KR20070103856A - 텅스텐 또는 티타늄-텅스텐 합금 식각용액 - Google Patents

텅스텐 또는 티타늄-텅스텐 합금 식각용액 Download PDF

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Abstract

본 발명은 총 중량에 대해 과산화수소 2내지 30 중량%, 식각액 안정제 0.01내지 5 중량%, 부식방지제 0.001내지 2 중량% 및 잔량의 물을 함유하는 텅스텐 또는 티타늄-텅스텐 합금에 대한 식각용액에 관한 것이다. 본 발명에 따른 식각용액을 사용하면, 텅스텐(W) 또는 티타늄-텅스텐합금(TiW)으로 이루어진 언더범프메탈을 식각할 수 있으며, 특히 구리(Cu) 부식 방지제로써 아졸계 화합물을 첨가하여 식각시에 발생할 수 있는 적층막 즉, 구리(Cu) 또는 주석-은(Sn-Ag) 합금막에 대한 어택(attack)을 막을 수 있다. 또한, 과산화수소의 급격한 분해 없이 안정하게 식각용액을 사용할 수 있어 반도체 수율 향상에 기여할 수 있다.
금속막 식각, 과산화수소, 인산염, 언더범프메탈

Description

텅스텐 또는 티타늄-텅스텐 합금 식각용액{Chemical Etching Solution For Tungsten or An Alloy of Tungsten-Titanium}
도1a , 도1b 및 도1c는 웨이퍼 범핑 공정에서 언더범프메탈 층을 식각하는 공정을 보여주는 도이다.
본 발명은 텅스텐 또는 티타늄-텅스텐(TiW) 합금의 식각용액, 더욱 구체적으로는 웨이퍼 범핑(Wafer Bumping)공정 중에 생성되는 언더범프메탈을 구성하는 티타늄-텅스텐(TiW) 합금을 식각할 수 있는 식각용액에 관한 것이다.
반도체 칩의 패키징 방법으로 종래에는 칩과 리드프레임을 연결하는 와이어 본딩(Wire Bonding) 방식이 사용되었으나, 반도체가 고도로 집적화 되고 소형, 경량화 되면서 웨이퍼 상에 범프를 형성하여 리드프레임 역할을 하는 솔더 범프(Solder Bump)를 형성하고, 이를 직접 패키지나 PCB(Printed Circuit Board)기판에 연결하는 플립칩 본딩(Flip Chip Bonding) 방식이 최근 많이 사용 되고 있다.
플립칩 본딩 방식은 구체적으로 웨이퍼 범핑 공정으로 진행 되는데, 웨이퍼 범핑 공정은 크게 언더범프메탈(Under Bump Metallurgy: 이하 UBM이라고 함.) 제 조 공정과 솔더 범핑 공정으로 구성된다. 솔더범프로는 주석-은(Sn-Ag)합금이 많이 사용되지만, 골드(Gold)범프가 사용되는 경우도 많이 있다. UBM 제조에 사용되는 기술은 스퍼터링을 이용한 건식도금방식이나, 무전해 도금을 이용한 습식 도금 방식을 이용한 것으로서, 티타늄-텅스텐(TiW)과 구리(Cu) 및 이의 합금 등으로 UBM을 형성한 후 그 위에 포토레지스트 층을 만들고 노광 및 현상한 후 특정 패턴의 형상으로 만들고, 목적하는 형상의 UBM을 만들 수 있도록 상부의 구리(Cu) 및 하부층의 티타늄-텅스텐(TiW)층을 순차적으로 식각용액으로 식각한다.
이때 사용되는 티타늄-텅스텐(TiW) 식각용액으로는 한국공개특1989-4409에 개시된 바와 같이, 30%과산화수소를 80~90도에서 사용하여 식각한 예가 보고 되었으나, 식각시 금속이온에 의한 과산화수소의 분해가 심각하며 식각 속도를 조절하는 것이 어려워 제조되는 반도체의 수율 저하 및 공정 조절에 어려움이 있다.
또한, USP 5462638에 개시된 바와 같이 과산화수소에 에틸렌디아민테트라아세트산(EDTA) 및 황산염으로 구성된 식각액의 경우 티타늄-텅스텐(TiW)에 대한 식각 특성은 양호하나 에틸렌디아민테트라아세트산(EDTA)의 용해도가 낮아 용액 제조상의 어려움이 있을 뿐 아니라, 상부층의 구리(Cu)를 산화시킬 수 있다.
이 외에도 여러가지 식각 방법이 종래 기술로서 이미 공지되어 있으나, 일반적으로 에틸렌디아민테트라아세트산(EDTA), 과산화수소 및 수산화암모늄의 용액의 경우 티타늄-텅스텐의 식각은 가능하지만, 상부 주석-은(Sn-Ag)합금의 솔더범프에 어택(attack)을 주어, 제조상 불량을 유발하여 반도체 생산 수율을 저하 시키는 문제점을 가지고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 티타늄-텅스텐(TiW)의 식각시 일어나는 과산화수소의 급격한 분해를 막으면서, 주석-은(Sn-Ag) 솔더범프 뿐만 아니라 구리(Cu) UBM층 및 구리(Cu) 미니범프에 어택을 주지 않는 신규 식각 용액을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 식각용액 총 중량에 대해 과산화수소 5 내지 30 중량%, 식각액 안정제 0.01 내지 5 중량%, 구리(Cu) 부식방지제 0.001 내지 2 중량% 및 잔량의 물을 포함하는 텅스텐 또는 티타늄-텅스텐(TiW) 합금의 식각용액을 제공한다.
본 발명은 또한 상기 식각용액을 이용한 텅스텐 또는 티타늄-텅스텐 합금을 포함하는 플립칩의 언더범프메탈 식각방법을 제공한다.
본 발명에 따른 식각용액을 사용하면, 텅스텐(W) 또는 텅스텐합금(TiW)으로 이루어진 언더범프메탈을 식각할 수 있으며, 특히 구리(Cu) 부식 방지제로써 아졸계 화합물을 첨가하여 식각시에 발생할 수 있는 적층막 즉, 구리(Cu) 또는 주석-은(Sn-Ag) 합금막에 대한 어택(attack)을 막을 수 있다. 또한, 과산화수소의 급격한 분해 없이 안정하게 식각용액을 사용할 수 있어 반도체 수율 향상에 기여할 수 있다.
이하, 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
본 발명의 신규 식각용액은 과산화수소를 주성분으로 하고 있으며 식각용액 총 중량에 대해 과산화수소 5내지 30 중량%를 함유한다. 상기 과산화수소의 함량이 5 중량% 미만이면 텅스텐 또는 티타늄-텅스텐 합금의 식각이 되지 안되거나 식각속도가 아주 느리고, 과산화수소의 함량이 30 중량% 이상의 경우 현재 공업용으로 판매되는 과산화수소의 원료 함량이 30%이기 때문에 제조상의 어려움이 발생한다.
본 발명의 식각용액은 식각액 안정제로 바람직하게는 인산 또는 인산염 화합물을 사용한다. 이때 식각액 안정제는 식각용액 총중량에 대해 0.01 내지 5 중량%를 사용한다. 더욱 구체적으로, 사용된 인산 또는 인산염 화합물로는 인산일암모늄, 인산이암모늄, 인산삼암모늄, 인산일나트륨, 인산이나트륨, 인산삼나트륨, 인산일칼륨, 인산이칼륨, 인산삼칼륨, 피로인산, 피로인산 나트륨, 피로인산칼륨, 피로인산암모늄 등이 있다. 상기 인산 또는 인산염 화합물이 0.01 중량% 미만으로 사용되면 식각액 안정제의 기능을 충분히 하지 못하며 5 중량% 이상 사용되면 식각잔사가 발생하는 문제점이 있다.
그리고, 본 발명은 구리(Cu) 부식방지제로 바람직하게는 아졸계 화합물을 사용한다. 이때 구리 부식방지제는 식각용액 총중량에 대해 0.001 내지 2 중량%를 사용한다. 상기 아졸계 화합물로는 아미노테드라졸, 멀캅토싸이아졸, 벤조트리아졸, 하이드록시싸이아졸, 아미노벤조트리아졸, 아미노싸이아졸, 아세틸 이미다졸, 아세틸 싸이아졸, 아미노트리아졸, 벤조이미다졸 등이 사용된다. 상기 아졸계 화합물이 0.001 중량% 미만이면 구리의 부식이 발생하며 2 중량% 이상 사용되면 식각 속도가 느려지거나 식각 잔사가 발생하는 문제점이 있다.
본 발명에 사용된 물은 탈 이온수로서 금속 불순물이 없는 것이 바람직하다.
본 발명의 식각용액을 이용한 식각방법을 도1을 일예로 설명한다.
1) 반도체 웨이퍼위에 티타늄-텅스텐(TiW)을 스퍼터링하여 티타늄-텅스텐 UBM층을 형성하는 단계;
2) 구리(Cu) 금속을 스퍼터링하여 구리 UBM층을 형성하는 단계;
3) 감광성 물질을 도포하는 단계;
4) 범프형성용 마스크를 이용하여 노광하는 단계;
5) 현상액을 이용하여 선택적으로 감광성물질을 제거하여 일정 패턴을 형성하는 단계;
6) 형성된 패턴에 전해도금방법으로 구리 및 주석-은을 채우는 단계;
7) 나머지 감광성 물질을 제거하여 구리(Cu)/주석-은(Sn-Ag) 솔더범프를 형성하는 단계(도1a);
8) 구리(Cu) UBM층을 전용 식각액을 이용하여 선택적으로 식각하는 단계(도1b);
9) 티타늄-텅스텐(TiW) 합금 UBM층을 본 발명의 식각액을 이용하여 선택적으로 식각하는 단계(도1c);
< 실시예 >
이하 본 발명은 하기 실시예를 바탕으로 상세하게 기술하겠으나, 본 발명이 이들 실시예로만 한정되지 않는다.
실시예 1내지 15
반도체 웨이퍼위에 3000Å의 두께로 티타늄-텅스텐(TiW)과 구리(Cu) 금속을 차례로 스퍼터링 방법으로 형성한 후, 구리(Cu)/주석-은(Sn-Ag) 솔더범프를 형성하 였다. Cu UBM 전용 식각액을 이용하여 Cu UBM층을 식각한 후, 표1에 기재된 중량비의 과산화수소, 인산일칼륨(식각액 안정제), 1,2,3-벤조트리아졸 및 잔량의 물로 구성된 식각용액으로 식각하였다. 즉 웨이퍼를 40도로 유지시킨 용액에 5분간 침적시켜 식각하고 탈이온수로 세정하고, 건조한 후 광학현미경을 이용하여 잔사여부를 측정하고, 구리(Cu)/주석-은(Sn-Ag) 솔더범프의 어택(attack)여부를 관찰 하였으며, 추가로 구리(Cu)막을 침적시켜 표면 산화상태를 관찰 하였다. 또한 식각이 진행하는 동안 용액내의 기포발생 정도를 관찰하여 과산화수소의 분해 정도를 관찰하고 그 결과를 표1에 나타내었다. 과산화수소의 분해, 잔사발생, 솔더범프 어택 및 구리산화가 없는 경우를 “Ｏ”로 표시하고, 있으면 “×”표시하였다.
실시예 1내지 15
No 조 성 과산화수소 분해 잔사발생 Sn-Ag 솔더범프어택 구리(Cu) 산화
과산화수소 인산일칼륨 벤조트리아졸
1 5 0.01 0.001 O O O O
2 5 0.1 0.01 O O O O
3 5 1.0 0.1 O O O O
4 10 0.1 0.005 O O O O
5 10 0.5 0.05 O O O O
6 10 2.0 0.5 O O O O
7 15 0.5 0.01 O O O O
8 15 1.0 0.1 O O O O
9 15 3.0 1.0 O O O O
10 20 0.5 0.3 O O O O
11 20 2.0 1.0 O O O O
12 20 3.0 1.5 O O O O
13 30 1.0 0.1 O O O O
14 30 2.0 1.0 O O O O
15 30 5.0 2.0 O O O O
상기 결과에서 알 수 있듯이 본 발명의 식각용액으로 식각한 경우 어떤 식각 잔사도 발견되지 않았으며, 과산화수소의 급격한 분해 현상 및 주석-은(Sn-Ag)솔더범프에 대한 어택(attack)도 관찰 되지 않았다. 또한, 구리(Cu)막에 대해서도 산화되거나 식각되는 현상이 관찰 되지 않았다.
비교예 1내지 2
과산화수소와 인산일칼륨 및 1,2,3-벤조트리아졸의 농도만을 바꿔서 상기 실시예와 동일한 방법으로 실시하였다. 인산일칼륨이 첨가 되지 않은 경우 식각잔사나 주석-은(Sn-Ag)솔더범프의 어택(attack)은 관찰 되지 않았지만, 과산화수소의 분해가 심하게 일어났다. 또한 과산화수소의 양이 적고, 인산일칼륨의 양이 과량일 경우에는 식각잔사가 발생되는 것이 관찰 되었다. 그리고 벤조트리아졸이 첨가되지 않았을 경우에는 구리(Cu)의 표면이 붉게 또는 약간 식각되는 현상이 관찰 되었다. 그 결과를 표2에 나타내었다.
No 조 성 과산화수소 분해 잔사발생 Sn-Ag 솔더범프 어택 구리(Cu) 산화
과산화수소 인산일칼륨 벤조트리아졸
1 20 0 0 X O O X
2 1 5 0.1 O X O O
3 20 0.5 0 O O O X
본 발명에 따른 식각 용액을 사용하면, 텅스텐 또는 티타늄-텅스텐(TiW) 금속막을 식각할 수 있으며, 주석-은(Sn-Ag)솔더범프 뿐만 아니라, 구리(Cu)와 같은 적층 금속막에도 어택(attack)이 없으며, 주산화제인 과산화수소의 분해를 억제하 여 안정적으로 식각용액을 사용함으로써 반도체의 수율 향상에 기여할 수 있다.

Claims (8)

  1. 총 중량에 대해 주 산화제로 과산화수소 5내지 30 중량%, 식각액 안정제 0.01내지 5 중량%, 구리(Cu) 부식방지제 0.001내지 2 중량% 및 잔량의 물을 함유하는 텅스텐 또는 티타늄-텅스텐 합금 식각용액.
  2. 청구항 1에 있어서,
    식각액 안정제가 인산 또는 인산염인 것을 특징으로 하는 텅스텐 또는 티타늄-텅스텐 합금 식각용액.
  3. 청구항 1에 있어서,
    구리(Cu) 부식방지제가 아졸계 화합물인 것을 특징으로 하는 텅스텐 또는 티타늄-텅스텐 합금 식각용액.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 인산 또는 인산염은 인산일암모늄, 인산이암모늄, 인산삼암모늄, 인산일나트륨, 인산이나트륨, 인산삼나트륨, 인산삼나트륨, 인산일칼륨, 인산이칼륨, 인산삼칼륨, 피로인산, 피로인산 나트륨, 피로인산칼륨 및 피로인산암모늄으로 이루어진 군에서 선택된 것임을 특징으로 하는 텅스텐 또는 티타늄-텅스텐 합금 식각용액.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 아졸계 화합물은 아미노테드라졸, 멀캅토싸이아졸, 벤조트리아졸, 하이드록시싸이아졸, 아미노벤조트리아졸, 아미노싸이아졸, 아세틸 이미다졸, 아세틸 싸이아졸, 아미노트리아졸 및 벤조이미다졸으로 이루어진 군에서 선택된 것임을 특징으로 하는 텅스텐 또는 티타늄-텅스텐 합금 식각용액.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 식각용액이 텅스텐 또는 티타늄-텅스텐 합금을 포함하는 플립칩의 언더범프메탈의 식각에 사용되는 것을 특징으로 하는 텅스텐 또는 티타늄-텅스텐 합금 식각용액.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 언더범프메탈의 금속 접촉층인 솔더범프는 구리(Cu)/ 주석-은(Sn-Ag)으로 이루어진 것을 특징으로하는 텅스텐 또는 티타늄-텅스텐 합금 식각용액.
  8. 청구항 1의 식각용액을 이용한 텅스텐 또는 티타늄-텅스텐 합금을 포함하는 플립칩의 언더범프메탈 식각방법.
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