KR20050005303A - 플립 칩 솔더 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
플립 칩 솔더 제조방법이 개시된다. 개시된 플립 칩 솔더 제조방법은, (a)기판 상에 전극층을 증착하고 소정 형태로 패터닝한 다음, 전극층 상에 패시베이션층을 증착하고 패시베이션층 사이에 전극층이 노출되도록 패터닝하는 단계와 (b)전극층과 패시베이션층의 상면에 제1감광층을 도포하고 전극층 및 패시베이션층의 일부가 노출되도록 패터닝하는 단계와 (c)제1감광층, 전극층 및 패시베이션층의 상면에 제1 및 제2솔더 금속층을 순서대로 증착한 다음, 제2솔더 금속층의 표면에 제2감광층을 도포하고 전극층의 상면에 증착된 제2솔더 금속층이 노출되도록 패터닝하는 단계 및 (d)노출된 제2솔더 금속층의 상면에 솔더 범프를 형성한 다음, 제1 및 제2감광층을 제거하는 단계를 포함한다. 솔더 형성시 솔더 및 금속층 식각 공정을 제거하여 솔더 불량을 감소시켜 반도체 칩 패키지 공정의 전체적인 불량률을 감소시킬 수 있다.
Description
본 발명은 플립 칩 솔더 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 솔더의 손상을 방지하여 불량율을 감소시키는 플립 칩 솔더 제조 방법에 관한 것이다.
고성능 미세 전자 장치는 다른 미세 전자 장치와 전기적 연결을 위해 솔더 볼 또는 솔더 범프를 사용한다. 예를 들어, VLSI 칩은 솔더 볼 또는 솔더 범프에 의해 회로 보드에 전기적으로 연결된다. 이러한 연결 기술을 C4(Controlled Collapse Chip Connection) 또는 플립 칩 기술이라고 한다.
솔더 범프 기술은 처음 IBM에 의해 개발되었으며 미국특허 제5,234,149호에는 쉐도우 마스크를 이용하여 솔더 범프를 형성하는 방법이 개시되어 있다. 상기 종래 기술에서 전극으로는 알루미늄을 이용하고 금속층으로는 Ti, Cr, Cu 등을 이용하였고 캡핑층으로는 Au, Ti을 사용하였다. 캡핑층의 상면에는 PbTi 솔더를 증착하여 솔더 범프를 형성하였다.
지금까지 전해도금에 의한 솔더 범프 기술이 개발되어 왔는데 전해도금은 대면적 기판과 솔더 범프에 특히 유용하다. 미국특허 제5,162,257호에 개시된 전해도금을 이용한 솔더의 제조방법은 "Under bump metallurgy"(UBM)층을 미세전기(microelectric) 기판 상에 스퍼터링 또는 이베포레이션을 이용하여 형성한다. 이러한 UBM은 기판과 접촉을 향상시키기 위한 층과 솔더가 부착될 수 있는 금속층 및 이러한 층 사이의 계면층 등으로 이루어져 구성된다. 상기 종래 기술에서 복수의 층은 공정 후에 여러 단계의 식각 공정을 필요로 한다. 하지만, 여러 식각 공정을 수행하더라도 UBM층을 완전히 제거하기 어렵고 또 이 층들이 솔더 범프 사이에 전기적인 쇼트를 일으킬 위험이 있다.
미국특허 제5,767,010호에 개시된 종래 기술에서는 알루미늄 전극과 패시베이션층 상에 Ti를 증착하고 상면에 UBM층을 증착한다. 이후 감광층을 패터닝한 후 전해도금에 의해 솔더 범프를 형성한 후 감광제 스트립퍼로 다시 감광제를 제거한다. 식각 공정에 의해 UBM층을 제거하는데 UBM 제거는 주로 염산을 사용한다. Ti층은 알루미늄 플로라이드로 버퍼링된 하이드로 플루오릭 산을 사용하여 제거한다. 하지만 이 식각제는 솔더 범프의 Ti를 선별적으로 식각하여 솔더 범프 표면에 약4~5μm 정도의 Pb 리치층을 형성하는데 이 Pb 리치층은 후속 식각 공정인 Ti 식각 공정에서 PbO2로 변화된다. PbO2는 솔더 범프를 리플로우하여 솔더볼을 형성하는 과정에서 잔류 입자로 남아 불량의 원인이 된다.
따라서, 본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 상술한 종래 기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 솔더의 손상을 제거하여 불량율을 감소시킨 플립 칩의 솔더 제조 방법을 제공하는 것이다.
도 1a 내지 도 1o는 본 발명의 실시예에 따른 플립 칩 솔더 제조 방법의 공정도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호설명>
10 ; 기판 11 ; 금속층
12 ; 패시베이션층 13 ; 제3감광층
14 ; 솔더 금속층 15 ; 제4감광층
16 ; 솔더 범프 16a ; 솔더 볼
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,
(a)기판 상에 전극층을 증착하고 소정 형태로 패터닝한 다음, 상기 전극층 상에 패시베이션층을 증착하고 상기 패시베이션층 사이에 상기 전극층이 노출되도록 패터닝하는 단계;
(b)상기 전극층과 패시베이션층의 상면에 제1감광층을 도포하고 상기 전극층 및 패시베이션층의 일부가 노출되도록 패터닝하는 단계;
(c)상기 제1감광층, 전극층 및 패시베이션층의 상면에 제1 및 제2솔더 금속층을 순서대로 증착한 다음, 상기 제2솔더 금속층의 표면에 제2감광층을 도포하고 상기 전극층의 상면에 증착된 제2솔더 금속층이 노출되도록 패터닝하는 단계; 및
(d)노출된 상기 제2솔더 금속층의 상면에 솔더 범프를 형성한 다음, 상기 제1 및 제2감광층을 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 플립 칩 솔더제조 방법을 제공한다.
여기서, 상기 전극층 및 패시베이션층은 스트라이프 형태로 패터닝하는 것이 바람직하다.
상기 전극층은 Al로 형성할 수 있으며, 상기 패시베이션층은 폴리이미드, 실리콘 옥사이드를 포함하는 금속 산화물, 또는 실리콘 나이트라이드를 포함하는 금속 질화물로 형성하할 수 있다.
상기 (d)단계에서, 상기 솔더 범프는 전해도금법으로 형성할 수 있다.
상기 제(c)단계에서, 상기 감광층은 플라즈마 또는 자외선으로 표면처리하여 친수성을 주는 것이 바람직하다.
상기 제(d)단계에서, 상기 솔더 범프는 스크린 프린팅법으로 형성할 수 있다.
상기 (c)단계는,
상기 제1솔더 금속층을 이베포레이션법을 이용하여 상기 전극층의 상면에 증착하는 단계; 및
상기 제1솔더 금속층의 상면에 전해도금법으로 상기 제2솔더 금속층을 플레이팅하는 단계;를 포함한다.
여기서, 상기 제1솔더 금속층을 상기 전극층의 상면에 증착하기 전, 상기 전극층을 보호하는 보호 금속층을 이베포레이션법을 이용하여 상기 제1감광층, 전극층 및 패시베이션층의 표면에 증착하는 것이 바람직하다.
상기 제1 및 제2솔더 금속층은 Ni로 형성할 수 있으며, 상기 보호 금속층은Ti로 형성할 수 있다.
상기 (d)단계는,
노출된 상기 제2솔더 금속층 상에 상기 솔더 범프를 형성하는 단계;
상기 제2감광층의 다이싱 포지션에 광을 조사하는 단계; 및
상기 제1 및 제2감광층을 스트리퍼를 이용하여 제거하는 단계;를 포함한다.
상기 (d)단계 다음에, 상기 솔더 범프에 열을 가하여 리플로우시킴으로써 솔더 볼로 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 솔더 식각 공정을 제거하여 습식 식각에 의해 발생할 수 있는 솔더 손상 문제를 차단하고 공정을 단순화하였다.
이하 본 발명의 실시예에 따른 플립 칩 솔더 제조 방법을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1a 내지 도 1o는 본 발명의 실시예에 따른 플립 칩 솔더 제조방법을 간략히 나타낸 공정도이다.
먼저 도 1a에 도시된 바와 같이, 기판(10) 상에 금속층(11)을 증착한다. 금속층(11)으로는 주로 알루미늄을 이용하며, 스퍼터링(sputtering)법 또는 이베포레이션(evaporation)법을 이용하여 증착한다. 다음 도 1b에 도시된 바와 같이, 금속층(11) 상에 제1감광층(PR1)을 도포하고 그 상면에 마스크(M1)를 위치시키고 노광, 현상, 식각 및 세정 공정을 포함하는 포토공정을 실행하여 도 1c에 도시된 바와 같이 금속층(11)을 소정 형태로 패터닝하여 전극 라인을 형성한다. 금속층(11)은 일반적으로 스트라이프 패턴으로 형성한다.
다음, 도 1d에 도시된 바와 같이 전극 라인(11) 상에 패시베이션층(12)을 증착하는데, 패시베이션층(12)은 일반적으로 실리콘 옥사이드를 포함하는 금속 산화물, 실리콘 나이트라이드를 포함하는 금속 질화물, 또는 폴리이미드를 사용한다. 다시 패시베이션층(12) 상면에 제2감광층(PR2)을 도포하고 마스크(M2)를 위치시킨 다음, 도 1e에 도시된 바와 같이 노광, 현상, 식각, 세정 공정을 포함한 포토공정을 실행한다.
상술한 포토 공정을 실행하면 도 1f에 도시된 바와 같이 전극층(11)이 노출되고 전극층(11) 사이에는 소정 형태의 패시베이션층(12)이 위치하여 전극층(11) 간 절연을 시킨다. 전극층(11)을 스트라이프 패턴으로 패터닝하는 경우 패시베이션층(12)도 일반적으로 스트라이프 패턴으로 패터닝한다.
다음, 도 1g에 도시된 바와 같이 전극층(11) 및 패시베이션층(12)의 상면에 30~40μm 정도의 두께로 제3감광층(13)을 도포하고 그 상면에 마스크(M3)를 위치시켜 노광, 현상 및 식각공정을 실행하여 도 1h에 도시된 바와 같이 전극층(11)이 노출되도록 제3감광층(13)을 패터닝한다. 패시베이션층(12) 의 상면에 위치하는 제3감광층(13)은 식각하지 않고 잔류시킨다.
도 1h에 도시된 구조체의 상면에 도 1i에 도시된 바와 같이 솔더 범프가 접합될 수 있도록 제1솔더 금속층(14')을 이베포레이션법으로 도포하고 다시 그 상면에 전해도금법으로 제2솔더 금속층(14)을 플레이팅한다. 여기서, 제1 및 제2솔더 금속층(14', 14)으로는 Ni를 주로 사용하는데, 제1솔더 금속층(14')은 전극층(11) 및 패시베이션층(12)의 상면과 제3감광층(13)의 측면에 얇게 도포되어 전극층(11)및 패시베이션층(12)을 연결하는 전기적 통로의 기능을 한다.
여기서, 식각 공정 수행시 전극층(11)을 보호하고 솔더 잔류물이 남지 않도록 보호 금속층(미도시)을 제1솔더금속층(14')을 증착하기 전 제3감광층(13), 전극층(11) 및, 패시베이션층(12)의 상면에 증착할 수 있다. 예를 들어 보호 금속층으로 Ti층을 Ni층을 증착하기 전에 이베포레이션법으로 증착할 수 있다. Ti층은 1000~4000Å정도로 증착하고, Ni층은 1000~3000Å 정도로 증착하는 것이 적합하며, 전해도금으로 증착된 Ni층은 2~5μm 정도의 두께가 적절하다.
다음 도 1j에 도시된 바와 같이, 제2솔더 금속층(14) 상면에 제4감광층(15)을 도포하고 도 1g에서 사용한 마스크와 동일한 마스크(M3)를 위치시키고 노광, 현상 및, 식각 공정을 실행하여 도 1k에 도시된 바와 같이 전극층(12)의 상면에 위치한 제2솔더 금속층(14)을 노출시키도록 제4감광층(15)을 패터닝한다. 전해도금법으로 솔더 범프를 플레이팅하는 경우 제4감광층(15)에 친수성의 특성을 주기 위해 플라즈마 처리 또는 자외선으로 표면 처리를 하는 것이 바람직하다.
도 1l에는 제3 및 제4감광층(13, 15)이 제1 및 제2솔더 금속층(14', 14)을 사이에 두고 적층된 구조에 솔더 범프(16)를 형성시키는 공정이 개시되어 있다. 형성된 구조체를 솔더 용액에 담가 솔더 플레이팅을 실시하면 솔더 범프(16)는 전극층(12) 상면에 위치하는 제2솔더 금속층(14)의 상면에 형성된다. 솔더 범프(16)는 전해 도금법 이외에 스크린 프린팅법으로 형성될 수 있다. 스크린 프린팅법으로 솔더 범프(16)를 형성하는 경우 제4감광층(15)의 표면처리 공정은 생략할 수 있다.
다음, 제3 및 제4감광층(13, 15)의 제거를 용이하게 하기 위해 도 1m에 도시된 바와 같이 복수의 칩으로 분리시키기 위해 다이싱 될 위치(P)에 레이저를 조사하여 제3 및 제4감광층(13, 15) 및 제1 및 제2솔더 금속층(14, 14')과 웨이퍼 간의 접착부분을 커팅한다.
솔더 범프(16)만을 잔류시키도록 식각제(PR-stripper)를 이용해 제3 및 제4감광층(14, 15)을 리프트-오프 시킨다. 그러면 도 1n에 도시된 바와 같이, 제3 및 제4감광층(13, 15) 사이에 위치하던 제1 및 제2솔더 금속층(14', 14)도 함께 제거되고 전극층(12)의 상면에 위치하는 제2솔더 금속층(14)에 접합되는 솔더 범프(16)만이 잔류하게 된다. 솔더 범프(16)에 열을 가하여 리플로우시킴으로써 솔더 볼(16a) 형태로 변화시킨 형태가 도 1o에 도시되어 있다.
본 발명은 솔더 범프 식각 또는 Ti 식각 등의 공정을 제거할 수 있어 공정 단계를 단축시킬 수 있으며 식각 과정시 잔류하는 금속 입자로 인한 불량이 감소될 수 있어 반도체 칩 패키지 공정에 이용시 반도체 칩의 불량을 감소시킬 수 있다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 플립 칩 솔더 제조 방법은 공정 순서를 단순화시키고 솔더 또는 금속 잔류물로 인한 불량 문제를 해결하여 반도체 칩 패키지 공정 이용시 반도체 칩의 불량을 감소시킬 수 있다.
Claims (14)
- (a)기판 상에 전극층을 증착하고 소정 형태로 패터닝한 다음, 상기 전극층 상에 패시베이션층을 증착하고 상기 패시베이션층 사이에 상기 전극층이 노출되도록 패터닝하는 단계;(b)상기 전극층과 패시베이션층의 상면에 제1감광층을 도포하고 상기 전극층 및 패시베이션층의 일부가 노출되도록 패터닝하는 단계;(c)상기 제1감광층, 전극층 및 패시베이션층의 표면에 제1 및 제2솔더 금속층을 순서대로 증착한 다음, 상기 제2솔더 금속층의 표면에 제2감광층을 도포하고 상기 전극층의 상면에 증착된 제2솔더 금속층이 노출되도록 패터닝하는 단계; 및(d)노출된 상기 제2솔더 금속층의 상면에 솔더 범프를 형성한 다음, 상기 제1 및 제2감광층을 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 플립 칩 솔더 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 전극층 및 패시베이션층은 스트라이프 형태로 패터닝하는 것을 특징으로 하는 플립 칩 솔더 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 전극층은 Al로 형성하는 것을 특징으로 하는 플립 칩 솔더 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 패시베이션층은 폴리이미드, 실리콘 옥사이드를 포함하는 금속 산화물, 또는 실리콘 나이트라이드를 포함하는 금속 질화물로 형성하는 것을 특징으로 하는 플립 칩 솔더 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 (d)단계에서,상기 솔더 범프는 전해도금법으로 형성하는 것을 특징으로 하는 플립 칩 솔더 제조 방법.
- 제 5 항에 있어서, 상기 제(c)단계에서,상기 감광층은 플라즈마 또는 자외선으로 표면처리하여 친수성을 주는 것을 특징으로 하는 플립 칩 솔더 제조 방법.
- 제 5 항에 있어서, 상기 제(d)단계에서,상기 솔더 범프는 스크린 프린팅법으로 형성하는 것을 특징으로 하는 플립 칩 솔더 제조 방법.
- 제 5 항에 있어서, 상기 제(c)단계는,상기 제1솔더 금속층을 이베포레이션법을 이용하여 상기 제1감광층, 전극층및 패시베이션층의 표면에 증착하여 전기적 통로를 형성하는 단계; 및상기 제1솔더 금속층의 상면에 전해도금법으로 상기 제2솔더 금속층을 플레이팅하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 플립 칩 솔더 제조 방법.
- 제 8 항에 있어서,상기 제1솔더 금속층을 상기 전극층의 상면에 증착하기 전, 상기 전극층을 보호하는 보호 금속층을 이베포레이션법을 이용하여 상기 제1감광층, 전극층 및 패시베이션층의 표면에 증착하는 것을 특징으로 하는 플립 칩 솔더 제조 방법.
- 제 1 항, 제 8 항 및 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제1솔더 금속층은 Ni인 것을 특징으로 하는 플립 칩 솔더 제조 방법.
- 제 1 항 또는 제 8 항에 있어서,상기 제2솔더 금속층은 Ni인 것을 특징으로 하는 플립 칩 솔더 제조 방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 보호 금속층은 Ti인 것을 특징으로 하는 플립 칩 솔더 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 (d)단계는,노출된 상기 제2솔더 금속층 상에 상기 솔더 범프를 형성하는 단계;상기 제2감광층의 다이싱 포지션에 광을 조사하는 단계; 및상기 제1 및 제2감광층을 스트리퍼를 이용하여 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 플립 칩 솔더 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 (d)단계 다음에,상기 솔더 범프에 열을 가하여 리플로우시킴으로써 솔더 볼로 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플립 칩 솔더 제조 방법.
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