KR20010061797A - 웨이퍼 레벨 패키지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 웨이퍼 레벨 패키지를 개시한다. 개시된 본 발명은, 반도체 칩의 표면에 본드 패드가 형성된다. 본드 패드가 노출되도록, 반도체 칩의 표면에 하부 절연층이 형성된다. 하부 절연층 표면에 금속 패턴이 형성되어, 금속 패턴의 일단이 노출된 본드 패드에 전기적으로 연결된다. 금속 패턴의 타단을 노출시키는 비아홀을 갖는 상부 절연층이 하부 절연층 표면에 형성된다. 비아홀을 통해 노출된 금속 패턴 타단상에 도전성 범프가 형성된다. 도전성 범프상에 원통 형상의 솔더가 형성되어, 이 원통형 솔더가 상부 절연층 표면으로부터 돌출된다.

Description

웨이퍼 레벨 패키지{WAFER LEVEL PACKAGE}

본 발명은 웨이퍼 레벨 패키지에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 웨이퍼 상태에서 패키징 공정이 이루어지는 패키지에 관한 것이다.

기존의 패키지는 웨이퍼를 먼저 스크라이브 라인을 따라 절단하여 개개의 반도체 칩으로 분리한 후, 개개의 반도체 칩별로 여러 가지 패키징 공정을 실시하는 것에 의해 제조되었다.

그러나, 상기된 기존의 패키지는 개개의 반도체 칩별로 많은 단위 공정이 실시되어야 하기 때문에, 하나의 웨이퍼에서 제조되는 반도체 칩들을 고려하게 되면, 공정수가 너무 많다는 문제점을 안고 있다.

그래서, 최근에는 웨이퍼를 먼저 절단하지 않고 웨이퍼 상태에서 상기된 패키징 공정을 우선적으로 실시한 후, 최종적으로 스크라이브 라인을 따라 절단하여 패키지를 제조하는 방안이 제시되었다. 이러한 방법으로 제조된 패키지를 웨이퍼 레벨 패키지라 하는데, 이러한 패키지를 도 1을 참고로 하여 제조 공정 순서대로 개략적으로 설명하면 다음과 같다.

웨이퍼(1) 표면에는 실리콘 질화막인 보호막(미도시)이 도포되어 있다. 웨이퍼(1)에 구성된 반도체 칩의 본딩 패드(2)는 식각에 의해 보호막에 형성된 홈을 통해 노출되어 있다.

이러한 상태에서, 보호막 전체 표면에 하부 절연층(3)을 도포한다. 본딩 패드(2) 상부에 위치한 하부 절연층(3) 부분을 식각하여 본딩 패드(2)를 노출시킨다. 구리 재질의 금속층을 하부 절연층(3)상에 진공 증착한 후, 금속층을 식각하여 일단은 본딩 패드에(2) 전기적으로 연결된 금속 패턴(4)을 형성한다.

하부 절연층(3) 표면에 상부 절연층(5)을 도포하고, 금속 패턴(4)의 타단 상부에 위치한 상부 절연층(5) 부분을 식각하여 금속 패턴(4)의 타단을 노출시킨다. 노출된 금속 패턴(4)의 타단이 솔더 볼(7)이 마운트되는 볼 랜드가 된다. 볼 랜드에 접합 보조층(6)을 형성하고, 솔더 볼(7)을 접합 보조층(6)에 마운트한다. 마지막으로, 스크라이브 라인을 따라 웨이퍼(1)를 절단하여 개개의 반도체 칩으로 분리하면, 웨이퍼 레벨 패키지가 완성된다.

그런데, 종래에는 패키지가 실장되는 보드에 구형의 솔더 볼이 실장되는데, 반도체 칩과 솔더 볼간의 열팽창계수 차이가 8배 정도로 매우 크다. 따라서, 반도체 칩과 솔더 볼 및 보드간의 열팽창계수 차이로 인해, 솔더 볼에 열적 응력이 가해지게 된다. 이러한 열적 응력을 완충시키는 수단이 웨이퍼 레벨 패키지에서는 절연층이 된다. 그러므로, 절연층의 두께를 두껍게 형성하면 되는데, 절연층의 두께를 두껍게 형성하게 되면, 구형의 솔더 볼이 금속 패턴에 정확하게 접촉하지 못하는 새로운 문제점이 유발된다. 따라서, 종래에는 절연층의 두께를 증가시키는데 제한이 따랐다.

또한, 본드 패드간의 피치가 점차 미세해짐에 따라 솔더 볼의 피치도 줄어들게 되고, 따라서 솔더 볼간의 간섭 방지를 위해 솔더 볼의 크기가 점차 줄어드는 추세이다. 이로 인하여, 솔더 볼이 보드와 반도체 칩 사이에서 완충 역할을 제대로 수행하지 못하는 문제점도 있다.

따라서, 본 발명은 종래의 웨이퍼 레벨 패키지가 안고 있는 제반 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 절연층을 두껍게 형성하면서도 솔더 볼과 금속 패턴간의 접촉을 보장할 수 있는 웨이퍼 레벨 패키지를 제공하는데 목적이 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 크기가 줄어드는 솔더 볼의 형상을 변경하여, 솔더 볼의 완충 역할을 유지시킬 수 있게 하는데 있다.

도 1은 종래의 웨이퍼 레벨 패키지를 나타낸 단면도.

도 2 내지 도 7은 본 발명에 따른 웨이퍼 레벨 패키지를 제조 방법 순서대로 나타낸 단면도.

- 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 -

10 ; 웨이퍼 11 ; 본드 패드

20 ; 하부 절연층 30 ; 금속 패턴

40 ; 도전성 범프 50 ; 상부 절연층

51 ; 비아홀 80 ; 원통형 솔더

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 웨이퍼 레벨 패키지는 다음과 같은 구성으로 이루어진다.

반도체 칩의 표면에 본드 패드가 형성된다. 본드 패드가 노출되도록, 반도체 칩의 표면에 하부 절연층이 형성된다. 하부 절연층 표면에 금속 패턴이 형성되어, 금속 패턴의 일단이 노출된 본드 패드에 전기적으로 연결된다. 금속 패턴의 타단을 노출시키는 비아홀을 갖는 상부 절연층이 하부 절연층 표면에 형성된다. 비아홀을 통해 노출된 금속 패턴 타단상에 도전성 범프가 형성된다. 도전성 범프상에 원통 형상의 솔더가 형성되어, 이 원통형 솔더가 상부 절연층 표면으로부터 돌출된다.

상기된 본 발명의 구성에 의하면, 상부 절연층의 비아홀에 도전성 범프가 형성되고, 도전성 범프상에 구형이 아닌 원통형의 솔더가 형성되므로써, 상부 절연층의 두께를 두껍게 형성하여도 솔더를 금속 패턴에 정확하게 접촉시킬 수가 있으며, 특히 솔더가 구형이 아닌 원통형으로 변경되므로써, 금속 패턴과의 접촉 면적이 확장되고 완충 기능이 향상된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 설명한다.

도 2 내지 도 7은 본 발명에 따른 웨이퍼 레벨 패키지를 제조 공정 순서대로 나타낸 단면도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(10)에는 복수개의 반도체 칩이 구성되어 있고, 각 반도체 칩의 본드 패드(11)가 웨이퍼(10) 표면에 형성되어 있다. 이러한 상태에서, 웨이퍼(10) 표면에 하부 절연층(20)을 형성한 후, 하부 절연층(20)을 식각하여 본드 패드(11)를 노출시킨다. 그런 다음, 금속막을 하부 절연층(20)상에 증착한 다음 이를 식각하여, 금속 패턴(30)을 형성한다. 즉, 금속 패턴(30)의 일단은 노출된 본드 패드(11)에 전기적으로 연결되고, 타단이 솔더가 형성되는 볼 랜드가 된다.

이어서, 도 3과 같이, 금속 패턴(30)의 볼 랜드상에 스터드 형태의 도전성 범프(40)를 형성한다. 그런 다음, 도 4에 도시된 바와 같이, 하부 절연층(20)상에 도전성 범프(40)가 노출되지 않도록 균일한 두께로 상부 절연층(50)을 형성한다. 이때, 상부 절연층(50)은 기존보다 매우 두껍게 형성하는 것이 가능한데, 그 이유는 후술한다. 계속해서, 도 5와 같이, 상부 절연층(50)을 식각하여 비아홀(51)을 형성하므로써, 도전성 범프(40)를 비아홀(51)을 통해 노출시킨다.

그런 다음, 도 6에 도시된 바와 같이, 비아홀(51)을 노출시키는 형상의 마스크(60)를 상부 절연층(50)상에 형성한 다음, 이 마스크(60)를 이용해서 인젝터(70)로부터 비아홀(51)내에 솔더를 분사한다. 이때, 솔더는 비아홀(51) 내부를 완전 매립하게 되므로, 구형이 아닌 원통형이 된다. 따라서, 솔더와 도전성 범프(40)간의 접촉 면적이 대폭 확장된다. 계속해서, 도 7과 같이, 적외선을 이용한 가열 공정인 리플로우 공정을 진행하여, 원통형 솔더(80)가 도전성 범프(40)에 견고히 접합되도록 한다. 마지막으로, 스크라이브 라인을 따라 웨이퍼(10)를 절단하여 개개의 반도체 칩으로 분리한다.

여기서, 비아홀(51)에 직접 솔더(80)가 형성되는 것이 아니라 먼저 도전성 범프(40)를 비아홀(51)에 형성하고, 이 도전성 범프(40)에 원통형 솔더(80)를 형성하게 되므로, 비아홀(51)의 깊이가 깊어도 원통형 솔더(80)가 도전성 범프(40)를매개로 금속 패턴(30)에 전기적으로 연결되는 것이 보장된다. 즉, 열적 응력을 완충시키는 상부 절연층(50)의 두께를 충분히 두껍게 형성할 수가 있게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 상부 절연층의 비아홀에 도전성 범프를 매개로 솔더가 형성되므로써, 솔더와 금속 패턴간의 접속이 확실하게 보장되면서 상부 절연층을 두껍게 형성하는 것이 가능해진다. 따라서, 열적 응력을 완충시키는 절연층의 두께가 두꺼워지게 되므로써, 보드에 실장된 솔더 볼에 크랙이 발생되는 현상이 억제된다.

또한, 솔더가 구형이 아닌 원통형이 되므로써, 금속 패턴과의 접촉 면적이 확장되고 특히 미세 피치 추세에 따라 솔더의 크기가 작아져도 솔더의 완충 기능이 그대로 유지될 수가 있게 된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

Claims (1)

1. 표면에 본드 패드가 형성된 반도체 칩;

   상기 본드 패드가 노출되도록, 상기 반도체 칩 표면에 형성된 하부 절연층;

   상기 하부 절연층 표면에 증착되어, 일단이 상기 본드 패드에 전기적으로 연결된 금속 패턴;

   상기 금속 패턴의 타단에 형성된 도전성 범프;

   상기 하부 절연층 표면에 형성되고, 상기 도전성 범프를 노출시키는 비아홀을 갖는 상부 절연층; 및

   상기 상부 절연층의 비아홀을 완전 매립하면서 도전성 범프에 전기적으로 연결되고, 상기 상부 절연층 표면보다 돌출되는 높이를 갖는 원통형 솔더를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 레벨 패키지.