KR101344018B1 - 금 범프 또는 금 배선 형성용 비시안계 전해 금 도금욕 - Google Patents
금 범프 또는 금 배선 형성용 비시안계 전해 금 도금욕 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 반도체 칩의 전극으로서의 금 범프(bump), 또는 금 배선을 형성하는 비시안계 전해 금 도금욕에 관한 것이다. 이 도금욕은 패시베이션막(passivation layer)의 단차에 의하여 발생하는 표면의 요철을 해소시켜 반도체 칩을 기판에 실장하기에 충분한 접합 강도를 얻을 수 있는 금 도금 피막을 형성한다.
본 발명의 비시안계 전해 금 도금욕은 아황산금 알칼리염 또는 아황산금 암모늄을 금량으로서 1~20 g/L, 수용성 아민을 1~30 g/L, 탈륨(Tl)화합물, 납(Pb)화합물, 또는 비소(As)화합물을 금속 농도로서 0.1~100 mg/L, 아황산염을 SO3 2 -양으로서 5~100 g/L, 황산염을 SO4 2 -양으로서 1~120 g/L, 완충제를 0.1~30 g/L, 및 팔라듐염, 백금염, 아연염, 및 은염으로부터 선택된 1종 이상을 금속 농도로서 0.1~100 mg/L를 함유하는 금 범프 또는 금 배선 형성용 비시안계 전해 금 도금욕이다.
금 범프, 금 배선, 비시안계 금 도금욕, 패시베이션막
Description
본 발명은 반도체 칩의 금 범프 또는 금 배선 형성용 비시안계 전해 금 도금욕에 관한 것이다. 상기 도금욕을 이용해 실리콘 또는 갈륨(Ga)/비소(As)화합물 웨이퍼 상에 표면이 평탄한 전해 금 도금 피막으로 이루어진 금 범프 또는 금 배선을 형성할 수 있다.
비시안계 전해 금 도금용의 기본 욕은 금원으로서의 아황산금 알칼리염 또는 아황산금 암모늄과, 스태빌라이저(stabilizer)로서의 수용성 아민과, 결정 조정제로서 미량의 탈륨(Tl)화합물, 납(Pb)화합물 또는 비소(As)화합물과 전도염으로서의 아황산염 및 황산염과, 완충제로 이루어져 있다.
이 비시안계 전해 금 도금욕을 이용하여 형성하는 도금 피막은 전기 전도성, 열압착성 등의 물리적 특성뿐만 아니라, 내산화성, 내약품성 등의 화학 특성도 우수하다. 그러한 이유 때문에, 이 도금욕은 반도체 칩의 전극으로서의 범프 형성이나 배선 형성 등에 매우 바람직하게 이용되고 있다.
반도체 칩의 금 범프의 형성 방법을 도 1에 나타낸 반도체 칩의 단면도를 참 조하면서 이하와 같이 설명한다.
도 1중, 100은 반도체 칩, 2는 실리콘 또는 갈륨(Ga)/비소(As) 화합물 웨이퍼이고, 그 일면(본 도면에서는 상면)에는 미 도시된 IC회로가 형성되어 있다. 웨이퍼(2)의 IC회로 상에는 미세한 알루미늄전극(4)이 형성되어 있다. IC회로가 형성된 웨이퍼(2)의 상면과 알루미늄전극(4)의 상면의 주변에는 패시베이션막(6)으로 피복되어 있다. 알루미늄전극(4)의 상면 중앙부에 형성되어 있는 패시베이션막(6)의 개구부(7)의 상면 및 패시베이션막(6)의 상면은 이것들을 피복한 TiW 스퍼터막(8), 금 스퍼터막(9)이 차례로 적층되어 있다.
상기 서술한 바와 같이, 실리콘 웨이퍼 내지 Ga/As 웨이퍼 상에는 통상, 도 1 에 나타낸 바와 같이 패시베이션막이 형성된다. 패시베이션막은 주위의 배선과 금 도금에 의해 형성된 금 피막과의 사이를 절연함과 동시에, 주위의 배선을 보호하는 것을 목적으로 한다. 패시베이션막의 재질은 폴리이미드 등의 수지 및 SiN 등이다.
금 스퍼터막(9)의 표면은 도 1 에 나타낸 바와 같이, 알루미늄전극(4)의 주변부 상의 부분이 중심부 상의 부분보다 위쪽으로 볼록하게 형성된 닫은 돌조(突條)(10)를 가지는 접시형의 형상으로 되어 있다. 이 형상은 알루미늄전극(4)의 상면 주변에 형성된 패시베이션막(6)의 접시형의 형상에 기인한다. 금 스퍼터막(9)의 돌조(10) 상단과 돌조(10)의 중심에 위치하는 함몰부의 저면(11)과의 단차(x)는 패시베이션막의 단차이다.
금 스퍼터막(9) 상에는 마스크재(12)에 의한 마스크 패턴이 형성되어 있다. 패터닝된 마스크재(12)는 알루미늄전극(4) 상에 개구부(14)를 가진다. 마스크재(12)의 개구부(14) 안에는 전해 금 도금에 의하여 금 범프(16)가 형성되어 있다.
금 도금에 의하여 금 스퍼터막(9) 상에 형성된 금 범프(16)는 금 스퍼터막(9)의 표면과 동일한 표면 형상을 갖게 된다. 그 결과, 금 범프(16)의 표면에는 패시베이션막의 단차로 인한 단차가 생겨서 접시형의 형상으로 된다.
종래의 기본 조성을 가지는 비시안계 전해 금 도금욕을 이용하여 금 범프를 형성할 경우, 상기 패시베이션막(6)의 돌조로 인한 단차에 의하여 얻어진 금 범프에는 패시베이션막의 단차에 해당하는 함몰부(20)가 생긴다.
또한, 도 1중, 18은 구 형상의 금 비즈, 납땜 비즈 등의 금속 비즈이다. 금 범프(16) 상에는 복수(본 도면에서는 2개)의 금속 비즈(18)가 부착되어 있다.
함몰부(20)을 가지는 금 범프에 금속 비즈(18)를 부착시킬 경우, 비즈(18)는 함몰부(20)로 편재되기 쉽다. 그 결과, 이 금속 비즈(18)를 통하여 범프(16)에 금 와이어를 열 압착으로 접합하면 금 와이어와 금속 비즈와의 밀착이 충분하지 못하게 된다. 더 나아가, 압착면이 평탄하지 않기 때문에 가압이 불균일하게 되어 접합부의 충분한 밀착 강도를 얻을 수 없다.
기판의 범프에 반도체 칩(100)을 플립 칩 본딩에 의하여 탑재시킬 때, 범용적인 접합 재료로서 이방성 도전막이 사용되고 있다. 이방성 도전막은 도전 입자를 에폭시 수지 등의 수지에 균일하게 분산시킨 것이다. 도전 입자는 아크릴 수지 입자의 표면을 니켈, 금으로 차례로 피복한 입자이다. 기판의 범프와 반도체 칩을 이방성 도전막을 이용하여 접합할 경우는 이방성 도전막을 사이에 두고 기판의 범프 에 반도체 칩을 압착한다. 이 압력에 의하여 이방성 도전막 내에서 서로 떨어져 있던 도전 입자끼리 밀착하고 도전 입자를 통하여 기판 범프와 반도체 칩이 전기적으로 접속하게 된다.
전해 금 도금으로 금 범프를 형성하는 방법 자체는 공지사항으로서, 예를 들면, 시안화 금 칼륨을 포함한 금 도금욕을 이용한 형성 방법이 일본 특허 공개 공보 2003-7762호(단락번호［0021],［0022］)에 기재되어 있다.
이와 같이, 반도체 칩의 기판으로의 실장에 있어서는 이방성 도전막을 통한 접합 또는 금속 비즈를 통하여 금 와이어와 접합하게 된다. 금 범프, 금 배선의 상부 표면은 기판 또는 금 와이어의 접합면에 해당한다. 그 형상으로서는 접시형 등의 요철을 가지는 형상이 아닌 평탄한 형상이 바람직하다. 패시베이션막의 단차에 의한 금 범프 또는 금 배선의 접합면의 함몰부의 깊이 및 지름은 도전 입자나 금속 비즈의 입경보다 크기 때문에 반도체 칩을 기판에 실장할 때에 접합 불량을 일으켜 전기적 결함을 일으키게 할 수 있다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로서 패시베이션막의 단차에 의해 영향을 받지 않고 피막 표면의 요철 차가 1㎛ 이하의 평탄한 금 피막으로 이루어진 금 범프, 금 배선을 형성할 수 있고 이방성 도전막 또는 금속 비즈에 의한 접합시에 충분한 밀착 강도를 달성할 수 있는 금 범프 또는 금 배선 형성용 비시안계 전해 금 도금욕을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자는 상기 목적을 달성하기 위하여 검토를 거듭한 결과, 상기 서술한 일반적인 비시안계 전해 금 도금욕의 기본 조성에 팔라듐염, 백금염, 아연염 및 은염으로부터 선택된 1종 이상을 소정 농도로 배합함으로써, 패시베이션막의 요철에 의한 금 도금 피막 표면의 요철 차를 1㎛ 이하로 형성할 수 있는 방법을 찾아냈다.
또한, 이 금 피막은 균일하고 치밀해서 양호한 외관 특성, 피막 경도, 쉐어 강도 특성을 유지하고 반도체 칩의 범프 및 배선으로서 매우 적합하다는 것을 알게 되었다.
즉, 상기 과제를 해결하는 본 발명을 이하에 기재한다.
［1］ 아황산금 알칼리염 또는 아황산금 암모늄을 금량으로서 1~20 g/L, 수용성 아민을 1~30 g/L, 탈륨(Tl)화합물, 납(Pb)화합물, 또는 비소(As)화합물을 금속 농도로서 0.1~100 mg/L, 아황산염을 SO3 2 -양으로서 5~100 g/L, 황산염을 SO4 2 -양으로서 1~120 g/L, 완충제를 0.1~30 g/L, 및 팔라듐염, 백금염, 아연염, 및 은염으로부터 선택된 1종 이상을 금속 농도로서 0.1~100 mg/L를 함유하는 금 범프 또는 금 배선 형성용 비시안계 전해 금 도금욕.
［2］［1］에 기재된 금 범프 또는 금 배선 형성용 비시안계 전해 금 도금욕을 이용하여 패터닝된 웨이퍼 상에 전해 금 도금을 하는 금 범프 또는 금 배선의 형성 방법.
본 발명의 비시안계 전해 금 도금욕은 일반적인 비시안계 전해 금 도금욕의 기본 조성에 소정량의 팔라듐염, 백금염, 아연염 또는 은염을 포함한다. 그 때문에 금 범프, 금 배선을 도금으로 형성할 때 그 표면에 패시베이션막의 단차에 의한 요철이 발생하지 않는다. 얻어진 금 범프, 금 배선의 피막 표면의 요철 차는 1㎛ 이하이다. 본 발명에 의하면 반도체 칩에 단차가 없는 평탄한 금 피막 표면으로서 금 범프, 금 배선을 형성할 수 있다.
본 발명에 의하여 형성된 금 범프, 금 배선은 균일하고 치밀하여 양호한 외관 특성과 피막 경도나 쉐어 강도 특성을 제공한다.
본 발명의 금 범프 또는 금배선 형성용 비시안계 전해 금 도금욕은 금원으로서의 아황산금 알칼리염 또는 아황산금 암모늄과, 스태빌라이저로서의 수용성 아민과, 미량의 결정 조정제와, 전도염으로서의 아황산염 및 황산염과, 완충제로 이루어진 공지의 금 도금 기본 욕에 팔라듐염, 백금염, 아연염 및 은염으로부터 선택된 1종 이상을 함유한다. 이하, 본 발명의 전해 금 도금욕의 필수성분에 대하여 각 성분별로 설명한다.
(1) 이황산금 알칼리염, 아황산금 암모늄(금원)
본 발명에 이용하는 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, 혹은 2종 이상을 병용해도 된다.
본 발명의 전해 금 도금욕에는 금원으로서 상술한 아황산금 알칼리염 또는 아황산금 암모늄을 사용하였지만 그 배합량은 금량으로서 통상 1∼20 g/L, 바람직하게는 8∼15 g/L 으로 한다. 아황산금 알칼리염 또는 아황산금 암모늄의 배합량이 1 g/L 미만인 경우, 도금 피막이 불균일하게 되어 경우에 따라서는 거칠고 무르게 되어 소위 번(burn) 도금이 될 수 있다. 배합량이 20 g/L를 넘으면 도금 피막 특성 등에 문제는 없으나 경제적인 부담이 증가하게 된다.
(2) 수용성 아민(스태빌라이저)
수용성 아민으로서는, 예를 들어 1, 2－디아미노에탄, 1, 2－디아미노프로판, 1, 6－디아미노헥산 등의 디아민을 사용할 수 있다. 이들은 1종을 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 병용해도 된다.
수용성 아민의 배합량은 통상 1~30 g/L, 바람직하게는 4~20 g/L이다. 수용성 아민의 배합량이 30 g/L를 넘으면 금 착염의 안정성은 증대하지만, 한편으로는 얻어지는 도금 피막의 경도가 세고 표면 조도가 작아진다. 그 결과, 금 도금 피막과 금속 비즈 또는 이방성 도전막과의 계면에서의 접촉 면적이 감소하고(소위 앵커 효과가 불충분), 접합 강도가 부족하게 된다. 더 나아가, 금 도금 피막의 열처리 후 경도저하가 심하고 금 배선 또는 기판과의 접합 시에 범프가 부서지는 등의 문제를 야기할 수 있다. 1g/L 미만에서는 한계 전류 밀도가 저하하여 번(burn) 도금이 될 수 있다.
(3) 탈륨(Tl) 화합물, 납(Pb) 화합물, 비소(As) 화합물(결정 조정제)
본 발명의 전해 금 도금욕에 사용하는 결정 조정제로서는, 예를 들어 포름산 탈륨, 말론산탈륨, 황산 탈륨, 질산 탈륨 등의 탈륨(Tl) 화합물；시트로산 납, 질산 납, 알칸 술폰산 납 등의 납(Pb) 화합물；3산화2비소 등의 비소(As) 화합물을 들 수 있다. 이들 탈륨(Tl) 화합물, 납(Pb) 화합물, 비소(As) 화합물은 1종을 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 조합하여 사용해도 된다.
결정 조정제의 배합량은 본 발명의 목적에 벗어나지 않는 범위에서 바람직하게 설정할 수 있으나, 금속 농도로서 통상 0.1~100 mg/L, 바람직하게는 0.5~50 mg/L, 특히 바람직하게는 3~25 mg/L이다. 결정 조정제의 배합량이 100 mg/L를 넘으면 도금 표면이 광택 표면과 매트 형상 표면이 혼재하는 불균일한 상태가 될(도금 부착 주변의 악화) 수 있다. 또, 금이 엉킨 형태로 큰 입자로 석출하는 외관 얼룩이 생기거나 결정 조정제의 공석(共析) 과다로 인한 금 피막의 벗겨짐이 일어날 수 있다. 이들은 접합 불량의 원인이 될 수 있다. 결정 조정제의 배합량이 0.1mg/L 미만인 경우, 도금 부착된 주위, 도금욕 안정성 및 내구성이 악화되고 도금욕이 분해될 수 있다.
(4) 아황산염, 황산염(전도염)
본 발명에 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.
본 발명의 전해 금 도금욕에 있어서의 상기 아황산염 및 황산염의 배합량으로서는 본 발명의 목적을 벗어나지 않는 범위 내에서 바람직하게 설정할 수 있으나 이하의 배합량으로 하는 것이 바람직하다.
아황산염은 SO3 2 －양으로서 통상 5~100 g/L로 하지만, 바람직하게는 10~80 g/L, 특히 바람직하게는 20~60 g/L이다. 아황산염의 배합량이 5 g/L미만인 경우, 부착 주변 및 액 안정성이 악화되고, 도금욕이 분해될 수 있다. 100g/L를 넘으면 한계 전류 밀도가 저하하여 번(burn) 도금이 될 수 있다.
황산염은 SO4 2 －양으로서 통상 1~120 g/L로 하지만, 바람직하게는 1~60 g/L, 특히 바람직하게는 1~40 g/L이다. 1g/L 미만인 경우 형성된 피막의 열처리 후의 경도가 너무 세서 범프와 기판과의 접합에 문제를 일으키는 경우나, 액 안정성이 악화되고 도금욕이 분해될 수 있다. 120g/L를 넘으면 한계 전류 밀도가 저하하여 번(burn) 도금이 될 수 있다.
(5) 완충제
본 발명에 이용하는 완충제로서는 통상 전해 금 도금욕에 사용되는 것이면 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어 인산염, 붕산염 등의 무기산염, 시트로산염, 프탈산염, 에틸렌 디아민 4질산염 등의 유기산(칼본산, 히드록시칼본산) 염 등을 이용할 수 있다. 특히 인산염이 바람직하다.
본 발명의 비시안계 전해 금 도금욕에 있어서의 완충제의 배합량으로서는, 통상 0.1~30 g/L로 하지만, 바람직하게는 1~20 g/L, 특히 바람직하게는 2~15 g/L이다. 완충제는 배합량이 0.1g/L 미만인 경우, pH가 저하하고 액 안정성이 악화되고, 도금욕 성분의 분해될 수 있다. 30g/L를 넘으면 한계 전류 밀도가 저하되어 번(burn) 도금이 될 수 있다.
(6) 팔라듐염, 백금염, 아연염 또는 은염
본 발명의 비시안계 전해 금 도금욕에 배합되는 팔라듐염으로서는, 테트라아민 팔라듐 염화물염, 테트라아민 팔라듐 황산염 등을 들 수 있다.
본 발명의 비시안계 전해 금 도금욕에 배합되는 백금염으로서는, 테트라아민 백금 염화물이나 그 에틸렌 디아민 착염 등을 들 수 있다.
본 발명의 비시안계 전해 금 도금욕에 배합하는 아연염으로서는, 아연 아민 착염 등을 들 수 있다.
본 발명의 비시안계 전해 금 도금욕에 배합하는 은염으로서는, 티오황산은염 등을 들 수 있다.
팔라듐염, 백금염, 아연염 및 은염은 어느 1종을 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 병용해도 된다.
본 발명의 비시안계 전해 금 도금욕에 있어서의 팔라듐염, 백금염, 아연염 및 은염의 배합량은 이것들 금속염의 합계 금속 농도를 0.1~200 mg/L로 하지만, 바람직하게는 0.1~100 mg/L, 특히 바람직하게는 0.1~25 mg/L이다.
본 발명의 비시안계 전해 금 도금욕을 이용하여 도금에 의하여 실리콘 웨이퍼, 화합물 웨이퍼 상에 범프, 배선 등의 금 도금을 실시할 때에는 통상의 방법으로 도금을 실시하면 된다. 예를 들면, 우선 웨이퍼 상에 형성된 IC회로의 표면에 스퍼터링에 의해 Al 전극을 형성한다. 이어서 기초 금속막으로서 Ti－W 스퍼터막, Au 스퍼터막을 차례로 형성한다. 다음에, 이 웨이퍼 상에 마스크재를 이용하여 마스킹을 실시한다. 그 다음, 웨이퍼를 피도금물로서 전해 금 도금을 실시한다. 마지막으로 마스크재와 금 범프와 금 배선에 피복되지 않은 부분의 기초 금속막이 웨이퍼로부터 제거된다. 마스크재를 제거하는 방법으로서는 용제에 용해시켜 제거하는 방법 등이 예시된다. 기초 금속막을 제거하는 방법으로서는 과산화 수소 용제, 왕수 용제 등을 이용하여 박리하는 방법 등이 예시된다.
마스크제로는 노볼락계 포지티브형 포토레지스트(photoresist)로서 예를 들어, 시판 제품인 LA－900, HA－900, 아크릴계 네가티브형 포토레지스트(photoresist)로서 예를 들어 BMR C－1000(이상, 토쿄 오카 공업 주식회사 제품) 등을 들 수 있다.
도금욕 온도는 통상 40~70℃로 하지만, 바람직하게는 50~65℃이다. 도금욕 온도가 40℃ 미만인 경우, 전류 효율 저하에 의하여 석출이 불균일하게 되고, 도금 피막의 막 두께나 표면 상태가 불균일하게 될 수 있다. 또, 도금욕의 전도성 저하에 의한 도금 전압의 상승에 따라서 도금욕이 분해될 수 있다. 도금욕 온도가 70℃를 넘으면 석출하는 금이 큰 입자로 성장하여 피막을 형성하여, 도금 피막 표면이 매트상태로 되는 경우나 도금욕 온도가 높기 때문에 금 착체 분해가 발생되는 경우가 있다.
전류 밀도는 금 농도가 8~15 g/L, 60℃의 도금욕 온도의 경우, 통상 2.0A/dm2 이하, 바람직하게는 0.1~1.5A/dm2, 특히 바람직하게는 0.3~0.8A/dm2이다. 전류 밀도가 상기의 범위를 넘으면 덴드라이드 상태의 피막이 석출되거나 고전압을 인가하는 것에 의하여 금 착체가 분해될 수 있다. 전류 밀도가 상기의 범위보다 낮으면 생산성이 저하된다. 또, 석출하는 금 입자가 거칠고 커지고 도금 표면이 매트상태가 되어 금 배선과의 접합에 바람직하지 않게 될 수 있다.
본 발명의 비시안계 전해 금 도금욕의 pH로서는 통상 7.0 이상, 바람직하게는 7.2~10.0이다. 비시안계 전해 금 도금욕의 pH가 7.0 미만인 경우, 극심하게 도금욕이 불안정하게 되고 도금액이 분해될 수 있다. 한편 pH가 10.0을 넘으면 마스크제가 용해되어 도금 피막을 오염하는 경우나 레지스트 패턴의 소실에 의하여 원하는 형상의 금 범프를 형성할 수 없는 경우가 있다.
본 발명의 비시안계 전해 금 도금욕에는 본 발명의 목적에 벗어나지 않는 범위 내에서 pH조정제 등의 다른 성분을 바람직하게 사용해도 된다.
pH조정제로서는, 예를 들어 희황산수, 아황산수, 인산 등의 산, 수산화 나트륨, 수산화 칼륨, 암모니아수 등의 알칼리를 들 수 있다.
본 발명의 비시안계 전해 금 도금욕은 금원인 아황산금 알칼리염 등 및 도금욕을 구성하는 그 외의 성분을 보충 관리하는 것에 의하여 2 턴(도금욕 중의 금량을 모두 도금에 소비했을 경우를 1 턴으로 한다) 이상의 사용을 달성할 수 있다.
본 발명의 비시안계 전해 금 도금욕으로 도금할 수 있는 피도금물로서는, 소지(素地)가 메탈라이즈 되어 도전성이 부여된 것이라면 특별히 제한할 필요가 없다. 예를 들어, 노볼락계 포지티브형 포토레지스트나 아크릴계 네가티브형 포토레지스트를 마스크제로 사용하여 패터닝한 실리콘 웨이퍼 상이나 Ga/As웨이퍼 등의 화합물 웨이퍼 상에 범프나 배선 등을 형성하는 경우에 매우 바람직하게 적용할 수 있다.
실시예
실시예 1~6, 비교예 1~2
표 1~2에 나타낸 배합의 비시안계 전해 금 도금욕을 조제했다. 각 원료의 배합 농도의 단위는 특별한 언급이 없는 한 g/L 이다. 단, Na3Au(SO3)2는 Au양, Na2SO3는 SO3양, Na2SO4는 SO4양에 대한 농도를 나타낸다.
피도금물로서 IC회로를 형성한 실리콘 웨이퍼를 이용했다. 이 실리콘 웨이퍼는 노볼락계 포지티브형 포토레지스트로 패터닝된 범프 개구부를 가진다. 실리콘 웨이퍼의 소지 단면 조성은 금 스퍼터막/TiW 스퍼터막/패시베이션막/Al 전극/SiO2·Si이었다. 그 단면도를 도 2(A)에 나타낸다. 도 2(A)중, 22는 마스크제(포토레지스트), 24는 금 스퍼터막, 25는 TiW 스퍼터막, 26은 패시베이션막, 28은 실리콘 웨이퍼, 30은 Al 전극이다.
조제한 비시안계 전해 금 도금욕 1 L중에 피도금물을 침지(浸漬)하고 통전을 실시하는 것으로 18㎛의 막 두께를 가지는 도금 피막을 형성했다. 또한 비시안계 전해 금 도금욕의 전류 효율은 정상의 도금 조작 조건하에서는 통상 100%이다.
소정 막 두께를 가지는 피막을 형성한 후, 마스크제를 제거하고, 형성된 범프 표면의 단차의 정도, 욕 안정성, 도금 피막 외관, 피막 경도(미열처리 및 300℃ 30분 열처리 후), 옥소계 에천트(etchant)에 의한 에칭성에 대하여 하기와 같은 방법 및 기준으로 평가를 실시했다. 결과를 표 1~2에 같이 표시한다.
〔범프 피막 표면의 단차 정도(㎛)〕
도 2(A)에 나타낸 바와 같이 패시베이션막의 단차a를 촉침식(觸針式) 프로파일러(KLA-TENKOR사 제품 Profiler P-15)를 이용하여 측정한 결과, 1.5㎛이었다.
도 2(B)에 나타내듯이 실시예 1~6 및 비교예 1, 2의 도금욕을 이용하여 금 범프(34)를 형성했다. 그 다음, 마스크재(22)(노볼락계 포지티브형 포토레지스트)를 전용 용제인 메틸 에틸 케톤으로 용해했다. 범프(34)의 에지부의 최대 높이와 중앙의 최소 높이의 차이(b)를 촉침식 프로 파일러를 이용하여 계측하여 범프 표면의 단차(㎛)로 했다.
단, 통상 범프에 요구되는 특성으로서의 단차는 1㎛이하이다. 또, 팔라듐염, 백금염, 아연염 및 은염의 전부를 포함하지 않는 통상의 도금욕을 사용하여 동일한 피도금물 상에 금 범프를 형성했을 경우, 범프 표면의 도금 후 단차(㎛)는 도금 전의 패시베이션막에 의한 단차(㎛)보다 커진다.
〔욕 안정성〕
피도금물에 도금을 실시한 후, 도금욕의 모습을 관찰하여 아래와 같은 기준으로 평가했다.
분해: 도금액이 분해함.
×: 도금욕 중에 금의 침전이 육안으로 알 수 있는 레벨로 관찰되었다.
△: 도금욕 중에 금의 침전이 인정되지 않았다. 0.2㎛ 멤브레인 필터로 도금욕 1000 mL를 여과하여 육안으로 침전을 관찰할 수 있는 레벨.
○: 도금욕 중에 금의 침전은 관찰되지 않았다.
〔도금 피막 외관〕
피도금물 상에 형성된 금 범프의 표면 피막 외관을 육안 관찰 및 광학 현미경으로 관찰하고 아래와 같은 기준으로 평가했다.
×: 색조가 붉은, 덴드라이트(dendrite) 형상의 석출이 보이고, 얼룩짐이 인정되고, 또는 번 도금이 발생하고 있다.
△: 이상 석출은 없지만 광택 있는 외관이다.
○: 색조가 레몬 옐로우로 무광택 내지 반광택의 균일한 외관이다.
〔피막 경도(비커스 경도; Hv)〕
피도금물 상에 형성된 특정 범프 부위를 이용하여 그 피막 경도(미열처리 및 300℃ 30분 열처리 후)를 비커스 경도계로 측정했다.
통상 범프 도금 용도로서 요구되는 특성으로서는 열처리 후의 피막 경도가 60Hv 이하이다. 또한 측정 조건은 측정 압자를 25gf 하중으로 10초 유지하는 조건으로 했다.
〔옥소계 에천트에 의한 Au 범프의 균일 에칭성〕
피도금물을 상온에서 충분히 교반된 옥소계 에천트 중에 90초 침지한 후, 알코올계 린스액으로 동시 세척하고 에탄올을 분무하여 드라이어로 건조했다. 그 다음, 광학 현미경을 이용하여 50~150배의 배율로 피도금물 상에 형성된 전체 범프의 표면 상태를 관찰하고 아래와 같은 기준으로 얼룩짐의 유무를 평가했다.
여기서, 「얼룩짐」이란 에칭 시에 선택적으로 용해된 부분과 용해되지 않은 부분이 혼재된 상태를 가리킨다.
×: 50%이상의 범프 표면에 얼룩짐이 관찰된다.
△: 일부 한정된 영역의 범프 표면에 얼룩짐이 관찰된다.
○: 피도금물 상의 전체 범프 표면에 얼룩짐이 관찰되지 않는다.
〔종합 평가〕
상기 각 평가 결과로부터 아래와 같은 평가 기준으로 평가했다.
×: 형성된 금 도금 피막(금 범프) 및 도금 처리 후의 비시안계 전해 금 도금욕에 관한 상기 평가 결과에 바람직하지 않은 결과가 포함되었다.
○: 형성된 금 도금 피막(금 범프) 및 도금 처리 후의 비시안계 전해 금 도금욕에 관한 상기 평가 결과가 모두 양호한 결과였다.
| 실시예 | ||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |
| 도금 조건 도금 온도 (㎛) 전류 밀도 (A/dm2) 도금 시간 (분 ) |
60 0.5 58 |
60 0.5 58 |
60 0.5 58 |
60 0.4 58 |
60 0.6 58 |
60 0.5 58 |
| 배합 농도 (g/L) Na3Au(SO3)2 as Au Na2SO3 as SO3 Na2SO4 as SO4 1,2-디아미노에탄 Tl (mg/L) 완충제A 완충제B 팔라듐염 (mg/L as Pd) 백금염 (mg/L as Pt) 아연염 (mg/L as Zn) 은염 (mg/L as Ag) |
10 40 10 4 15 15 － 7 － － － |
10 40 10 4 15 15 － － 5 － － |
10 40 10 4 15 15 － － － 15 － |
10 40 10 4 15 15 － － － － 10 |
10 30 30 15 15 － 5 5 － － － |
10 30 30 15 15 － 5 － 7 － － |
| 범프 표면의 단차 (㎛) 욕 안정성 도금 피막 외관 피막 경도 미열처리(Hv) 피막 경도 300℃열처리 후(Hv) 에칭성 종합 평가 |
0.14 ○ ○ 105 48 ○ ○ |
0.48 ○ ○ 112 47 ○ ○ |
0.15 ○ ○ 115 46 ○ ○ |
0.50 ○ ○ 110 47 ○ ○ |
0.10 ○ ○ 121 47 ○ ○ |
0.12 ○ ○ 123 48 ○ ○ |
| 비교예 | ||
| 1 | 2 | |
| 도금 조건 도금 온도 (㎛) 전류 밀도 (A/dm2) 도금 시간 (분 ) |
60 0.5 58 |
60 0.5 58 |
| 배합 농도 (g/L) Na3Au(SO3)2 as Au Na2SO3 as SO3 Na2SO4 as SO4 1,2-디아미노에탄 Tl (mg/L) 완충제A 완충제B 팔라듐염 (mg/L as Pd) 백금염 (mg/L as Pt) 아연염 (mg/L as Zn) 은염 (mg/L as Ag) |
10 40 10 4 15 15 － － － － － |
10 30 30 15 15 － 5 － － － － |
| 범프 표면의 단차 (㎛) 욕 안정성 도금 피막 외관 피막 경도 미열처리(Hv) 피막 경도 300℃열처리 후(Hv) 에칭성 종합 평가 |
1.86 ○ ○ 103 44 ○ × |
1.91 ○ ○ 96 45 ○ × |
표 1~2에서 완충제A, 완충제B, 팔라듐염, 백금염, 아연염, 은염으로서는 이하의 것을 사용했다.
완충제A; 에틸렌 디아민 4질산 칼륨
완충제B; 피로인산 칼륨
팔라듐염; 테트라아민 팔라듐 디크로라이드
백금염; 테트라아민 백금 디크로라이드
아연염; 황산아연
은염; 티오 황산은암모늄
도 1은 마스크재의 개구부에 형성한 금 범프의 일례를 나타내는 반도체 칩의 부분 단면도이다.
도 2는 마스크재가 패터닝된 반도체 칩을 나타낸 부분 단면도(a)와 금 도금 후에 마스크재가 제거된 반도체 칩을 나타낸 부분 단면도(b)이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
2, 28: 웨이퍼
4, 30: 알루미늄전극
6, 26: 패시베이션막
7: 패시베이션막의 개구부
8, 25: TiW 스퍼터막
9, 24: 금 스퍼터막
10: 금 스퍼터막의 돌조
11: 함몰부의 저면
12, 22: 마스크재
14, 32: 마스크재의 개구부
16, 34: 금 범프
18: 금속 비즈
20: 함몰부
x: 패시베이션막의 단차
Claims (2)
- 아황산금 알칼리염 또는 아황산금 암모늄을 금량으로서 1~20 g/L;수용성 아민을 1~30 g/L;탈륨(Tl)화합물, 납(Pb)화합물, 또는 비소(As)화합물을 금속 농도로서 0.1~100 mg/L;아황산염을 SO3 2 -양으로서 5~100 g/L와 황산염을 SO4 2 -양으로서 1~120 g/L;완충제를 0.1~30 g/L; 및팔라듐염, 백금염, 아연염, 및 은염으로부터 선택된 1종 이상을 금속 농도로서 0.1~100 mg/L를 함유하는 금 범프 또는 금 배선 형성용 비시안계 전해 금 도금욕.
- 제 1항에 기재된 금 범프 또는 금 배선 형성용 비시안계 전해 금 도금욕을 이용하여 패터닝된 웨이퍼 상에 전해 금 도금을 하는 금 범프 또는 금 배선의 형성 방법.
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