이용되는 비시안계 전해 도금욕은 예를 들어, 기본 욕으로서 금원으로서의 아황산금 알칼리염 또는 아황산금 암모늄과 스태빌라이저로서의 수용성 아민과, 결정 조정제로서 미량의 Tl 화합물, Pb 화합물 또는 As 화합물과, 전도염으로서의 아황산염 및 황산염과, 완충제로 이루어진 것이 있다.

시안계 전해 도금욕은 예를 들어, 기본 욕으로서 금원으로서의 시안화금 알칼리염 또는 시안화금 암모늄과, 미량의 결정 조정제와 전도염으로서의 인산염, 붕산염 등의 무기산염, 유기산 (카르복시산, 히드록시카르복시산, 옥살산 등) 염 등으로 이루어진 것이다.

금 범프를 전해 도금에 의해 형성한 웨이퍼의 일례를 도 1 에 나타낸다.

도 1 중, 1 은 실리콘 또는 Ga/As 화합물 웨이퍼로서, 그 일면에는 미소한 Al 전극 (3) 이 형성되어 있다. 웨이퍼 (1) 및 Al 전극 (3) 의 상면에는 웨이퍼와 Al 전극 (3) 의 주변 프레임을 피복하는 패시베이션막 (5) 이 형성되어 있다. 또한, 패시베이션막 (5) 의 상면 및 Al 전극 (3) 의 상부 중앙부에는, 금 스퍼터막 (7) 이 적층되어 있다.

금 스퍼터막 (7) 상에는 마스크재 (9) 가 적층되고 이 마스크재 (9) 에 의해 Al 전극 (3) 의 상방이 개구되어 있는 마스크 패턴이 형성되어 있다. 마스크재 (9) 의 개구부 (10) 에는 전해 도금에 의해 금 범프 (11) 가 형성되어 있다. 도 1 중, 13 은 금 비즈 또는 땜납 비즈이다.

금 범프나 금 배선의 도금용으로 미세하게 패터닝된 실리콘 웨이퍼 내지Ga/As 웨이퍼 상에는 통상, 금 스퍼터막 (7) 과 웨이퍼 (1) 의 절연 및 주변 배선의 보호를 목적으로 하여, 상기 서술한 패시베이션막 (5) 이 형성된다. 이 패시베이션막 (5) 은 도 1 에 나타낸 바와 같이, Al 전극 (3) 의 주변 프레임부와 그 중앙부와 출로 요철 (패시베이션 단차 x) 이 생기고 있다.

종래의 비시안계 또는 시안계 전해 도금은 통상, 40~65℃ 의 온도 조건으로, 전류 밀도를 0.3~1.2A/d㎡ 의 범위내의 일정치를 유지하여 도금을 행하는 경우가 대부분이다. 이 조건으로 도금을 실시하는 경우, 마스크재 (9) 의 개구부 (10) 에 형성되는 금 범프 (11) 는 패시베이션막 (5) 의 요철 형상을 따라서 중앙부가 함몰된 형상이 된다.

이 형상의 금 범프 (11) 표면에, 접합에 사용하는 금 비즈 또는 땜납 비즈 (13) 를 놓으면, 금 비즈 또는 땜납 비즈 (13) 는 오목부 (15) 에 떨어져 버리는 경우가 많다. 이 상태에서, 금 배선을 금 범프 (11) 에 압착 접합하는 경우, 금 배선과 금 범프 (11) 사이에 비즈를 개재시키는 균일한 압착면을 얻을 수 없다. 그 결과, 금 배선과 금 범프 (11) 는 충분한 밀착 강도를 얻지 못하고, 양자 사이에 접착 불량이 발생한다.

전해 도금에 의해 금 범프를 형성하는 방법 자체는 공지되어 있다. 예를 들어, 시안화 금 칼륨을 이용한 도금에 의한 형성 방법이 특허 문헌 1 에 기재되어 있다.

본 발명은 상기 사정에 감안하여 이루어진 것으로서, 범프와 배선의 접합 시에, 금 비즈 또는 땜납 비즈를 개재하여 범프와 배선의 충분한 밀착 강도를 얻기 위해, 불균일한 막 두께의 패시베이션막에 기인하여 생기는 금 피막의 단차를 억제하고, 평탄한 금 범프 또는 금 배선을 형성할 수 있는 금 범프 또는 금 배선의 형성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

과제를 해결하기 위한 수단

본 발명자는 상기 과제를 해결하기 위해 검토를 거듭한 결과, 소정의 비시안계 또는 시안계 전해 도금욕을 사용하고, 소정 막 두께를 얻을 때까지 0.1A/d㎡ 이하의 전류 밀도로 도금을 실시하고, 그 다음은 0.3~1.2A/d㎡ 의 전류 밀도로 원하는 두께가 될 때까지 도금을 실시하였다. 이 방법에 의하면, 균일하고 또한 치밀하고 우수한 외관 특성과 피막 경도나 쉐어 강도 특성을 유지하면서, 패시베이 션막에 발생하는 도금의 단차를 억제하고, 평탄한 금 피막의 금 범프 또는 금 배선을 형성할 수 있다. 본 발명자는 상기에 대한 지식으로부터 본 발명을 발명하였다.

즉, 상기 과제를 해결하는 본 발명은 이하에 기재하는 것이다.

〔1〕금원으로서의 아황산금 알칼리염 또는 아황산금 암모늄과, 스태빌라이저 (stabilizer) 로서의 수용성 아민과, 결정 조정제와, 전도염으로서의 아황산염 및 황산염과 완충제를 함유하는 비시안계 전해 도금욕을 이용하여 패터닝된 웨이퍼 상에 전해 도금을 실시하는 금 범프 또는 금 배선의 형성 방법으로서, 웨이퍼 상에 0.1A/d㎡ 이하의 전류 밀도로 전해 도금을 적어도 1회 실시하는 공정 1 과 0.3~1.2A/d㎡ 의 전류 밀도로 전해 도금을 적어도 1회 실시하는 공정 2 로 이루어지고, 공정 1 의 합계 도금 두께가 0.1~5㎛ 이고, 공정 1 과 공정 2 의 합계 도금 두께가 원하는 도금 두께가 되도록 웨이퍼 상에 도금을 실시하는 것을 특징으로 하는 금 범프 또는 금 배선의 형성 방법.

〔2〕금원으로서의 시안화금 알칼리염 또는 시안화금 암모늄과, 결정 조정제와 전도염으로서의 무기산염 또는 유기산염과, 완충제를 함유하는 시안계 전해 도금욕을 이용하여 패터닝된 웨이퍼 상에 전해 도금을 실시하는 금 범프 또는 금 배선의 형성 방법으로서, 웨이퍼 상에 대한 전해 도금이, 0.1A/d㎡ 이하의 전류 밀도로 전해 도금을 적어도 1회 실시하는 공정 1 과, 0.3~1.2A/d㎡ 의 전류 밀도로 전해 도금을 적어도 1회 실시하는 공정 2 로 이루어지고, 공정 1 의 합계 도금 두께가 0.1~5㎛ 이고, 공정 1 과 공정 2 의 합계 도금 두께가 원하는 도금 두께가 되도 록 웨이퍼 상에 도금을 실시하는 것을 특징으로 하는 금 범프 또는 금 배선의 형성 방법.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

본 발명에서 사용하는 비시안계 전해 도금욕, 시안계 전해 도금욕의 조성에 대해 이하 설명한다.

〔비시안계 전해 도금욕〕

본 발명에 이용하는 비시안계 전해 도금욕은 금원으로서의 아황산금 알칼리염 또는 아황산금 암모늄과, 스태빌라이저로서의 수용성 아민과, 미량의 결정 조정제와 전도염으로서의 아황산염 및 황산염과, 완충제로 이루어지는 비시안계 전해 도금욕을 기본 조성으로 한다. 이 도금욕의 조성은 주지된 것이다.

(1) 아황산금 알칼리염, 아황산금 암모늄 (금원)

아황산금 알칼리염으로서는 공지된 아황산금 알칼리염을 제한하지 않고 사용할 수 있다. 아황산금 알칼리염으로서는 예를 들어, 아황산금 (I) 나트륨, 아황산금 (I) 칼륨 등을 들 수 있다. 이들은 1종을 단독으로, 또는 2종 이상을 병용해도 된다.

본 발명에 이용하는 비시안계 전해 도금욕은 금원으로서 상기 서술한 아황산금 알칼리염 또는 아황산금 암모늄을 배합하는데, 그 배합량은 금량으로서 통상 1~50g/L, 바람직하게는 8~15g/L 이다. 아황산금 알칼리염 또는 아황산금 암모늄의 배합량이 1g/L 미만인 경우, 도금 피막의 두께가 불균일하게 되는 경우가 있다. 50g/L 을 넘으면, 도금 피막의 물성 등에 문제는 없으나 비경제적이다.

(2) 수용성 아민 (스태빌라이저)

수용성 아민으로서는, 예를 들어 1,2-디아미노에탄, 1,2-디아미노프로판, 1, 6-디아미노헥산 등을 사용할 수 있다. 이들은 1종을 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 병용해도 된다.

수용성 아민의 배합량은 통상 1~30g/L, 바람직하게는 4~20g/L 이다. 수용성 아민의 배합량이 30g/L 을 넘으면 금 착염의 안정성이 증대된다. 그러나, 도금 피막이 지나치게 치밀화되어, 접합성이 악화되는 경우가 있다. 1g/L 미만이면, 한계 전류 밀도가 저하되어 번(burn) 도금이 되는 경우가 있다.

(3) Tl 화합물, Pb 화합물, As 화합물 (결정 조정제)

결정 조정제로서는 예를 들어, 포름산 탈륨, 말론산 탈륨, 황산 탈륨, 질산 탈륨 등의 Tl 화합물; 시트르산 납, 질산 납, 알칸 술폰산 납 등의 Pb 화합물; 3산화2비소 등의 As 화합물을 들 수 있다. 이들 Tl 화합물, Pb 화합물, As 화합물은 1종을 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 조합하여 사용해도 된다.

결정 조정제의 배합량은 본 발명의 목적을 손상시키지 않는 범위에서 바람직하게 설정할 수 있으나, 금속 농도로서 통상 0.1~100mg/L, 바람직하게는 0.5~50mg/L, 특히 바람직하게는 3~25mg/L 이다. 결정 조정제의 배합량이 0.1mg/L 미만인 경우, 도금 부착된 주변에, 도금욕 안정성 및 내구성이 악화되고, 도금욕의 구성 성분이 분해되는 경우가 있다. 100mg/L 을 넘으면, 도금 부착 주변의 악화 및 도금 피막의 외관 불균일이 발생할 수 있다.

(4) 아황산염, 황산염 (전도염)

전도염으로서 이용하는 아황산염, 황산염으로서는 예를 들어, 아황산 나트륨, 아황산 칼륨, 피로 아황산 나트륨, 아황산 수소 나트륨 등의 아황산염; 황산 나트륨 등의 황산염을 들 수 있다. 그 중에서도, 아황산 나트륨과 황산 나트륨의 조합이 매우 바람직하다.

전해 도금욕에 있어서의 상기 아황산염 및 황산염의 배합량으로서는 본 발명의 목적을 손상시키지 않는 범위에서 바람직하게 설정할 수 있다. 이하의 배합량으로 하는 것이 바람직하다.

아황산염은, SO₃ ^2- 양으로서 통상 5~100g/L 로 하지만, 바람직하게는 10~8 0g/L, 특히 바람직하게는 20~60g/L 이다. 아황산염의 배합량이 5g/L 미만이면, 부착 주변 및 액 안정성이 악화되고, 도금욕이 분해되는 경우가 있다. 100g/L 을 넘으면, 한계 전류 밀도가 저하하고 번 도금이 되는 경우가 있다.

황산염은 SO₄ ^2-양으로서 통상 1~120g/L 로 하지만, 바람직하게는 1~60g/L, 특히 바람직하게는 1~40g/L 이다. 1g/L 미만이면 액 안정성이 악화되고, 도금욕이 분해되는 경우가 있다. 120g/L 을 넘으면 한계 전류 밀도가 저하되어 번 도금이 되는 경우가 있다.

(5) 완충제

완충제로서는 통상 전해 도금욕에 사용되는 것이면 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어 인산염, 붕산염 등 무기산염, 시트르산염, 프탈산염, 에틸디아민 4아세 트산염 등의 유기산 (카르복시산, 히드록시카르복시산) 염 등을 이용할 수 있다.

비시안계 전해 도금욕에 있어서의 완충제의 배합량으로서는, 통상 1~30g/L 로 하지만, 바람직하게는 2~15g/L, 특히 바람직하게는 2~10g/L 이다. 완충제는 배합량이 1g/L 미만이면 pH 가 저하됨으로써 액 안정성이 악화되고, 도금욕 성분의 분해되는 경우가 있다. 30g/L 을 넘으면 한계 전류 밀도가 저하되어 번 도금이 되는 경우가 있다.

비시안계 전해 도금욕으로는, 본 발명의 목적을 손상시키지 않는 범위에서 pH 조정제나 안정제 등을 바람직하게 사용해도 된다.

pH 조정제로서는 예를 들어, 산으로서 황산, 아황산수, 인산 등, 알칼리로서 수산화 나트륨, 수산화 칼륨, 암모니아수 등을 들 수 있다. 안정제로서는 중금속 (T1, Pb, As, 등) 이온 등을 들 수 있다.

또한, 비시안계 전해 도금욕의 pH 는 통상 7.0 이상으로 하지만, 바람직하게는 7.2~10.0 이다. 도금욕의 pH 가 7.0 미만에서는 현저하게 도금욕이 불안정하게 되어 도금욕이 분해되는 경우가 있다. 한편, pH 가 10.0 이상인 경우, 도금 소재의 마스크제인 노볼락 (novolak) 계 포지티브형 포토레지스트를 용해시켜 의도하는 패턴의 도금 피막을 형성할 수 없는 경우가 있다.

〔시안계 전해 도금욕〕

시안계 전해 도금욕으로서는 금원으로서의 시안화금 알칼리염 또는 시안화금 암모늄과 미량의 결정 조정제와 전도염과 완충제를 기본 조성으로 한다. 이 도금욕의 조성은 주지되어 있다.

(1) 시안화금 알칼리염, 시안화금 암모늄 (금원)

시안화금 알칼리염으로서는 공지된 시안화금 알칼리염을 제한하지 않고 사용할 수 있다. 예를 들어, 시안화금 칼륨, 시안화금 나트륨, 시안화금 암모늄 등을 들 수 있다. 이들은, 1종을 단독, 또는 2종 이상을 병용해도 된다.

본 발명에서 사용하는 시안계 전해 도금욕으로는 금원으로서 상기 서술한 시안화금 알칼리염 또는 시안화금 암모늄을 사용하지만, 그 배합량은, 금량으로서 통상 1~50g/L, 바람직하게는 8~15g/L 이다. 배합량이 1g/L 미만이면, 도금 피막 두께가 불균일하게 되는 경우가 발생한다. 50g/L 을 넘으면, 도금 피막 특성 등은 문제가 없으나, 비경제적이 된다.

(2) Tl 화합물, Pb 화합물, As 화합물 (결정 조정제)

결정 조정제의 배합량은 본 발명의 목적을 손상시키지 않는 범위에서 바람직하게 설정할 수 있으나, 금속 농도로서 통상 0.1~100mg/L, 바람직하게는 0.5~50mg/L, 특히 바람직하게는 3~25mg/L 이다. 결정 조정제의 배합량이 0.1mg/L 미만인 경우, 도금 부착 주변, 도금욕 안정성 및 내구성이 악화되어 도금욕의 구성 성분이 분해하는 경우가 있다. 100mg/L 을 넘으면, 도금 부착 주변의 악화 및 도금 피막의 외관 불균일이 생기는 경우가 있다.

(3) 무기산염, 유기산염 (전도염)

전도염으로서 이용하는 무기산염은 예를 들어, 인산염, 붕산염 등을 들 수 있다. 유기산염으로서는, 시트르산염, 옥살산염 등을 들 수 있다.

전해 도금욕에 있어서의 무기산염 또는 유기산염의 배합량은 본 발명의 목적을 손상시키지 않는 범위에서 바람직하게 설정할 수 있고, 이하의 배합량으로 하는 것이 바람직하다.

무기산염의 배합량은 통상 50~250g/L 로 하지만, 바람직하게는 100~200g/L 이다. 배합량이 50g/L 미만이면, 부착 주변 및 액 안정성이 악화되어 도금욕이 분해되는 경우가 있고, 250g/L 을 넘으면, 한계 전류 밀도가 저하되어 번 도금이 되는 경우가 있다.

유기산염의 배합량은, 통상 50~250g/L 로 하지만, 바람직하게는 100~200g/L 이다. 50g/L 미만이면 액 안정성이 악화되어 도금욕이 분해되는 경우가 있고, 250g/L 을 넘으면 한계 전류 밀도가 저하되어 번 도금이 되는 경우가 있다.

(4) 완충제

완충제는 통상 전해 도금욕에 사용되는 것이면 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 인산염, 붕산염 등 무기산염, 시트르산염, 프탈산염, 에틸렌 디아민4아세트산염 등의 유기산 (카르복시산, 히드록시카르복시산) 염 등을 이용할 수 있다.

완충제의 배합량으로서는, 통상 1~30g/L 로 하지만, 바람직하게는 2~15g/L, 특히 바람직하게는 2~10g/L 이다. 완충제는 배합량이 1g/L 미만이면 pH 가 저 하됨으로써 액 안정성이 악화되고, 도금욕 성분의 분해되는 경우가 있고, 30g/L 을 넘으면 한계 전류 밀도가 저하되어 번 도금이 되는 경우가 있다.

시안계 전해 도금욕에는 본 발명의 목적을 손상시키지 않는 범위에서 pH 조정제나 안정제 등을 바람직하게 사용해도 된다.

pH 조정제는 예를 들어, 산으로서 황산, 인산 등의 무기산이나 시트르산, 옥살산 등의 유기산, 알칼리로서 수산화 나트륨, 수산화 칼륨, 암모니아수 등을 들 수 있다. 안정제로서는 중금속 (T1, Pb, As 등) 이온 등을 들 수 있다.

또한, 시안계 전해 도금욕의 pH 는 통상 3.0 이상으로 하지만, 바람직하게는 4.0~7.0 이다.

본 발명의 금 범프 또는 금 배선의 형성 방법은 상기 서술한 비시안계 전해 도금욕, 또는 시안계 전해 도금욕을 사용하고, 이하에 기재된 공정 1, 공정 2 에 의해 전해 도금을 실시한다.

공정 1 은 0.1A/㎠ 이하, 바람직하게는 0.01~0.05A/㎠ 의 저전류 밀도로 금 범프 또는 금 배선을 막 두께 0.1~5㎛ 로 형성하는 공정이다.

공정 2 는 0.3~1.2A/㎠ 의 전류 밀도로 목적으로 하는 원하는 두께까지 금 범프 또는 금 배선을 형성하는 공정이다.

공정 1 은 도금 피막의 막 두께가 0.1~5㎛, 바람직하게는 0.5~3㎛, 보다 바람직하게는 1~2㎛ 가 될 때까지 실시하면 된다. 공정 1 에서 형성하는 도금 막 두께는 패시베이션 단차의 크기나 기초 금속 상태, 처리 상태에 의해 상기 서술한 범위내에서 바람직하게 선택하면 된다.

도금 개시부터 종료까지의 동안에 전류 밀도를 0.1A/㎠ 이하로 하는 공정 1 의 횟수는 1회 이상이면 충분하다.

공정 2 는 공정 1 과 마찬가지로, 1회 이상으로 복수회로 분리해서 실시해도 된다.

본 발명에 있어서의 전해 도금은 공정 1 과 공정 2 를 적어도 1회씩 교대로 실시하지만, 그 순서는 어느 쪽이 먼저이어도 된다.

도금 개시부터 도금 종료까지 복수회에 걸쳐 공정 1 에 의해 도금을 실시하는 경우에는, 각 회의 전류 밀도는 그 각각의 도금 시, 양산 시의 스루풋 (throughput) 을 손상시키지 않는 한 상기 서술한 범위내이면 특별히 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 1회째의 공정 1 의 전류 밀도가 0.02A/d㎡, 2번째의 공정 1 의 전류 밀도가 0.05A/d㎡ 와 같이 바꾸어도 상관없다.

패시베이션 단차가 0.5㎛ 이하인 경우, 상기 서술한 금 도금욕을 이용하여 공정 1 에 의해 금 피막을 형성하면, 피막 상 표면이 반대로 볼록한 형상이 되어 접합상 문제가 되는 경우를 생각할 수 있다. 한편, 패시베이션 단차가 3㎛ 를 초과하는 경우, 공정 1 에서 형성된 금 피막 막 두께가 1㎛ 이하이면 도금 피막 상 표면의 단차가 1㎛ 를 밑돌지 않고 도금 후이어도 단차가 충분히 해소되지 않는 경우가 있다.

또, 공정 1 의 전류 밀도가 극단적으로 낮거나 또는 공정 1 에 의한 금 피막 막 두께의 합계가 두껍고, 도금욕 온도를 높게 설정했을 경우에는, 금 피막 표면의 그레인 (grain) 이 지나치게 조대화되는 경우가 있다.

금 범프, 금 배선을 형성할 때의 도금욕 온도는 통상 40~65℃ 로 하지만, 바람직하게는 45~60℃ 이다.

도금욕 온도가 40~65℃ 의 범위를 벗어나면, 도금 피막이 석출하기 어려운 경우나, 패시베이션 단차의 해소가 불충분하게 되는 경우, 또한, 도금 피막 외관이 이상한 경우, 도금욕이 불안정하게 되어 분해되고, 도금욕에 침전이 생기는 경우가 있다.

본 발명에 의해 금 범프 또는 금 배선용 도금 피막을 형성할 때, 특히 효율적으로 패시베이션 단차를 해소하고 금 범프 또는 금 배선의 단차를 1㎛ 이하로 하기 위해서는, 도금욕 온도를 50~60℃ 정도로 설정하고, 공정 1 에서 베이스가 되는 금 피막을 형성한 후, 공정 2 에 의해 금 피막을 형성하는 것이 매우 바람직하다.

또한, 공정 1, 공정 2 에 의한 도금 두께의 합계는 1~30㎛, 특히 1~25㎛ 가 매우 바람직하다.

본 발명은 소지(素地) 가 메탈라이즈 되어 도통될 수 있는 웨이퍼이면 피도금물을 선택하지 않는데, 예를 들어 노볼락계 포지티브형 포토레지스트, 아크릴계 네가티브형 포지티브 레지스트 등을 사용하고 패터닝된 실리콘 웨이퍼 상의 범프 형성이나, Ga/As 웨이퍼 등 화합물 웨이퍼 상의 배선 형성에 특히 매우 적합하게 적용할 수 있다.

실시예

실시예 1~12, 비교예 1~4

표 1~3 에 나타낸 배합에서 비시안계 전해 도금욕 또는 시안계 전해 도금욕 을 조정했다. 각 원료의 배합 농도의 단위는 특별한 언급이 없는 한 g/L 이다. 각 도금욕을 사용하고, 공정 A~E 또는 F~K 의 순서대로, 각 공정에 기재된 전류 밀도로, 표 중에 기재된 막 두께가 될 때까지 전해 도금을 실시했다.

피도금물로서 노볼락계 포지티브형 포토레지스트로 패터닝된 범프 개구부를 갖는 실리콘 웨이퍼 (소지 단면 조성은 금 스퍼터막/TiW/SiO₂) 를 이용했다. 그 단면도를 도 2(a) 에 나타낸다. 도 2 중, 21 은 포토레지스트, 23 은 금 스퍼터막, 25 는 패시베이션막 (TiW), 27 은 실리콘 웨이퍼, 29 는 Al 전극이다. 조정된 비시안계 전해 도금욕 또는 시안계 전해 도금욕 1L 중에 피도금물을 침지하고, 통전을 실시함으로써 15㎛ 의 막 두께를 갖는 도금 피막을 형성했다.

소정 막 두께를 갖는 도금 피막을 형성한 후, 얻어진 피막 표면의 단차의 정도, 도금욕 안정성, 도금 피막 외관, 피막 경도 (미열처리 및 300℃ 30분 열처리 후), Au 스퍼터막의 요오드계 에천트 (etchant) 에 의한 에칭성에 대해 하기 방법 및 기준으로 평가를 실시했다. 결과를 표 1~3 에 합쳐서 나타낸다.

〔범프 피막 표면의 단차의 정도〕

도 2(A) 에 나타낸 바와 같이 노볼락계 포지티브형 포토레지스트 (21) 를 이용하여 패터닝한 범프 패턴의 패시베이션 단차 a 를 촉침식 프로파일러를 이용하여 측정한 결과, 1.5㎛ 였다.

비시안계 또는 시안계 전해 도금욕을 이용하여 금 범프 형성한 후, 노볼락계 포지티브형 포토레지스트를 전용 용제인 메틸에틸케톤으로 용해했다. 도금 후 의 웨이퍼의 단면도를 도 2(B) 에 나타낸다. 범프 (31) 의 에지부의 최대 높이치와 중앙의 최소 높이치의 차이 b 를 도금 후 단차 (㎛) 로 보고, 촉침식 프로파일러를 이용하여 단차를 계측했다. 또한, 통상 범프에 요구되는 특성으로서의 단차는 1㎛ 이하이다.

〔금 도금욕의 안정성〕

피도금물에 표 1~3 의 도금 조건으로 도금을 실시한 후의 도금욕의 상태를 관찰하고, 하기 기준으로 평가했다.

분해 : 도금액이 분해되었다.

× : 도금욕 중에 금의 침전이 육안으로 알 수 있는 레벨로 관찰되었다.

△ : 도금욕 중에 금의 침전이 겨우 인정되었다. 0.2㎛ 멤브레인 필터로 여과하여 관찰할 수 있는 레벨.

○ : 도금욕 중에 금의 침전은 관찰되지 않았다.

〔도금 피막 외관〕

피도금물 상에 도금된 금 범프의 표면 피막 외관을 관찰하고, 하기 기준으로 평가했다.

× : 색조가 붉고, 덴드라이트 (dendrite) 형상 석출이 보이고, 불균일이 인정되고, 또는 번 도금이 발생하고 있다.

△ : 이상 석출은 없지만, 광택을 발하는 외관이다.

○ : 색조가 레몬 옐로우로 무광택 또는 반광택의 균일한 외관이다.

〔도금 피막 경도 (비커스 경도;Hv)〕

피도금물 상에 형성된 특정 코너 범프 부위를 이용하고 그 피막 경도 (미열 처리 및 300℃ 로 30분 열처리 후) 를, 비커스 경도계로 측정했다. 통상 범프 도금 용도로서 요구되는 특성으로서는, 아닐 후의 피막 경도가 60Hv 이하이다. 또한 측정 조건은, 측정 압자를 25gf 하중에서 10초 유지하는 조건에 의했다.

〔Au 도금 범프의 요오드계 에천트에 의한 에칭성〕

피도금물을, 상온으로 충분히 교반된 요오드계 에천트 중에 90초 침지한 후, 알코올계 린스액으로 세척하고, 에탄올 분무하여 드라이어로 건조시켰다.

그 후, 금속 현미경으로 50~150배의 배율로 피도금물 상에 형성된 전체 범프의 표면 상태를 관찰하고, 하기 기준으로 평가했다.

× : 50% 이상의 범프의 표면에 불균일이 관찰된다.

△ : 일부의 한정된 영역의 범프의 표면에 불균일이 관찰된다.

○ : 피도금물 상의 전체 범프의 표면에 불균일이 관찰되지 않는다.

〔종합 평가〕

상기 각 평가 결과로부터, 하기 평가 기준으로 평가했다.

× : 형성된 도금 피막 (금 범프) 및 도금 처리 후의 금 도금욕에 관한 상기 평가 결과에, 바람직하지 않은 결과가 포함되었다.

△ : 형성된 도금 피막 (금 범프) 및 도금 처리 후의 금 도금욕에 관한 상기 평가 결과가 모두 양호한 결과였지만, 경제성을 생각하면 양호하다고 판단할 수 없다고 생각되는 경우.

○ : 형성된 도금 피막 (금 범프) 및 도금 처리 후의 금 도금욕에 관한 상기 평가 결과가 모두 양호한 결과였다.

본 발명에 의하면, 비시안계 또는 시안계 전해 도금욕을 이용하여 소정의 막 두께가 형성될 때까지 소정의 전류 밀도로 전해 도금을 실시하므로, 웨이퍼에 형성된 하지 (패시베이션막) 의 불균일한 막 두께에 기인하는 금 범프 및 금 배선의 단차를 1㎛ 이하로 억제하는 것이 가능하다.

본 발명에 의해 형성된 금 범프, 금 배선 자체는 균일하고 또한 치밀하고 양호한 외관 특성과 피막 경도나 쉐어 강도 특성을 지닌 도금 피막을 제공할 수 있다.

Claims

금원으로서의 아황산금 알칼리염 또는 아황산금 암모늄과, 스태빌라이저로서의 수용성 아민과, 결정 조정제와, 전도염으로서의 아황산염 및 황산염과, 완충제를 함유하는 비시안계 전해 도금욕을 이용하여 패터닝된 웨이퍼 상에 전해 도금을 실시하는 금 범프 또는 금 배선의 형성 방법으로서,

웨이퍼 상에 0.1A/d㎡ 이하의 전류 밀도로 전해 도금을 1회 이상 실시하는 공정 1 과, 0.3~1.2A/d㎡ 의 전류 밀도로 전해 도금을 1회 이상 실시하는 공정 2 로 이루어지고, 공정 1 의 합계 도금 두께가 0.1~5㎛ 이고, 공정 1 과 공정 2 의 합계 도금 두께가 1 ~ 30 ㎛ 가 되도록 웨이퍼 상에 도금을 실시하는 것을 특징으로 하는 금 범프 또는 금 배선의 형성 방법.
금원으로서의 시안화금 알칼리염 또는 시안화금 암모늄과, 결정 조정제와 전도염으로서의 무기산염 또는 유기산염과, 완충제를 함유하는 시안계 전해 도금욕을 이용하여 패터닝된 웨이퍼 상에 전해 도금을 실시하는 금 범프 또는 금 배선의 형성 방법으로서,

웨이퍼 상에 대한 전해 도금이 0.1A/d㎡ 이하의 전류 밀도로 전해 도금을 1회 이상 실시하는 공정 1 과, 공정 1 을 실시한 후에 0.3~1.2A/d㎡ 의 전류 밀도로 전해 도금을 1회 이상 실시하는 공정 2 로 이루어지고, 공정 1 의 합계 도금 두께가 0.1~5㎛ 이고, 공정 1 과 공정 2 의 합계 도금 두께가 1 ~ 30 ㎛ 가 되도록 웨이퍼 상에 도금을 실시하는 것을 특징으로 하는 금 범프 또는 금 배선의 형성 방법.