KR20060054691A - Semiconductor device having solder bump and method of manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 솔더 범프를 구비한 반도체 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 개시된 본 발명은, 상부면에 복수개의 콘택 패드를 구비한 기판을 준비한 후 콘택 패드를 덮어 싸도록 기판상에 융합 차단벽층을 형성하고, 융합 차단벽층을 패터닝하여 융합 차단벽을 형성하고 콘택 패드 상부면을 노출시킨 다음, 기판 전면에 UBM층을 형성하고, 솔더 범프 영역을 정의하는 개구부를 갖는 포토레지스트 패턴을 UBM층 표면에 형성한 후, 개구부 내에 범프 물질을 형성한 다음 포토레지스트 및 개구부 영역 외의 UBM층을 제거하여 솔더 범프를 형성한다. 그러므로, 본 발명은 솔더 범프를 구비한 반도체 장치의 접속 시에 범프 멜트가 융합되는 것을 방지하여 불량률을 감소시킬 수 있다.The present invention relates to a semiconductor device having solder bumps and a method of manufacturing the same. According to the present invention, after preparing a substrate having a plurality of contact pads on an upper surface thereof, a fusion barrier layer is formed on the substrate so as to cover the contact pad, and the fusion barrier layer is patterned to form a fusion barrier and the top of the contact pad. After the surface is exposed, a UBM layer is formed on the entire surface of the substrate, a photoresist pattern having an opening defining the solder bump area is formed on the surface of the UBM layer, and then a bump material is formed in the opening, and then outside the photoresist and the opening area. The UBM layer is removed to form solder bumps. Therefore, the present invention can prevent the bump melt from fusing at the time of connection of a semiconductor device with solder bumps, thereby reducing the defective rate.

범프, 솔더, 피치, 패드 Bump, solder, pitch, pad                                                      

Description

솔더 범프를 구비한 반도체 장치 및 그 제조방법{SEMICONDUCTOR DEVICE HAVING SOLDER BUMP AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME} Semiconductor device with solder bumps and method for manufacturing same {SEMICONDUCTOR DEVICE HAVING SOLDER BUMP AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

도 1a 및 도 1b는 종래 기술의 문제점을 설명하기 위한 단면도들,1a and 1b are cross-sectional views for explaining the problem of the prior art,

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시를 위해 제공되는 기판 구조물의 단면도들,2A and 2B are cross-sectional views of a substrate structure provided for practicing the present invention,

도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 장치 제조과정 중 융합 차단벽층 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들,3A to 3D are cross-sectional views illustrating a method for forming a fusion barrier layer during a semiconductor device manufacturing process according to an embodiment of the present invention;

도 4a 내지 도 4g는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 장치 제조과정 중 융합 차단벽을 형성하고 콘택 패드의 상부면을 노출시키는 방법을 설명하기 위한 단면도들 및 평면도들,4A through 4G are cross-sectional views and plan views illustrating a method of forming a fusion barrier and exposing a top surface of a contact pad during a semiconductor device fabrication process according to an embodiment of the present invention;

도 5a 내지 도 5f는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 장치 제조과정 중 노출된 콘택 패드 상에 솔더 범프를 형성하는 방법을 설명하기 위한 단면도들,5A through 5F are cross-sectional views illustrating a method of forming solder bumps on exposed contact pads during a semiconductor device manufacturing process according to an embodiment of the present invention;

도 6a 내지 도 6b는 융합 차단벽의 구조를 설명하기 위한 사시도, 평면도 및 단면도, 6a to 6b is a perspective view, a plan view and a cross-sectional view for explaining the structure of the fusion barrier,

도 7a 내지 도 7d는 융합 차단벽의 응용을 설명하기 위한 단면도들이다. 7A to 7D are cross-sectional views illustrating an application of a fusion barrier.

<도면의 주요 부호에 대한 간략한 설명><Brief description of the major symbols in the drawings>

100 : 기판 110 : 콘택 패드100: substrate 110: contact pad

130 : 융합 차단벽층132 : 융합 차단벽130: fusion barrier layer 132: fusion barrier

150 : UBM층150' : UBM 패턴 150: UBM layer 150 ': UBM pattern

180, 180' : 솔더 범프180, 180 ': solder bump

본 발명은 반도체 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 솔더 범프를 구비한 반도체 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a semiconductor device having a solder bump and a method for manufacturing the same.

최근, 집적 회로(Integrated Circuit; IC) 칩의 속도 증가와 노이즈 감소를 위해 더 큰 입출력(Input Output: I/O) 대역폭(bandwidth)이 필요하며, 이를 위해 칩과 칩 서포트(chip support) 혹은 칩과 칩 사이의 접속 매개체로 사용되는 솔더 범프의 단위 면적당 개수의 증가가, 달리 표현하면 범프 피치(pitch)의 감소가, 요구되고 있다. 그러나 범프 피치가 감소함에 따라, 범프의 크기 차이 및 반도체 장치를 구성하는 기판의 굴곡에 의해 접속 시 불량 발생률이 증가하게 된다.Recently, in order to increase the speed and reduce the noise of an integrated circuit (IC) chip, a larger input output (I / O) bandwidth is required, and for this, a chip, a chip support, or a chip is required. An increase in the number per unit area of the solder bumps used as a connection medium between the chip and the chip, in other words, requires a decrease in the bump pitch. However, as the bump pitch decreases, the defective occurrence rate at the time of connection increases due to the difference in the size of the bumps and the bending of the substrate constituting the semiconductor device.

예를 들면, 도 1a는 종래 기술에서 범프 크기차이에 의한 칩 접속 시의 문제점을 도시한 개략도이다. 콘택 패드와(12)와 솔더 범프(30, 40)가 형성된 제1 기판(10)을 이에 대응하는 제2 기판(20)에 근접시켜 솔더 범프(30, 40)와 제2 기판(20) 상의 콘택 패드(22)간의 접촉을 시도할 때, 도시된 바와 같이 범프 크기의 차이에 의해 크기가 작은 솔더 범프(40)는 콘택 패드(22)와 접촉을 못하고 둘 사이에는 S만큼의 공간이 생겨나게 된다. 이어서, 온도를 높여 솔더 범프(30, 40)를 녹임으로서 콘택 패드(22)와 웨팅(wetting)을 시도한다. 이때, 범프가 녹아 무너지면서(collapse 되면서) 줄어드는 범프의 높이는 범프와 콘택 패드의 모양에 따라 다르지만 구형의 범프인 경우 대체적으로 범프 직경의 약 10% 정도 높이가 감소하게 된다. 그러므로 도면에서 크기가 작은 범프(40)와 콘택 패드(22) 간의 공간 S가, 크기가 큰 솔더 범프(30)가 녹아 무너지면서 줄어드는 높이보다 크게 되면 크기가 작은 솔더 범프(30)는 콘택 패드(22)와 접촉할 수 없게 된다. 여기서 크기가 작은 솔더 범프(40)와 콘택 패드(22)와의 웨팅을 이루기 위해 도 1b에 도시된 바와 같이, 외부 힘 F를 인가하여 크기가 작은 범프의 멜트(40')가 대응하는 콘택 패드(22)를 접촉하도록 제1 기판(10)과 제2 기판(20)을 근접시킨다. 그러면, 도시된 바와 같이 크기가 작은 범프의 멜트(40')도 콘택 패드(22)를 웨팅하면서 접속을 이룰 수 있게 된다. 그러나 이때, 두 기판(10, 20)을 필요이상 근접시키게 되면 도시된 바와 같이 크기가 큰 범프의 멜트(30')간에 융합이 일어나게 되어 브리지(bridge)(44)를 형성하게 된다. 이러한 브리지(44)는 회로의 합선(short circuit)을 일으켜 불량의 원인이 된다. For example, FIG. 1A is a schematic diagram showing a problem in chip connection due to bump size difference in the prior art. The first substrate 10 having the contact pads 12 and the solder bumps 30 and 40 formed thereon is adjacent to the corresponding second substrate 20 so as to be disposed on the solder bumps 30 and 40 and the second substrate 20. When attempting to contact between the contact pads 22, due to the difference in the bump size as shown, the small solder bumps 40 do not come into contact with the contact pads 22, the space is created between the two S . Subsequently, wetting the contact pads 22 and wetting by melting the solder bumps 30 and 40 by raising the temperature. At this time, the bump height that decreases as the bump melts (collapses) depends on the shape of the bump and the contact pad, but in the case of the spherical bump, the height is generally reduced by about 10% of the bump diameter. Therefore, when the space S between the small bump 40 and the contact pad 22 is larger than the height in which the large solder bumps 30 are melted and collapsed in the drawing, the small solder bumps 30 may be separated from the contact pads. 22) cannot be contacted. Here, as shown in FIG. 1B to wet the small solder bumps 40 and the contact pads 22, an external force F is applied to the melt bumps 40 ′ of the small bumps. The first substrate 10 and the second substrate 20 are brought into close contact with each other. Then, as shown, the bump 40 of the small bump 40 'may also be connected while wetting the contact pad 22. At this time, however, when the two substrates 10 and 20 are brought closer than necessary, fusion occurs between the melts 30 'of the large bumps as shown, thereby forming a bridge 44. Such a bridge 44 causes a short circuit of the circuit and causes a defect.

이상에서 살펴본 바와 같이, 범프와 대응 콘택 패드 사이의 간격 불균일성에 의해 접속이 이루어지지 않아 단락이 발생하거나 이를 극복하기 위해서 강제적으로 범프와 대응 콘택 패드를 근접시키려 할 때 다른 범프 사이에서 융합이 일어나 합선이 발생할 수 있다. 이러한 문제점은 특히 범프 피치가 감소할수록 커지게 되어, 범프 피치를 미세화 시키는데 있어 큰 제약 중의 하나가 되고 있다. As discussed above, when the connection is not made due to the uneven spacing between the bump and the corresponding contact pad, a short circuit occurs, or when a forcing of the bump and the corresponding contact pad is in close proximity to overcome the short circuit, fusion occurs between the other bumps. This can happen. This problem becomes larger especially as the bump pitch decreases, which is one of the big constraints in miniaturizing the bump pitch.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 솔더 범프 형성 면에 융합 차단벽을 형성하여 IC 칩의 접속 시 대응 기판과의 간격을 제어하고, 범프 멜트의 융합을 차단함으로써 접속 시 일어나는 단락 및 합선 불량을 줄일 수 있는 솔더 범프를 구비한 반도체 장치를 제공하는데 있다.An object of the present invention is to solve the problems of the prior art as described above, by forming a fusion barrier on the solder bump forming surface to control the gap with the corresponding substrate when the IC chip is connected, by blocking the fusion of the bump melt The present invention provides a semiconductor device having solder bumps capable of reducing short circuits and short circuit defects.

본 발명의 다른 목적은 상기 솔더 범프를 구비한 반도체 장치 제조 방법을 제공하는데 있다. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device having the solder bumps.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 장치는, 기판 상에 위치하는 복수개의 콘택 패드와, 상기 콘택 패드 위에 위치하는 UBM 패턴과, 상기 UBM 패턴 위에 위치하는 솔더 범프 및, 상기 기판 상부면으로부터 돌출되어 상기 범프 사이에 위치하는 복수개의 융합 차단벽을 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device including a plurality of contact pads positioned on a substrate, a UBM pattern positioned on the contact pad, a solder bump positioned on the UBM pattern, and a top surface of the substrate. It is characterized in that it comprises a plurality of fusion barriers protruding between the bumps.

또한, 상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 장치 제조 방법은, 복수개의 콘택 패드를 상부면에 구비한 기판을 준비하는 단계와, 상기 콘택 패드를 덮어 싸도록 상기 기판 상에 융합 차단벽층을 형성하는 단계와, 상기 융합 차단벽층을 패터닝하여 융합 차단벽을 형성하고 상기 콘택 패드의 상부면을 노출시키는 단계와, 상기 결과물 전면에 UBM층을 형성하는 단계와, 상기 UBM층 표면에 솔더 범프 영역을 정의하는 개구부를 갖는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와, 상기 개구부 내에 범프 물질 형성하는 단계와, 상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계와, 상기 UBM층 중 상기 개구부 영역 외에 형성된 부분을 제거하여 솔더 범프를 형성하는 단계 및, 상기 솔더 범프를 리플로우 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, including preparing a substrate having a plurality of contact pads on an upper surface thereof, and forming a fusion barrier layer on the substrate to cover the contact pads. Forming a fusion barrier and exposing a top surface of the contact pad, forming a UBM layer on the entire surface of the resultant, and solder bumps on the surface of the UBM layer. Forming a photoresist pattern having an opening defining a region, forming a bump material in the opening, removing the photoresist pattern, and removing a portion formed outside the opening region of the UBM layer by soldering Forming a bump, and reflowing the solder bump.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이며, 도면상에서 동일한 부호로 표시된 요소는 동일한 요소를 의미한다. 또한, 어떤 층 또는 부재가 다른 층 또는 기판 '상'에 있다 라고 기재되는 경우에, 상기 어떤 층 또는 부재는 상기 다른 층 또는 기판에 직접 접촉하여 존재할 수 있고, 또는 그 사이에 또 다른 막이나 부재가 개재되어질 수도 있다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described a preferred embodiment of the present invention. However, embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the shape and the like of the elements in the drawings are exaggerated to emphasize a more clear description, and the elements denoted by the same reference numerals in the drawings means the same elements. Also, where a layer or member is described as being 'on' another layer or substrate, the layer or member may be in direct contact with the other layer or substrate, or another film or member in between. May be interposed.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시를 위해 제공되는 기판 구조물의 단면도들이다. 도시된 바와 같이 기판(100, 102)은 복수개의 콘택(contact) 패드(110, 112)를 상부면에 구비한다. 여기서, 상부면이라 함은 도면상의 상부를 의미하므로 실제 웨이퍼에서는 웨이퍼 전면이 될 수도 있고 후면이 될 수도 있다. 상기 기판(100, 102)은 도시하지는 않았지만 반도체 집적회로(IC)를 내포하며 상기 콘택 패드(110, 112)는 집적회로의 금속 배선과 연결되어 있다. 도 2a에 도시된 콘택 패드(110)는 Al 또는 Al 합금으로 구성된 콘택 패드를 나타내며, 최상부층은 TiN과 같은 반사방지막(Anti Reflection Coating: ARC)이 형성될 수 있다. 도 2b의 콘택 패드(112)는 Cu나 W로 구성된 콘택 패드를 나타내며 대머신 공정으로 형성되어 패드의 대부분이 기판(102) 내에 존재하며 상부면만 노출되게 된다. 이와 같이 대머신 공정으로 형성된 패드는 플러그 형태를 띠기도 하며, 특히 Cu의 경우에는 기판(102) 상부를 실리콘질화막과 같은 비활성화층(passivation layer)(104)으로 형성할 수 있다. 이후, 도 2a의 콘택 패드(110)가 돌출된 형태를 갖는 기판(100)을 중심으로 본 발명에 따른 반도체 장치 제조 방법을 설명하기로 한다. 2A and 2B are cross-sectional views of a substrate structure provided for practicing the present invention. As shown, the substrates 100 and 102 have a plurality of contact pads 110 and 112 on their upper surfaces. Here, since the upper surface means the upper portion in the drawing, the wafer may be the front surface or the rear surface of the actual wafer. Although not illustrated, the substrates 100 and 102 may include a semiconductor integrated circuit (IC), and the contact pads 110 and 112 may be connected to metal wires of the integrated circuit. The contact pad 110 illustrated in FIG. 2A represents a contact pad made of Al or an Al alloy, and an upper reflection layer may be formed with an anti reflection coating (ARC) such as TiN. The contact pad 112 of FIG. 2B represents a contact pad made of Cu or W and is formed by a damascene process so that most of the pad is present in the substrate 102 and only the top surface thereof is exposed. The pad formed by the damascene process may have a plug shape. In particular, in the case of Cu, an upper portion of the substrate 102 may be formed of a passivation layer 104 such as a silicon nitride film. Next, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present disclosure will be described based on the substrate 100 having the shape in which the contact pads 110 of FIG. 2A protrude.

도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 장치 제조과정 중 융합 차단벽층을 형성하는 방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 3A to 3D are cross-sectional views illustrating a method of forming a fusion barrier layer during a semiconductor device manufacturing process according to an embodiment of the present invention.

먼저 도 3a를 참조하면, 상기 기판(100) 상에 상기 콘택 패드(110)를 덮어 싸도록 융합 차단벽층(130)을 형성한다. 상기 융합 차단벽층(130)은 절연막으로 이루어지며 바람직하게는 금속 확산 및 수분의 침투를 막을 수 있는 비활성(passivating) 절연물질로 이루어지도록 한다. 그러므로 상기 융합 차단벽층(130)은 실리콘산화막, 실리콘질화막, BCB(BezoCycloButene)막 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 상기 융합 차단벽층(130)은 CVD(Chemical Vapor Deposition) 혹은 스핀코팅(spin coating) 방법에 의해 형성될 수 있다. 상기 융합 차단벽층(130)은 후에 형성될 솔더 범프들이 멜트(melt) 상태에서 서로 융합되는 것을 차단하고, 또한 상기 기판(100)과 대응하는 기판에 제어된 간격만큼 근접시키는데 필요한 융합차단벽 형성을 위한 것으로 형성두께는 예정된 범프 크기 및 피치에 따라 결정되는 것이 바람직하다. First, referring to FIG. 3A, a fusion barrier layer 130 is formed on the substrate 100 to cover the contact pad 110. The fusion barrier layer 130 is made of an insulating film, preferably made of a passivating insulating material that can prevent metal diffusion and penetration of moisture. Therefore, the fusion barrier layer 130 may be formed of a silicon oxide film, a silicon nitride film, a BCB (BezoCycloButene) film, or a combination thereof. The fusion barrier layer 130 may be formed by chemical vapor deposition (CVD) or spin coating. The fusion barrier layer 130 prevents the solder bumps to be formed later from being fused to each other in a melt state, and also forms the fusion barrier wall necessary to approach the substrate 100 and the corresponding substrate by a controlled distance. The forming thickness is preferably determined according to the predetermined bump size and pitch.

도 3b 및 도 3c는 융합 차단벽층(130) 형성의 일예를 도시한 것으로, 먼저 도 3b와 같이 상기 기판(100) 상에 실리콘산화막 혹은 실리콘질화막과 같은 CVD로 형성된 제1 절연막(122)을 형성하여 상기 콘택 패드(110)를 덮어 싼 다음 패터닝을 통해 상기 콘택 패드(110)의 상부면을 노출시킨다. 그런 다음, BCB와 같은 제2 절연막(124)을 상기 결과물 위에 형성함으로써 도 3c에 도시된 바와 같이 제1 절연막 패턴(122')과 제2 절연막(124)으로 이루어진 융합 차단벽층(130)을 형성할 수 있다.3B and 3C illustrate an example of forming the fusion barrier layer 130. First, as shown in FIG. 3B, a first insulating layer 122 formed of CVD, such as a silicon oxide film or a silicon nitride film, is formed on the substrate 100. To cover the contact pad 110 and expose the upper surface of the contact pad 110 through patterning. Then, a second insulating film 124 such as BCB is formed on the resultant to form a fusion barrier layer 130 formed of the first insulating film pattern 122 ′ and the second insulating film 124, as shown in FIG. 3C. can do.

도 3d는 융합 차단벽층(130) 형성의 다른 예를 도시한 것으로, 먼저 상기 기판(100) 상에 실리콘산화막 혹은 실리콘질화막과 같은 제1 절연막(126)을 형성하여 상기 콘택 패드(110)를 덮어 싼 다음 뒤이어 BCB와 같은 제2 절연막(128)을 형성함으로써 제1 절연막(126)과 제2 절연막(128)으로 이루어진 융합 차단벽층(130)을 형성할 수 있다.3D illustrates another example of forming the fusion barrier layer 130. First, a first insulating layer 126, such as a silicon oxide layer or a silicon nitride layer, is formed on the substrate 100 to cover the contact pad 110. Next, after forming the second insulating film 128 such as BCB, the fusion barrier layer 130 formed of the first insulating film 126 and the second insulating film 128 can be formed.

도 4a 내지 도 4g는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 장치 제조과정 중 상기 융합 차단벽층(130)을 패터닝하여 융합 차단벽을 형성하고 상기 콘택 패드(110)의 상부면을 노출시키는 방법을 설명하기 위한 단면도들 및 평면도들이다.4A to 4G illustrate a method of forming a fusion barrier by exposing the fusion barrier layer 130 and exposing an upper surface of the contact pad 110 during a semiconductor device fabrication process according to an embodiment of the present invention. Cross-sectional views and plan views.

먼저 도 4a를 참조하면, 상기 융합 차단벽층(130)을 패터닝 하여 융합 차단벽(132)을 형성하고 상기 콘택 패드(110)의 상부면을 노출시킨다. 상기 융합 차단벽(132)은 융합 차단벽층(130)의 일부이지만 도면의 이해를 쉽게 하기 위해서 다른 부호를 부여하고 벽돌무늬로 표시하기로 한다. First, referring to FIG. 4A, the fusion barrier layer 130 is patterned to form a fusion barrier 132 and expose the top surface of the contact pad 110. The fusion barrier 132 is a part of the fusion barrier layer 130, but for ease of understanding of the drawings will be given a different reference numerals and will be represented by a brick pattern.

도 4b 내지 도 4d는 융합 차단벽(132) 형성과 콘택 패드(110) 상부면 노출을 분리하여 진행하는 경우를 설명하기 위한 것인데, 상기 도 3d의 제1 절연막(126) 및 제2 절연막(128)으로 이루어진 융합 차단벽층(130)에 적용한 예를 도시한 것이다. 먼저 도 4b를 참조하면, 1차 패터닝을 통해 상기 콘택 패드(110) 위에 형성된 제1 절연막(126)이 노출 될 때까지 상기 제2 절연막(128)의 소정 영역을 제거하면 도시된 바와 같이 융합 차단벽(132)이 형성된다. 이를 위해서는 제1 및 제2 절연막이 실리콘질화막과 BCB와 같이 식각 선택비가 큰 것이 바람직하다. 이어서 도 4c에 도시된 바와 같이 추가 식각을 통해, 바람직하게는 상기 제1 절연막(126)이 빨리 식각되도록 화학작용(chemistry)을 변화시켜, 상기 콘택 패드(110)의 상부면을 노출시킨다. 도 4d를 참조하면, 상기 도 4b의 구조에서 2차 패터닝을 통해 상기 제1 절연막(126)의 소정 영역을 제거하여 상기 콘택 패드(110)의 상부면을 노출 시킨다. 이때, 도시된 바와 같이 상기 콘택 패드(110)의 상부면 전체를 노출시키지 않고 일부분만을 노출 시킬 수 있다. 이상과 같이 상기 융합차단벽(132) 형성과 콘택 패드(110) 상부면 노출을 분리하여 진행하면, 상기 제2 절연막(128)이 두꺼울 경우 이에 수반되는 과식각(over etching)에 의한 콘택 패드(110) 상부면의 손상을 최소화 할 수 있다.4B to 4D illustrate a case where the formation of the fusion barrier wall 132 and the exposure of the upper surface of the contact pad 110 are performed by separating the first insulating layer 126 and the second insulating layer 128 of FIG. 3D. Figure 1 shows an example applied to the fusion barrier layer 130 is made of. First, referring to FIG. 4B, when the predetermined region of the second insulating layer 128 is removed until the first insulating layer 126 formed on the contact pad 110 is exposed through primary patterning, as shown in FIG. Wall 132 is formed. For this purpose, it is preferable that the first and second insulating layers have a high etching selectivity like the silicon nitride film and BCB. Subsequently, through additional etching, as shown in FIG. 4C, chemistry is preferably changed to quickly etch the first insulating layer 126 to expose the top surface of the contact pad 110. Referring to FIG. 4D, the upper surface of the contact pad 110 is exposed by removing a predetermined region of the first insulating layer 126 through secondary patterning in the structure of FIG. 4B. In this case, as shown, only a part of the contact pad 110 may be exposed without exposing the entire upper surface. As described above, when the formation of the fusion barrier wall 132 and the exposure of the upper surface of the contact pad 110 are performed separately, when the second insulating layer 128 is thick, a contact pad due to over etching accompanying the second insulating film 128 ( 110) Minimize damage to the top surface.

도 4e는 융합 차단벽 형성 및 콘택 패드 상부면 노출의 다른 방법을 도시한 것이다. 패터닝을 통해 융합 차단벽(132) 형성과 콘택 패드(110) 상부면의 노출을 마친 후, 추가로 상부절연막(도시하지 않음)을 상기 결과물 전면에 증착한 다음 도시된 바와 같이 상기 콘택 패드(110)의 상부면을 노출시키도록 상부절연막을 패터닝하면, 상기 상부면을 제외하고 상기 결과물 전면이 상부절연막 패턴(134)으로 덮이게 된다. 여기서 상부절연막 패턴(134)은 실리콘질화막, 실리콘산화막 또는 이들의 조합으로 이루어지는 것이 바람직하다. 이와 같이 무기화합물 계통의 상부절연막 패턴(134)을 형성함으로써 후속되는 금속막 형성 시에 금속막의 접착력을 향상시킬 수 있고 화합물로 구성된 융합 차단벽(132)의 경우 유기용제에 대한 방어막을 구성할 수 있는 장점이 있다. 4E illustrates another method of fusion barrier formation and contact pad top surface exposure. After forming the fusion barrier 132 and exposing the top surface of the contact pad 110 through patterning, an additional insulating layer (not shown) is further deposited on the entire surface of the resultant, and then the contact pad 110 is shown as shown. When the upper insulating layer is patterned to expose the upper surface of the substrate, the entire surface of the resultant is covered with the upper insulating layer pattern 134 except for the upper surface. The upper insulating film pattern 134 may be formed of a silicon nitride film, a silicon oxide film, or a combination thereof. By forming the upper insulating film pattern 134 of the inorganic compound system as described above, the adhesion of the metal film can be improved during the subsequent metal film formation, and in the case of the fusion barrier wall 132 composed of the compound, a protective film against organic solvents can be formed. There is an advantage.

도 4f 및 도 4g는 상술한 방법에 의해 형성된 융합 차단벽의 예를 도시하는 평면도들 및 단면도들이다. 도시된 바와 같이 상기 융합 차단벽(132, 132')은 복수개로 구성되어 있으며, 가장 가까운 콘택 패드(110, 110')들 사이에 형성되어 있는 예를 보여주고 있다. 융합 차단벽에 대한 구조는 솔더 범프가 형성된 단계에서 기술하기로 한다. 4F and 4G are plan views and cross-sectional views illustrating examples of fusion barrier walls formed by the method described above. As shown in the drawing, the fusion barrier walls 132 and 132 'are formed in plural and show an example formed between the closest contact pads 110 and 110'. The structure for the fusion barrier will be described at the stage where solder bumps are formed.

도 5a 내지 도 5f는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 장치 제조과정 중 상기 노출된 콘택 패드(110) 상에 솔더 범프를 형성하는 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.5A through 5F are cross-sectional views illustrating a method of forming solder bumps on the exposed contact pads 110 during a semiconductor device manufacturing process according to an embodiment of the present invention.

도 5a를 참조하면, 패터닝을 통해 융합 차단벽(132)이 형성되고 콘택 패드(110)의 상부면이 노출된 기판 구조물 전면에 UBM(Under Bump Metal)층(150)을 형성한다. 상기 UBM층(150)은 Ti, Ta, Cr, Ni, Cu, Pd, Au 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있으며 PVD나 도금 방법을 통해서 형성될 수 있다.Referring to FIG. 5A, an under bump metal (UBM) layer 150 is formed on the entire surface of the substrate structure through which the fusion barrier wall 132 is formed and the upper surface of the contact pad 110 is exposed. The UBM layer 150 may be made of Ti, Ta, Cr, Ni, Cu, Pd, Au, or a combination thereof and may be formed by PVD or plating.

도 5b를 참조하면, 상기 UBM층(150) 중 콘택 패드(110) 상부면을 덮고 있는 부분을 노출시키는 개구부(162)를 갖는 포토레지스트 패턴(160)을 상기 UBM층(150) 표면에 형성한다. 상기 개구부(162)는 솔더 범프 영역을 정의하게 되는데, 상기 UBM층(150)이 형성된 융합 차단벽(132)의 측면으로부터 소정의 간격(d로 도시됨)을 두고 형성되는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 5B, a photoresist pattern 160 having an opening 162 exposing a portion of the UBM layer 150 covering the upper surface of the contact pad 110 is formed on the surface of the UBM layer 150. . The openings 162 define solder bump regions, and the openings 162 may be formed at a predetermined distance (as shown by d) from the side surface of the fusion barrier wall 132 on which the UBM layer 150 is formed.

도 5c 내지 도 5f를 참조하면, 먼저 도 5c에서 상기 포토레지스트 패턴(160)에 의해 형성된 개구부(162) 내에 범프 물질(170)을 소정의 높이만큼 형성한다. 상기 범프 물질(170)로는 Pb, Sn, Sb, Ni, Ag, Cu, Bi, Zn, In 및 이들 중 선택된 금속들의 합금을 이용할 수 있다. 상기 개구부(162) 내의 범프 물질(170)의 형성은 도금 방법을 이용하는 것이 바람직하다. 이어서 상기 포토레지스트(160)를 제거한 후, 상기 범프 물질(170)을 마스크 삼아 상기 UBM층(150) 중 범프 물질(170)이 형성된 영역 외의 부분을 식각 제거하면, 즉 상기 개구부(162) 영역 외에 형성된 부분을 제거하면, 도 5d에 도시된 바와 같이 상기 융합 차단벽(132) 측면과의 사이에 갭(g로 도시됨)을 갖으며 솔더 범프(180)가 형성된다. 여기서 상기 갭 g는 UBM층(150)의 식각으로 인해 상술한 간격 d보다 큰 값을 갖는다. 계속해서 도 5e에 도시된 바와 같이 온도를 높여 상기 솔더 범프(180)를 리플로우 시키면 UBM 패턴(150')위에 구형의 솔더 범프(180')가 형성되는데, 상기 융합 차단벽(132) 측면과 솔더 범프(180') 사이에 갭(g'로 도시됨)이 존재할 수 있게 상기 범프 물질(170) 형성 시 높이를 조절하도록 한다. 상기 갭 g'의 크기는 상기 솔더 범프(180') 직경(w'로 도시됨)의 3% 내지는 60% 범위에 들도록 하는 것이 바람직하다. 도 5f는 상기 콘택 패드(110)가 부분적으로 노출된 상기 도 4d의 구조에서 상술한 방법에 의해 형성된 UBM 패턴(152)과 솔더 범프(180')를 나타내고 있다.5C through 5F, first, bump material 170 is formed in the opening 162 formed by the photoresist pattern 160 in FIG. 5C by a predetermined height. As the bump material 170, an alloy of Pb, Sn, Sb, Ni, Ag, Cu, Bi, Zn, In, and metals selected from these may be used. Formation of the bump material 170 in the opening 162 is preferably using a plating method. Subsequently, after the photoresist 160 is removed, a portion of the UBM layer 150 other than the region where the bump material 170 is formed is etched away using the bump material 170 as a mask, that is, outside the region of the opening 162. Removing the formed portion, a solder bump 180 is formed with a gap (shown in g) between the side of the fusion barrier 132 as shown in FIG. 5D. The gap g has a larger value than the above-described gap d due to the etching of the UBM layer 150. Subsequently, as shown in FIG. 5E, when the temperature is increased to reflow the solder bumps 180, spherical solder bumps 180 ′ are formed on the UBM pattern 150 ′. The height is adjusted when the bump material 170 is formed such that a gap (shown as g ') is present between the solder bumps 180'. The size of the gap g 'is preferably in the range of 3% to 60% of the solder bump 180' diameter (shown as w '). FIG. 5F shows the UBM pattern 152 and solder bumps 180 'formed by the method described above in the structure of FIG. 4D with the contact pad 110 partially exposed.

도 6a 내지 도 6b는 솔더 범프 형성 후 융합 차단벽의 구조를 설명하기 위한 사시도, 평면도 및 단면도이다.6A to 6B are a perspective view, a plan view, and a cross-sectional view for explaining the structure of a fusion barrier after solder bump formation.

융합 차단벽의 형성 및 구조에는 여러 가지 변형이 가능한데, 몇 가지 예를 들면, 먼저 도시된 바와 같이 범프 멜트가 융합되어도 문제가 없는 솔더 범프(180m, 180n) 사이에는 융합 차단벽을 형성하지 않을 수 있다. 즉, 모든 솔더 범프 사이에 융합 차단벽이 일률적으로 형성될 필요는 없다. 한편, 범프 멜트의 융합을 보다 철저히 차단하고자 하는 영역에서는 합쳐진(merged 된) 융합차단벽(132m)을 형성할 수 있다. 즉, 융합 차단벽의 크기 및 모양은 모두 같을 필요는 없고 영역에 따라 달라질 수 있다.Various modifications can be made to the formation and structure of the fusion barrier. For example, as shown in the drawing, the fusion barrier may not be formed between the solder bumps 180m and 180n which are not a problem even when the bump melt is fused. have. That is, the fusion barrier does not need to be uniformly formed between all the solder bumps. On the other hand, in a region where the fusion of the bump melt is to be more thoroughly blocked, a merged fusion blocking wall 132m may be formed. That is, the size and shape of the fusion barrier need not all be the same and may vary depending on the area.

통상적인 기판 접속 조건에서는 범프 맬트가 융합 차단벽을 구성하는 절연막을 웨팅하지 않으므로, 상기 융합 차단벽(132, 132m)들 간의 틈을 통해서 범프 멜트가 융합될 확률은 높지 않다. 오히려 상기 융합 차단벽(132, 132m)들 간의 틈은, 상기 기판(100)을 대응 기판(도시하지 않음)에 접속한 후, 솔더 범프(180', 180m, 180n) 사이로 에폭시와 같은 언더필(underfill)을 충진 할 때 상기 솔더 범프(180', 180m, 180n) 사이에 있는 공기가 쉽게 빠져나가게 하고 또 언더필이 쉽게 들어오게 하는 통로를 제공한다. Since the bump malt does not wet the insulating film constituting the fusion barrier under normal substrate connection conditions, the probability that the bump melt is fused through the gap between the fusion barriers 132 and 132m is not high. Rather, the gap between the fusion barrier walls 132 and 132m is an underfill such as epoxy between the solder bumps 180 ', 180m and 180n after connecting the substrate 100 to a corresponding substrate (not shown). ) Provides a passage through which the air between the solder bumps 180 ', 180m, 180n can be easily released and underfill easily enters.

상기 융합 차단벽(132, 132m)의 높이(b로 도시됨)는 범프 피치와 높이 그리고 융합 차단벽(132)의 폭 등에 따라 변해야 하는데, 상기 솔더 범프(180') 높이(s로 도시됨)의 20% 내지 90% 사이의 값을 갖는 것이 바람직하다. 범프 피치가 작아질수록 또한 융합 차단벽의 폭이 커질수록 융합 차단벽의 높이는 커져야 한다. 상기 융합 차단벽(132, 132m)의 높이는 상술한 융합 차단벽층(130)의 두께에 의해서 주로 결정된다. 또한, 상기 솔더 범프(180')의 높이는 하부의 UBM 패턴(150') 혹은 콘택 패드(110)의 형상 및 넓이와, 이들 위에 형성되는 범프 물질의 양에 의해 주로 결정된다.The height of the fusion barriers 132 and 132m (shown as b) should vary according to the bump pitch and height and the width of the fusion barrier 132, such as the height of the solder bumps 180 '(shown as s). It is preferred to have a value between 20% and 90% of. The smaller the bump pitch and the larger the width of the fusion barrier, the greater the height of the fusion barrier. The heights of the fusion barriers 132 and 132m are mainly determined by the thickness of the fusion barrier layer 130 described above. In addition, the height of the solder bumps 180 'is mainly determined by the shape and width of the lower UBM pattern 150' or contact pad 110 and the amount of bump material formed thereon.

도 7a 내지 도 7d는 융합 차단벽의 응용을 설명하기 위한 단면도들이다. 먼저 도 7a를 참조하면, 콘택 패드(310)를 구비한 기판(300)에 상술한 방법으로 융합 차단벽(330)과 솔더 범프(380, 390)를 형성한 다음, 상기 기판(300)을 대응 기판(400)에 접속하기 위하여 상기 기판(300)의 솔더 범프(380, 390)와 대응 기판(400)의 콘택 패드(410, 420)가 정렬되도록 놓는다. 여기서, 도시된 바와 같이 크기가 작은 솔더 범프(390)는 대응하는 콘택 패드(420)와 접촉을 할 수 없게 된다. 이어서, 온도를 상승 시켜 상기 솔더 범프(380, 390)를 녹이면 도 7b에 도시된 바와 같이 범프 멜트(380')가 대응하는 콘택 패드(410)를 웨팅하게 된다. 하지만, 상기 크기가 작은 솔더 범프(390)의 경우에는 범프 멜트(390')가 되어도 상기 대응하는 콘택 패드(420)와 접촉을 못할 수가 있다. 이때, 도 7c에 도시된 바와 같이 상기 기판(300, 400)에 힘 F를 인가하여 상기 두 기판(300, 400)을 상기 융합 차단벽(330)이 대응 기판(400)의 표면에 닿을 때까지 근접시킨다. 그러면 이미 웨팅을 이룬 상기 범프 멜트(380')는 눌리면서 옆으로 퍼지게 되고 상기 크기가 작은 범프 멜트(390')는 대응하는 콘택 패드(420)와 접촉하여 웨팅을 이루게 된다. 여기서 상기 융합차단벽(330)은 범프 멜트(380', 390')가 서로 융합되는 것을 차단하고 아울러 상기 두 기판(300, 400)이 필요 이상으로 근접하는 것을 방지하는 역할을 한다. 이후, 힘 F를 인가한 상태에서 상기 범프 멜트(380', 390')를 응고시켜도 되고 도 7d에 도시된 바와 같이 힘 F를 제거하여 상기 범프 멜트(380', 390')가 다시 오므려진 상태에서 응고시켜도 된다.7A to 7D are cross-sectional views illustrating an application of a fusion barrier. First, referring to FIG. 7A, the fusion barrier wall 330 and the solder bumps 380 and 390 are formed on the substrate 300 having the contact pads 310 in the above-described manner, and then the substrate 300 corresponds to the substrate 300. In order to connect to the substrate 400, the solder bumps 380 and 390 of the substrate 300 and the contact pads 410 and 420 of the corresponding substrate 400 are placed to align. Here, as illustrated, the small solder bump 390 may not be in contact with the corresponding contact pad 420. Subsequently, when the solder bumps 380 and 390 are melted by increasing the temperature, the bump melts 380 ′ wet the corresponding contact pads 410 as shown in FIG. 7B. However, the small solder bump 390 may not be in contact with the corresponding contact pad 420 even when the bump melt 390 ′ is used. At this time, as shown in FIG. 7C, a force F is applied to the substrates 300 and 400 until the two substrates 300 and 400 are brought into contact with the surface of the corresponding substrate 400. Get close. Then, the bump melt 380 ', which has already been wetted, is pressed and spreads laterally, and the small bump melt 390' is wetted in contact with the corresponding contact pad 420. Here, the fusion blocking wall 330 prevents the bump melts 380 'and 390' from being fused to each other and prevents the two substrates 300 and 400 from approaching more than necessary. Thereafter, the bump melts 380 'and 390' may be solidified while the force F is applied, or the bump melts 380 'and 390' are retracted by removing the force F as shown in FIG. 7D. You may solidify at.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명은 솔더 범프를 구비한 기판에 융합 차단벽을 형성함으로써 기판의 접속 시에 대응 기판과의 간격을 제어된 크기만큼 줄이고, 또한 범프 멜트가 융합되는 것을 차단함으로써 범프 크기 차이 및 기판의 굴곡으로 인한 반도체 장치의 접속 불량을 줄일 수 있고, 본 발명을 이용하여 극 미세(ultra fine) 범프 피치를 갖는 반도체 장치를 제조 및 접속 할 수 있다.As described above, the present invention provides a bump size by forming a fusion barrier on a substrate having solder bumps, thereby reducing the distance from the corresponding substrate at a controlled size when the substrate is connected, and blocking the bump melt from fusing. The connection failure of the semiconductor device due to the difference and the bending of the substrate can be reduced, and the semiconductor device having the ultra fine bump pitch can be manufactured and connected using the present invention.

한편, 본 발명은 상술한 실시 예에 국한되는 것이 아니라 후술되는 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상과 범주 내에서 당업자에 의해 여러 가지 변형이 가능하다.
On the other hand, the present invention is not limited to the above-described embodiment, various modifications are possible by those skilled in the art within the spirit and scope of the present invention described in the claims to be described later.

Claims (15)

기판 상에 위치하는 복수개의 콘택 패드;A plurality of contact pads positioned on the substrate; 상기 콘택 패드 위에 위치하는 UBM 패턴;A UBM pattern positioned on the contact pad; 상기 UBM 패턴 위에 위치하는 솔더 범프; 및A solder bump positioned on the UBM pattern; And 상기 기판 상부면으로부터 돌출되어 상기 솔더 범프 사이에 위치하는 복수개의 융합 차단벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.And a plurality of fusion barrier walls protruding from the upper surface of the substrate and positioned between the solder bumps. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 기판은 반도체 집적회로 칩인 것을 특징으로 하는 반도체 장치.And said substrate is a semiconductor integrated circuit chip. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 솔더 범프는 리플로우 된 것을 특징으로 하는 반도체 장치.And the solder bumps are reflowed. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 융합 차단벽은 절연막으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.And the fusion barrier is made of an insulating film. 제 4항에 있어서, The method of claim 4, wherein 상기 절연막은 실리콘산화막, 실리콘질화막, BCB(BezoCycloButene)막 또는 이들의 조합으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.And the insulating film is formed of a silicon oxide film, a silicon nitride film, a BCB (BezoCycloButene) film, or a combination thereof. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 솔더 범프와 융합 차단벽의 측면 사이에 갭이 존재하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.And a gap exists between the solder bumps and the sides of the fusion barrier. 제 6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 갭의 크기는 상기 솔더 범프 직경의 3% 내지 60%인 것을 특징으로 하는 반도체 장치.The gap size is a semiconductor device, characterized in that 3% to 60% of the solder bump diameter. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 융합 차단벽의 높이는 상기 솔더 범프 높이의 20% 내지 90%인 것을 특징으로 하는 반도체 장치.The height of the fusion barrier wall is a semiconductor device, characterized in that 20% to 90% of the height of the solder bump. 복수개의 콘택 패드를 상부면에 구비한 기판을 준비하는 단계;Preparing a substrate having a plurality of contact pads on an upper surface thereof; 상기 콘택 패드를 덮어 싸도록 상기 기판 상에 융합 차단벽층을 형성하는 단계;Forming a fusion barrier layer on the substrate to cover the contact pad; 상기 융합 차단벽층을 패터닝하여 융합 차단벽을 형성하고 상기 콘택 패드의 상부면을 노출시키는 단계;Patterning the fusion barrier layer to form a fusion barrier and exposing an upper surface of the contact pad; 상기 결과물 전면에 UBM층을 형성하는 단계;Forming a UBM layer on the entire surface of the resultant product; 상기 UBM층 표면에 솔더 범프 영역을 정의하는 개구부를 갖는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; Forming a photoresist pattern on the surface of the UBM layer having openings defining solder bump regions; 상기 개구부 내에 범프 물질 형성하는 단계;Forming bump material in the opening; 상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계;Removing the photoresist pattern; 상기 UBM층 중 상기 개구부 영역 외에 형성된 부분을 제거하여 솔더 범프를 형성하는 단계; 및Forming a solder bump by removing a portion of the UBM layer formed outside the opening region; And 상기 솔더 범프를 리플로우 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조 방법.And reflowing the solder bumps. 제 9항에 있어서, The method of claim 9, 상기 융합 차단벽층은 절연막으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조 방법. And the fusion barrier layer is made of an insulating film. 제 10항에 있어서, The method of claim 10, 상기 절연막은 실리콘산화막, 실리콘질화막, BCB막 또는 이들의 조합으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조 방법. And the insulating film is formed of a silicon oxide film, a silicon nitride film, a BCB film, or a combination thereof. 제 9항에 있어서, The method of claim 9, 상기 범프 물질의 형성은 도금 방법으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조 방법. The bump material is formed by a plating method. 제 9항에 있어서, The method of claim 9, 상기 리플로우된 솔더 범프와 융합 차단벽 측면 사이에 갭이 존재하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조 방법. And a gap exists between the reflowed solder bumps and a fusion barrier side. 제 13항에 있어서, The method of claim 13, 상기 갭의 크기는 상기 리플로우된 솔더 범프 직경의 3% 내지 60%인 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조 방법. Wherein said gap size is between 3% and 60% of said reflowed solder bump diameter. 제 9항에 있어서, The method of claim 9, 상기 융합 차단벽의 높이는 상기 리플로우된 솔더 범프 높이의 20% 내지 90%인 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조 방법. And the height of the fusion barrier is 20% to 90% of the height of the reflowed solder bumps.
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