KR101225253B1 - Silicone through via for bonding chips, chip and mounted chips comprising the same, and method for bonding mounted chips by electroplating - Google Patents
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Abstract
칩 접합을 위한 실리콘 기판 관통 비아, 이를 포함하는 칩, 적층 칩 및 전기도금을 이용한 적층 칩 접합방법이 제공된다.
본 발명에 따른 칩 접합을 위한 실리콘 기판 관통 비아는 상기 칩을 관통하는 실리콘 관통 비아 홀 내부를 채우는 금속부; 상기 금속부와 연결되며, 상기 실리콘 관통 비아 홀 위로 적층된 금속패드; 및 상기 금속부와 연결되며, 상기 실리콘 관통 비아 홀 아래로 소정 높이만큼 상기 칩으로부터 돌출하는 금속범프를 포함하며, 여기에서 상기 금속패드 또는 금속범프는 다른 칩의 금속범프 또는 금속패드와 접촉된 후, 전기도금되며, 본 발명은 전기도금을 이용, TSV가 형성된 복수 적층 칩의 접촉부위를 동시에 접합할 수 있기 때문에 가공 공정이 단순하고 생산성이 높은 장점이 있다. Provided is a silicon substrate through via for chip bonding, a chip comprising the same, a stacked chip, and a stacked chip bonding method using electroplating.
The silicon substrate through via for chip bonding according to the present invention may include a metal part filling the inside of the silicon through via hole penetrating the chip; A metal pad connected to the metal part and stacked on the silicon through via hole; And a metal bump connected to the metal part and protruding from the chip by a predetermined height under the silicon through via hole, wherein the metal pad or metal bump is in contact with the metal bump or metal pad of another chip. The present invention is advantageous in that the machining process is simple and the productivity is high because the present invention can simultaneously bond the contact portions of a plurality of stacked chips having TSVs using electroplating.
Description
본 발명은 칩 접합을 위한 실리콘 기판 관통 비아, 이를 포함하는 칩, 적층 칩 및 전기도금을 이용한 적층 칩 접합방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 접합되는 칩으로부터 소정 높이로 노출된 금속 범프를 이용한 전기도금에 의하여 저온으로 복수의 칩 접합을 동시에 진행할 수 있는, 칩 접합을 위한 실리콘 기판 관통 비아, 이를 포함하는 칩, 적층 칩 및 전기도금을 이용한 적층 칩 접합방법에 관한 것이다.The present invention relates to a silicon chip through via for chip bonding, a chip comprising the same, a laminated chip and a method of laminated chip bonding using an electroplating method, and more particularly, an electric using a metal bump exposed to a predetermined height from a chip to be bonded. The present invention relates to a through-silicon substrate through via for chip bonding, a chip including the same, a laminated chip, and an electroplating method, which can simultaneously proceed a plurality of chip bonding at a low temperature by plating.
최근 전자제품의 소형화와 고성능화 추세에 따라 반도체 칩의 집적밀도가 높아지고 있으며, 이와 같은 추세를 만족시키기 위하여 복수의 칩을 높이 방향으로 적층시킨 3차원 형상인 적층 칩을 사용하고 있다. 적층 칩을 제조하기 위한 다양한 방법들이 제안되었으며, 이중에서 실리콘 관통 비아(TSV)를 이용한 방법을 사용하면 적층 칩의 크기를 최소화하고 신호선의 길이를 단축시키는 장점이 있다. 실리콘 관통 비아(TSV)는 실리콘 칩을 두께 방향으로 관통하는 구멍(홀)에 금속등을 적층한 구조체로서, 종래 기술에서는 상기 홀을 가공하고, 관통 구멍의 내면에 얇은 절연층과 금속 시드(seed)층을 형성하고, 금속 시드층에 구리 또는 주석과 같은 전도성 금속으로 채워진 형상이다. 적층 칩을 제조하기 위하여 TSV가 가공된 복수의 칩을 높이 방향으로 정렬하고, 상부 칩과 하부 칩의 TSV를 접합하여 적층을 제조한다. Recently, as the miniaturization and high performance of electronic products have increased, the integration density of semiconductor chips has increased, and in order to satisfy such a trend, stacked chips having a three-dimensional shape in which a plurality of chips are stacked in a height direction are used. Various methods for manufacturing a stacked chip have been proposed, and a method using a silicon through via (TSV) among them has an advantage of minimizing the size of the stacked chip and shortening the length of the signal line. The silicon through via (TSV) is a structure in which a metal or the like is laminated in a hole (hole) penetrating a silicon chip in a thickness direction. In the prior art, the hole is processed, and a thin insulating layer and a metal seed are formed on an inner surface of the through hole. Layer) and the metal seed layer is filled with a conductive metal such as copper or tin. In order to manufacture a stacked chip, a plurality of chips processed by TSV are aligned in a height direction, and a stack is manufactured by joining TSVs of an upper chip and a lower chip.
적층 칩의 접합 방법에 관한 다수의 특허와 연구논문이 발표되었으며, 주로 솔더링이나 열압착 접합 방법을 이용하고 있다. 대한민국특허 10-2008-0086206호의 “반도체 패키지 및 그의 제조방법”에서는 비아홀이 형성된 웨이퍼에 감광성 도전막을 이용하여 관통 전극을 만들고 칩을 적층 후 열을 가하여 관통 전극을 경화시켜 접합하는 방법을 제시하였고, 대한민국특허 제10-2007-0063181호의 “스택 패키지 및 그의 제조 방법”에서는 칩에 TSV를 형성하고 적층된 칩의 TSV를 솔더 페이스트로 접합하는 방법을 제시하였으며, 대한민국특허 제10-2006-0025054호의 “스택 패키지”와 대한민국특허 제10-2005-0062752호의 “리플로우 솔더를 이용한 3차원 칩 적층방법”에서는 칩 또는 기판에 솔더를 형성하고 적층한 상태에서 솔더를 용융시켜 적층 칩을 제조하는 방법을 제시하였다. 대한민국특허 제10-2006-0001150호의 “멀티 스택 패키지 및 이의 제조 방법”에서는 적층 칩에 금(Au) 범프를 형성하고 압력을 가하여 접합부를 만드는 열압착 방법을 제시하였다. 대한민국특허 제10-2008-0068334호 “주석 비아 또는 솔더 비아와 이의 접속부를 구비한 칩 스택패키지 및 그 제조방법”에서는 주석 또는 구리로 채워진 TSV를 솔더링하여 접속부를 형성하는 방법을 제시하였다. 또한, TSV를 접합하기 위한 방법으로 연구논문인 (“TSV를 이용한 3D 패키징 공정 및 장비기술”, 한국정밀공학회지, 26권, 12호, 2009)에서는 Cu-Cu 의 열압착 접합방법 또는 Cu-Sn-Cu의 솔더링 접합방법을 설명하고 있다. 상기의 특허와 연구논문에서 기술된 적층 칩의 접합 방법은 솔더링이나 열압착 방법으로서, 이와 같은 방법을 사용하면 접합 온도가 높거나 과도한 힘을 가하기 때문에 칩에 손상이 발생할 수 있다는 단점이 있다.A number of patents and research papers have been published on the method of joining a multilayer chip, mainly using soldering or thermocompression bonding. In Korean Patent No. 10-2008-0086206, “Semiconductor package and manufacturing method thereof”, a method of forming a through electrode using a photosensitive conductive film on a wafer on which a via hole is formed, stacking chips, and applying heat to cure the through electrode is bonded. In "Stack Package and Manufacturing Method" of Korean Patent No. 10-2007-0063181, a method of forming a TSV on a chip and bonding the TSV of the stacked chip with a solder paste has been presented, and the Korean Patent No. 10-2006-0025054 Stack Package ”and Korean Patent No. 10-2005-0062752“ Three-dimensional Chip Lamination Method Using Reflow Solder ”propose a method of manufacturing a laminated chip by melting solder in a state in which solder is formed on a chip or a substrate and laminated. It was. Korean Patent No. 10-2006-0001150 "Multi-stack package and a method of manufacturing the same" presented a thermocompression method for forming a gold bump (Au) bump on the laminated chip and making a joint by applying pressure. Korean Patent No. 10-2008-0068334 "Chip stack package having a tin via or solder via and a connection thereof and a manufacturing method thereof" has proposed a method of forming a connection by soldering a TSV filled with tin or copper. In addition, a research paper (“3D packaging process and equipment technology using TSV”, Korean Society of Precision Engineering, Vol. 26, No. 12, 2009) as a method for joining TSVs has been described in the thermocompression bonding method of Cu-Cu or Cu-Sn. Describes the soldering joining method of Cu. The bonding method of the laminated chip described in the above patents and research papers is a soldering or thermocompression method, and when such a method is used, damage to the chip may occur because the bonding temperature is high or excessive force is applied.
따라서, 이 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 전기도금 방식의 칩 접합 방법과 이를 위한 새로운 구조의 실리콘 관통 비아 구조를 제공하는 것이다. 이로써 금속 와이어와 금속판을 이용해 전기도금으로 복수의 적층 칩을 한번에 접합하여 생산성을 높이고, 저온에서 접합부를 형성하므로 신뢰성을 향상시키는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, to provide an electroplating chip bonding method and a silicon through via structure of a novel structure therefor. As a result, a plurality of laminated chips are bonded at one time by electroplating using a metal wire and a metal plate to increase productivity, and to form a joint at a low temperature, thereby improving reliability.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 칩 접합을 위한 실린더 형상의 실리콘 관통 비아(TSV)로서, 상기 칩을 관통하는 실리콘 관통 비아 홀 내부를 채우는 금속부;상기 금속부와 연결되며, 상기 실리콘 관통 비아 홀 위로 적층된 금속패드; 및 상기 금속부와 연결되며, 상기 실리콘 관통 비아 홀 아래로 소정 높이만큼 상기 칩으로부터 돌출하는 금속범프를 포함하며, 여기에서 상기 금속패드 또는 금속범프는 다른 칩의 금속범프 또는 금속패드와 접촉된 후, 전기도금되는 것을 특징으로 하는 적층 칩 접합을 위한 실리콘 관통 비아를 제공한다. In order to solve the above problems, the present invention provides a cylindrical silicon through via (TSV) for chip bonding, a metal portion filling the inside of the silicon through via hole penetrating the chip; is connected to the metal portion, the silicon through A metal pad stacked over the via hole; And a metal bump connected to the metal part and protruding from the chip by a predetermined height under the silicon through via hole, wherein the metal pad or metal bump is in contact with the metal bump or metal pad of another chip. And through-silicon vias for laminated chip bonding, characterized in that they are electroplated.
본 발명의 일 실시예에서 상기 금속범프는 제 1항의 실리콘 관통 비아를 가지는 또 다른 기판의 금속패드와 접촉할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the metal bump may contact the metal pad of another substrate having the silicon through via of
본 발명의 일 실시예에서 상기 금속패드는 실리콘 관통 비아를 가지는 또 다른 기판의 금속범프와 접촉할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the metal pad may be in contact with a metal bump of another substrate having silicon through vias.
본 발명의 일 실시예에서 상기 금속패드는 상기 실리콘 관통 비아 홀 너비보다 크며, 상기 금속범프 단부는 원추형, 반구 또는 평탄한 형상이다.In one embodiment of the present invention, the metal pad is larger than the silicon through via hole width, and the metal bump end is conical, hemispherical or flat.
본 발명은 상기 또 다른 과제를 해결하기 위하여, 상술한 실리콘 관통 비아를 하나 이상 포함하는 칩을 제공한다. The present invention provides a chip including one or more silicon through vias as described above in order to solve the another problem.
본 발명은 또한 상술한 칩이 하나 이상 접합된 적층 칩으로서, 상기 접측 칩의 접합은 상기 칩에 구비된 실리콘 관통 비아를 통하여 서로 접촉하는 금속패드와 금속범프를 전기도금시키는 방식으로 수행된다. The present invention is also a laminated chip in which one or more of the above-described chips are bonded to each other, and the bonding of the contact chip is performed by electroplating metal pads and metal bumps which are in contact with each other through silicon through vias provided in the chips.
상기 또 다른 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 적층 칩 접합방법으로, 상기 방법은 상술한 실리콘 관통 비아를 포함하는 복수 개의 칩을 적층하여, 칩의 실리콘 관통 비아를 서로 접촉시키는 단계; 서로 접촉하는 상기 실리콘 관통 비아를 도금액 내에서 전기도금하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 칩 접합방법을 제공한다. In order to solve the above another object, the present invention is a laminated chip bonding method, the method comprises the steps of stacking a plurality of chips including the silicon through vias described above, contacting the silicon through vias of the chip with each other; It provides a laminated chip bonding method comprising the step of electroplating the silicon through vias in contact with each other in a plating solution.
본 발명의 일 실시예에서 상기 전기도금은 상기 칩 측면과 평행한 복수 개의 금속판 및 상기 칩을 가로지르는 복수 개의 금속 와이어에 공통으로 연결된 직류전원의 양극과 상기 실리콘 관통 비아와 연결된 직류전원의 음극에 전류를 흘리는 방식으로 수행된다. In an embodiment of the present invention, the electroplating may be performed on a cathode of a DC power source commonly connected to a plurality of metal plates parallel to the side of the chip and a plurality of metal wires across the chip and a cathode of a DC power source connected to the silicon through via. It is carried out in a manner of flowing a current.
본 발명의 일 실시예에서 상기 복수 개의 금속 와이어는 서로 수직으로 교차하며, 상기 복수 개의 금속판과 금속 와이어는 4개이다. In one embodiment of the present invention, the plurality of metal wires cross each other perpendicularly, and the plurality of metal plates and metal wires are four.
본 발명의 일 실시예에서 상기 금속 와이어는 상기 칩에서 실리콘 관통 비아가 형성된 제 1 영역에서는 절연물질이 피복되며, 실리콘 관통 비아가 형성되지 않은 제 2 영역에서는 절연물질이 피복되지 않는다 In one embodiment of the present invention, the metal wire is coated with an insulating material in the first region where the silicon through via is formed in the chip, and is not coated with the insulating material in the second region where the silicon through via is not formed.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 방법은 전기 도금 후 상기 금속 와이어는 물리적으로 제거되는 단계를 더 포함하며, 상기 금속판과 금속 와이어는 구리(Cu), 금(Au), 은(Ag), 니켈(Ni), 주석(Sn), 납(Pb)으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 재료로 이루어진다. In one embodiment of the invention, the method further comprises the step of physically removing the metal wire after electroplating, the metal plate and the metal wire is copper (Cu), gold (Au), silver (Ag), nickel (Ni), tin (Sn), and lead (Pb).
본 발명의 일 실시예에서 상기 실리콘 관통 비아는 칩의 외곽영역에 형성되며, 상기 금속 와이어는 실리콘 관통 비아가 형성되지 않은 칩의 중심영역에는 내부의 금속물질이 외부로 노출된다. In an embodiment of the present invention, the through-silicon vias are formed in the outer region of the chip, and the metal wires are exposed to the outside in the central region of the chip where the through-silicon vias are not formed.
상기 또 다른 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 상술한 방법에 의하여 접합된 적층 칩을 제공한다.
In order to solve the above another problem, the present invention provides a laminated chip bonded by the above-described method.
본 발명은 전기도금을 이용, TSV가 형성된 복수 적층 칩의 접촉부위를 동시에 접합할 수 있기 때문에 가공 공정이 단순하고 생산성이 높은 장점이 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 적층 칩 접합 방법은 칩의 중앙까지 연장된 복수 개의 금속 와이어와 금속판을 양극으로 사용하여 전기도금을 하기 때문에 TSV가 칩의 중앙에 배치된 경우에도 도금을 균일하게 할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에서 상기 금속 와이어는 칩의 중앙부분에만 노출되어 있고 TSV가 형성되어 있는 외곽영역에서는 절연물질로 피복이 되어 있기 때문에 TSV의 범프 등과 금속 와이어가 접촉되어도 무방하다는 장점과 함께 전기도금으로 금속 접합부를 형성하고 난 이후에도 금속 와이어 제거가 용이하다는 장점이 있다. 더 나아가 저온에서 도금에 의해 접합부를 형성하기 때문에 잔류응력과 변형이 발생하지 않기 때문에 신뢰성이 높은 접합부를 형성할 수 있는 장점이 있으며, 전기도금으로 금속 접합부를 형성하기 때문에 전기 전도도와 접합 강도가 높다는 장점이 있다.
According to the present invention, since the contact portions of a plurality of stacked chips having TSVs can be simultaneously bonded using electroplating, the machining process is simple and the productivity is high. In addition, the stacked chip bonding method according to an embodiment of the present invention uses the plurality of metal wires and the metal plate extended to the center of the chip as an anode to perform electroplating, so that plating is uniform even when the TSV is disposed at the center of the chip. The advantage is that it can be done. In addition, in one embodiment of the present invention, since the metal wire is exposed only to the center portion of the chip and is covered with an insulating material in the outer region where the TSV is formed, the metal wire may be in contact with the bump or the like of the TSV. After forming the metal joint with the electroplating together, there is an advantage that the metal wire is easy to remove. Furthermore, since the joint is formed at low temperature by the plating, there is an advantage that a reliable joint can be formed because residual stress and deformation do not occur. Also, since the metal joint is formed by electroplating, the electrical conductivity and the bond strength are high. There is an advantage.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 칩간 접합을 위한 TSV구조를 설명하는 도면이다.
도 2a 및 2b는 각각 도 1의 TSV를 포함하는 칩 구조를 설명하기 위한 사시단면도 및 평면도이다.
도 3a 내지 3d는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기도금 방법으로 적층 칩의 TSV를 접합하는 방법을 설명하는 단계별 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기도금 방법에 있어서, 직류전원에 연결되는 금속판과 금속 와이어로 이루어진 양극 구조를 설명하는 평면도이다.
도 5는 적층 칩의 접합을 위한 전기도금 장치를 설명하기 위한 개략도이다. 1 is a view illustrating a TSV structure for chip-to-chip bonding according to an embodiment of the present invention.
2A and 2B are respectively a perspective cross-sectional view and a plan view for explaining the chip structure including the TSV of FIG.
3A to 3D are step-by-step schematic diagrams illustrating a method of bonding a TSV of a stacked chip by an electroplating method according to an embodiment of the present invention.
4 is a plan view illustrating an anode structure including a metal plate and a metal wire connected to a DC power source in the electroplating method according to an embodiment of the present invention.
5 is a schematic view for explaining an electroplating apparatus for bonding a stacked chip.
이하, 본 발명을 도면을 참조하여 상세하게 설명하고자 한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 이하 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있으며, 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타내며, DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will now be described in detail with reference to the drawings. The following embodiments are provided as examples to ensure that the spirit of the present invention can be fully conveyed to those skilled in the art. Therefore, the present invention is not limited to the embodiments described below, but may be embodied in other forms. And in the drawings, the width, length, thickness, etc. of the components may be exaggerated for convenience, the same reference numerals throughout the specification represent the same components,
본 발명은 상술한 적층 칩 접합을 위한 종래 기술의 문제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 실리콘 관통 비아(Though Silicon Via, 이하 TSV)는 실리콘 칩을 관통하는 실리더 구조의 구멍(홀)에 금속이 채워진 구조를 기본구조로 하며, 본 발명에 따른 TSV는 홀 내부를 채우는 상기 금속 상부에는 소정 너비를 가지는 금속패드가, 그 하부에는 칩으로부터 소정 높이만큼 돌출된 금속부재인 금속범프를 더 포함한다. 본 발명에 따른 상기 구조의 실리콘 관통 비아는 적층된 칩 사이의 접합을 위한 접합수단으로 기능한다. The present invention, in order to solve the above-mentioned problems of the prior art for laminated chip bonding, the through silicon via (TSV) according to the present invention is a metal (hole) of the cylinder structure through the silicon chip The filled structure is a basic structure, and the TSV according to the present invention further includes a metal pad having a predetermined width on the upper portion of the metal filling the inside of the hole, and a metal bump below the metal pad protruding from the chip by a predetermined height. . The silicon through via of the above structure according to the present invention functions as a bonding means for bonding between stacked chips.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 칩간 접합을 위한 TSV구조를 설명하는 도면이다.1 is a view illustrating a TSV structure for chip-to-chip bonding according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 먼저 칩(100)의 두께방향으로 관통하는 중공 실린더 형상의 구멍인 TSV(170)에는 절연층(120)과 금속 시드층(130)이 순차적으로 적층되어 있어 있으며, 상기 금속시드층(130) 사이에는 높은 전기전도도의 금속물질, 예를 들면 구리와 같은 금속물질로 이루어진 금속부(140)가 채워진다. 또한, 상기 TSV(170)의 상부에는 금속패드(150)가 형성되고, TSV 하부에는 상기 칩(100)높이로부터 소정 높이만큼 돌출된 금속부분인 금속범프(160)가 형성된다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 금속범프(160) 및 금속패드(150)는 동일한 금속물질로 이루어지는 것이 바람직하나, 본 발명의 범위는 이에 제한되지 않는다. 또한 상기 금속패드(150)는 또 다른 칩의 금속범프와 접촉하여 전기도금에 의하여 칩간 접합이 이루어지므로, 상기 TSV의 홀 너비보다 소정 길이만큼 넓은 너비를 갖는 것이 바람직하며, 이로써 접합 시 칩 사이의 정렬이 보다 용이해진다. Referring to FIG. 1, first, the
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 TSV에서 칩으로부터 소정 높이만큼 돌출된 금속부분인 금속범프(160)의 단부 형상은 볼록한 반구 또는 평면형상일 수 있으나, 바람직하게는 원추형 형상(160)이다. 이로서, 다른 칩의 금속패드와 접촉한 후, 전기 도금을 하는 경우, 내부에 기공이 없는 금속 접합부를 형성할 수 있는 장점이 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 에칭(etching) 방법을 사용, TSV의 금속 범프(160)의 단부형상을 원추 형상이나 반구 형상으로 용이하게 가공하였다. In addition, the end shape of the
도 2a 및 2b는 각각 도 1의 TSV를 포함하는 칩 구조를 설명하기 위한 사시단면도 및 평면도이다.2A and 2B are respectively a perspective cross-sectional view and a plan view for explaining the chip structure including the TSV of FIG.
칩의 사시단면도인 도 2a를 참조하면, 도 1에서 설명한 TSV가 복수 개 형성된 칩(100)이 개시되며, TSV(170)는 상부의 금속패드(150) 및 소정 높이만큼 칩으로부터 돌출된 하부의 금속범프(160)를 포함한다.Referring to FIG. 2A, which is a perspective cross-sectional view of a chip, a
도 2b를 참조하면, 금속패드(150)가 상부에 형성된 TSV가 칩의 외곽측면을 따라 이중으로 배열된다. 하지만, 본 발명의 범위는 도 2b에 도시된 형태에 국한되지 않는다. Referring to FIG. 2B, the TSV having the
도 3a 내지 3d는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기도금 방법으로 적층 칩의 TSV를 접합하는 방법을 설명하는 단계별 개략도이다. 하기 도면을 통하여서는 두 개의 적층 칩 접합을 설명하나, 본 발명의 범위는 이에 제한되지 않으며, 2개 이상의 칩이 적층된 복층 구조의 칩 접합에 있어서도, 본 발명이 적용될 수 있다. 3A to 3D are step-by-step schematic diagrams illustrating a method of bonding a TSV of a stacked chip by an electroplating method according to an embodiment of the present invention. Although two stacked chip junctions will be described with reference to the following drawings, the scope of the present invention is not limited thereto, and the present invention may also be applied to a chip junction having a multilayer structure in which two or more chips are stacked.
도 3a를 참조하면, TSV가 형성 된 하부 칩(200)의 TSV 금속 패드(220)와 상부 칩(210)의 TSV 금속 범프(230)를 서로 정렬, 접촉시킨다. 이후 칩의 측면으로부터 이격되며, 상기 측면과 평행한 금속판(240)은 직류전원의 양극과 연결되고, 서로 접촉하는 TSV의 범프(230)와 패드(220)는 직류전원의 음극에 연결된다. 이후 도금액 내에서 상기 직류전원에 전류를 발생시킴으로써, 음극인 범프(230)와 패드(220)사이에는 금속층(250)이 도금되며, 이에 따라 하부 칩 TSV 접합부의 금속패드와 상부 칩 TSV 접합부의 금속범프 사이에는 또 다른 접합부가 형성된다. 그 결과 상기 도금되는 금속층(250)에 의하여 TSV가 서로 접촉하는 하부 칩(200)과 상부 칩(210)은 물리적으로 접합하게 된다. Referring to FIG. 3A, the
하지만, 본 발명자는 도 3a와 같이 양극을 단일 금속판(240)으로 사용하면 양극인 단일금속판(240)과 가까운 부분의 TSV에 도금되는 금속층(250)은 두꺼워지고 양극에서 멀리 떨어진 TSV의 도금층(260)의 두께는 크게 줄어들는 문제를 발견하였다. 따라서, 본 발명의 또 다른 일 실시예는 도 3b에서 도시한 바와 같이 단일 금속판 대신 칩 측면과 수평한 복수 개(도 3b에서는 사각 칩의 4측면을 따라 4개의 금속판을 사용함)의 금속판(240)을 사용, 전기도금을 하게 되며, 이로써 도 3a의 단일 금속판에 비해 전체적으로 도금되는 양이 균일해진다.However, when the anode is used as the
하지만, 도 3b에 따른 복수 금속판 구성의 경우에도, 금속판과 가까운 거리의 칩 가장자리와 먼 거리의 칩 중앙영역은 양극과의 거리차이로 인하여, 두께가 불균일해지는 문제가 발생하며, 이 경우, 칩 가장자리 TSV의 도금층(250) 두께는 중앙 영역의 TSV의 제 1 도금층(260) 두께에 비해 상대적으로 두꺼워지는 문제가 발생한다. 따라서 칩 중앙에 배열된 TSV 도금층(260) 두께를 증가시키기 위해 본 발명의 또 다른 일 실시예는 칩 측면 외곽의 복수 개 금속판 이외에 칩의 중앙까지 연장되는 금속 와이어를 사용하며, 이하 이를 상세히 설명한다.However, even in the case of the multi-metal plate configuration according to FIG. 3B, a problem arises in that the thickness of the chip edge close to the metal plate and the chip center region far away from the metal plate are non-uniform due to the distance difference between the anode and the chip edge. The thickness of the
도 3c및 3d를 참조하면, 칩(200) 측면에는 복수 개의 전극인 금속판(240)이 구비되며, 사각형상인 칩 측면에서 서로 대향한다. 하지만, 본 실시예에서는 상기 금속판(240) 이외에 상기 하부 칩(200)을 가로지르며, 서로 수직 교차하는 복수 개의 금속 와이어(270)를 양극 구조의 일 요소로 제안한다. 즉, 상기 금속 와이어(270)는 금속판(240)과 함께 직류 전원의 양극에 연결되고, 전기도금이 진행된다. 본 발명의 일 실시예에서는 4개의 금속판(240)과 상기 하부 칩(200) 위의 4개의 금속 와이어(270)를 직류전원의 양극에 연결시켜, 전기도금을 진행하나, 본 발명의 범위는 이에 제한되지 않는다. 3C and 3D, a
본 발명이 일 실시예에 따르면, 직류전원의 양극과 연결되는 금속판(240)과 금속 와이어(270)는 서로 분리되거나, 또는 서로 연결될 수 있으며, 어떤 경우에도 직류전원의 양극과 공통으로 연결된다. 또한, 상기 금속 와이어(270)는 칩 측면에 구비된 양극인 4개의 금속판(240)과 동일한 재질인 것이 바람직하다.더 나아가, 본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 금속 와이어(270)에는 전체적으로 절연물질(280)이 피복되어 있으나, TSV가 형성되어 있지 않은 칩 영역에서는 내부의 금속 와이어가 외부로 노출된다. 여기에서 TSV 가 형성되어 있지 않은 칩 영역은 상부의 금속 와이어가 물리적으로 이동되어, TSV와 접촉할 가능성이 있는 소정 영역을 의미한다. 따라서, 절연물질(280)의 피복에 의하여 하부 칩 상의 금속 와이어는 TSV와 접촉되어도 무방하며, 도금이 완료된 후 칩 상의 금속와이어는 물리적인 방식, 예를 들면, 니퍼나 가위 등에 의하여 제거될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the
도 3d를 참조하면, 상부 칩(210)과 하부 칩(200)은 서로 적층되며, 적층된 두 칩은 각각의 TSV의 금속범프(230)과 금속패드(220)를 통하여 서로 접촉된다. 또한, 적층된 칩 측면에는 칩 가장자리와 평핸한 전극패드인 금속판(240)이 구비되며, 상기 하부 칩(200)상에는 서로 수직, 교차하는 복수 개의 금속와이어(270)가 구비된다. 또한 상기 금속와이어(270)의 절연피복 구성은 상술한 바와 같다. 이 경우, 본 발명에 따른 적층 칩 접합 방법은 도 3d와 같이 상부 칩(210)과 하부 칩(200)을 정렬시킨 후 각 칩의 TSV가 서로 접촉되도록 한다. 이후 하부 칩(200) 상에 구비되며, 서로 교차하는 4개의 금속 와이어(270)와, 칩 측면을 따라 평행한 4개의 금속판에 직류전원의 양극에 전류를 인가하여, 도금액 내에서 전기 도금을 진행하며, 전기도금에 따라 음극인 칩 중앙에 배열된 TSV의 접촉부위의 도금양 또한 증가하며, 이로써 TSV 전합부위는 칩 전체적으로 균일한 접합력을 얻게 된다.Referring to FIG. 3D, the
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기도금 방법에 있어서, 직류전원에 연결되는 금속판과 금속 와이어로 이루어진 양극 구조를 설명하는 평면도이다.4 is a plan view illustrating an anode structure including a metal plate and a metal wire connected to a DC power source in the electroplating method according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 칩(200) 상에 실리콘 기판을 관통하는 비아 홀인 TSV(170)가 사각 칩(200)의 가장자리를 따라 복수 개 구비된다. 상기 TSV(170)에는 도 1에서 도시한 바와 상부에 형성된 금속패드와 하부로 돌출된 금속범프가 형성된다. 상기 칩(200)위로 직류전원의 양극과 연결되는 금속 와이어(270)가 형성되는데, 여기에서 금속 와이어(270)는 TSV 가 형성된 칩 외곽의 제 1 영역(A, 즉, 금속 와이어 접촉가능영역)에서는 절연물질(280)로 피복된 상태이다. 하지만, TSV가 형성되지 않은 칩 중심의 제 2 영역(C, 금속 와이어 접촉불가능영역)에서의 금속 와이어(270)는 내부의 금속이 그대로 노출된 상태이다. 본 발명은 이러한 구성을 통하여 칩(200) 외곽과 중심에 동일한 거리의 양극이 구성되며, 칩 중심영역에서의 TSV 도금양과 외곽영역에서의 도금양을 균일하게 만든다. Referring to FIG. 4, a plurality of
도 5는 적층 칩의 접합을 위한 전기도금 장치를 설명하기 위한 개략도이다. 5 is a schematic view for explaining an electroplating apparatus for bonding a stacked chip.
도 5를 참조하면, 도금조(300)의 내부에 도금액인 전해액(310)이 채워져 있으며, 도 1에서 설명한 TSV(320)가 형성된 상부 칩(330)과 하부 칩(340)이 정렬되며, 두 칩의 TSV 는 서로 접촉된다. 본 발명에 따른 전기도금 장치에 따르면, 상기 내부 전해액(310)에 침지되는 적층 칩의 상부 칩(330)상에 설치되며, 상부 칩 TSV의 전극패드와 접촉하는 금속판(350)은 직류 전원(360)의 음극과 연결된다. 또한, 직류 전원(360)의 양극은 칩의 측면을 따라 평행하게 구성된 복수 개(예를 들면, 4개)의 또 다른 금속판(370) 및, 상기 칩(340)을 가로지르며, 수직으로 교차하는 복수 개(예를 들면4개)의 금속 와이어(380)와 연결되어 있다. 이후 전류가 도금액을 통해 흐르면서 TSV(320)의 상부 칩(330) TSV의 금속 범프와 하부 칩 TSV의 금속패드의 접촉부위에는 금속이 도금, 물리적인 접합부가 형성된다. Referring to FIG. 5, the
본 발명에서 상기 도금 금속판(370)과 와이어(380)의 재료로서 구리(Cu), 금(Au), 은(Ag), 니켈(Ni), 주석(Sn), 납(Pb) 등과 같은 금속 재료를 사용하여 접합부를 형성할 수 있으나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다.In the present invention, a metal material such as copper (Cu), gold (Au), silver (Ag), nickel (Ni), tin (Sn), and lead (Pb) as a material of the plated
이상에서 이 발명의 전기도금을 이용한 적층 칩의 접합방법에 대한 기술사항을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 이 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 이 발명을 한정하는 것은 아니다. In the above description, the technical details of the bonding method of the multilayer chip using the electroplating of the present invention have been described together with the accompanying drawings, but this is only illustrative of the best embodiment of the present invention and is not intended to limit the present invention.
또한, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 이 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않고 첨부한 특허 청구범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다. In addition, it is obvious that any person skilled in the art can make various modifications and imitations within the scope of the appended claims without departing from the scope of the technical idea of the present invention.
Claims (16)
칩 접합을 위한 실린더 형상의 실리콘 관통 비아(TSV)로서, 상기 칩을 관통하는 실리콘 관통 비아 홀 내부를 채우는 금속부; 상기 금속부와 연결되며, 상기 실리콘 관통 비아 홀 위로 적층된 금속패드; 및 상기 금속부와 연결되며, 상기 실리콘 관통 비아 홀 아래로 소정 높이만큼 상기 칩으로부터 돌출하는 금속범프를 포함하며, 여기에서 상기 금속패드 또는 금속범프는 다른 칩의 금속범프 또는 금속패드와 접촉된 후, 전기도금되는 것을 특징으로 하는 적층 칩 접합을 위한 실리콘 관통 비아를 포함하는 복수 개의 칩을 적층하여, 상기 칩의 실리콘 관통 비아를 서로 접촉시키는 단계; 및
서로 접촉하는 상기 실리콘 관통 비아를 도금액 내에서 전기도금하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 칩 접합방법.In the laminated chip bonding method, the method,
A cylindrical silicon through via (TSV) for chip bonding, comprising: a metal portion filling an inside of a silicon through via hole penetrating the chip; A metal pad connected to the metal part and stacked on the silicon through via hole; And a metal bump connected to the metal part and protruding from the chip by a predetermined height under the silicon through via hole, wherein the metal pad or metal bump is in contact with the metal bump or metal pad of another chip. Stacking a plurality of chips including silicon through vias for laminated chip bonding, wherein the silicon through vias of the chips are in contact with each other; And
And electroplating the silicon through vias in contact with each other in a plating solution.
상기 칩 측면과 평행한 복수 개의 금속판 및 상기 칩을 가로지르는 복수 개의 금속 와이어에 공통으로 연결된 직류전원의 양극과 상기 실리콘 관통 비아와 연결된 직류전원의 음극에 전류를 흘리는 방식으로 상기 전기도금이 수행되는 것을 특징으로 하는 적층 칩 접합방법.The method of claim 8,
The electroplating is performed by passing a current through a cathode of a DC power source commonly connected to a plurality of metal plates parallel to the side of the chip and a plurality of metal wires across the chip and a cathode of a DC power source connected to the through silicon vias. Laminated chip bonding method, characterized in that.
상기 복수 개의 금속 와이어는 서로 수직으로 교차하는 것을 특징으로 하는 적층 칩 접합방법.The method of claim 9,
And the plurality of metal wires cross each other perpendicularly.
상기 복수 개의 금속판과 금속 와이어는 4개인 것을 특징으로 하는 적층 칩 접합방법.The method of claim 10,
The plurality of metal plate and the metal wire is a laminated chip bonding method, characterized in that four.
상기 금속 와이어는 상기 칩에서 실리콘 관통 비아가 형성된 제 1 영역에서는 절연물질이 피복되며, 실리콘 관통 비아가 형성되지 않은 제 2 영역에서는 절연물질이 피복되지 않는 것을 특징으로 하는 적층 칩 접합방법. The method of claim 9,
And the metal wire is covered with an insulating material in a first region where silicon through vias are formed in the chip, and is not coated with an insulating material in a second region where silicon through vias are not formed.
전기 도금 후 상기 금속 와이어는 물리적으로 제거되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 칩 접합방법.The method of claim 12, wherein the method
And after the electroplating, the metal wires are further physically removed.
상기 금속판과 금속 와이어는 구리(Cu), 금(Au), 은(Ag), 니켈(Ni), 주석(Sn), 납(Pb)으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 적층 칩 접합방법.The method of claim 13,
The metal plate and the metal wire are made of at least one material selected from the group consisting of copper (Cu), gold (Au), silver (Ag), nickel (Ni), tin (Sn), and lead (Pb). Laminated chip bonding method.
상기 실리콘 관통 비아는 칩의 외곽영역에 형성되며, 상기 금속 와이어는 실리콘 관통 비아가 형성되지 않은 칩의 중심영역에는 내부의 금속물질이 외부로 노출되는 것을 특징으로 하는 적층 칩 접합방법.The method of claim 13,
The silicon through via is formed in the outer region of the chip, the metal wire is a laminated chip bonding method, characterized in that the inner metal material is exposed to the outside in the center region of the chip where the silicon through via is not formed.
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KR20190003050A (en) | 2017-06-30 | 2019-01-09 | 한국과학기술원 | Method for Processing Metallization in Through Type Through Glass Via |
CN109297627A (en) * | 2018-10-25 | 2019-02-01 | 中国电子产品可靠性与环境试验研究所((工业和信息化部电子第五研究所)(中国赛宝实验室)) | TSV finished product interface residual stress test method and interface girder construction sample production method |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20090044496A (en) * | 2007-10-31 | 2009-05-07 | 주식회사 하이닉스반도체 | Staack package |
KR20110008474A (en) * | 2009-07-20 | 2011-01-27 | 주식회사 하이닉스반도체 | Semiconductor package and method for fabricating the same |
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Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20090044496A (en) * | 2007-10-31 | 2009-05-07 | 주식회사 하이닉스반도체 | Staack package |
KR20110008474A (en) * | 2009-07-20 | 2011-01-27 | 주식회사 하이닉스반도체 | Semiconductor package and method for fabricating the same |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20190003050A (en) | 2017-06-30 | 2019-01-09 | 한국과학기술원 | Method for Processing Metallization in Through Type Through Glass Via |
CN109297627A (en) * | 2018-10-25 | 2019-02-01 | 中国电子产品可靠性与环境试验研究所((工业和信息化部电子第五研究所)(中国赛宝实验室)) | TSV finished product interface residual stress test method and interface girder construction sample production method |
CN109297627B (en) * | 2018-10-25 | 2021-07-27 | 中国电子产品可靠性与环境试验研究所((工业和信息化部电子第五研究所)(中国赛宝实验室)) | TSV finished product interface residual stress testing method and interface beam structure sample manufacturing method |
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