KR20090071769A - Semiconductor device and method for forming pad - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 소자 및 그 패드 형성방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체 칩의 소형화로 인해 제한되고 있는 금속패드를 복수개로 분할시켜서 다양한 기능을 가지는 반도체 칩을 생산할 수 있도록 한 반도체 소자 및 그 패드 형성방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a method for forming the pad, and more particularly, a semiconductor device and a pad capable of producing a semiconductor chip having various functions by dividing a plurality of metal pads, which are limited due to the miniaturization of the semiconductor chip. It relates to a formation method.
반도체 소자가 고집적화 되어 감에 따라 반도체 칩의 크기는 점점 작아진다. 따라서 웨이퍼(wafer)에 반도체 소자의 제조 공정을 통하여 복수의 반도체 칩을 동시에 형성한 후 다이(Die) 또는 칩(chip) 단위로 소잉(Sawing)하고 각각의 다이 또는 칩에 패키지(Package) 작업을 수행함으로써 반도체 칩이 완성될 수 있다.As semiconductor devices become more integrated, the size of semiconductor chips becomes smaller. Therefore, a plurality of semiconductor chips are formed at the same time through a semiconductor device manufacturing process on a wafer, and then sawed by dies or chips and packaged on each die or chip. By performing the semiconductor chip can be completed.
이때, 소잉 작업 수행 시 다이 또는 칩에 손상을 가하지 않도록 칩과 칩 사이, 혹은 다이와 다이 사이에 일정한 거리가 확보되어야 한다. 이러한 일정한 거리를 스크라이브 레인(Scribe Lane)이라 한다.In this case, a predetermined distance must be secured between the chip or the chip or between the die and the die so as not to damage the die or the chip during the sawing operation. This constant distance is called a scribe lane.
스크라이브 레인에는 사진 공정을 수행하기 위한 정렬키(Align Key), 중첩키(Overlay Key) 및 다양한 공정의 모니터링 패턴(Monitoring Pattern) 들이 포함 될 수 있으며, 또한 공정 완료 후 공정 모니터링(Process Monitoring) 및 피드백(Feed Back) 을 위한 전기적 테스트 패턴(Electrical Test Pattern)들이 포함될 수 있다. 따라서 스크라이브 레인에는 이러한 전기적 테스트 패턴에 따른 전기적인 프로빙(Electrical Probing)을 위한 패드(pad)들이 상당히 많이 형성될 수 있으며, 패드와 패드 사이, 또는 패드와 테스트 패턴 사이의 연결을 위하여 금속으로 이루어진 연결배선(Inter-Connection Line)들 또한 상당히 많이 형성될 수 있다.The scribe lane can include alignment keys, overlay keys, and monitoring patterns for various processes to perform photo processes, and also process monitoring and feedback after process completion. Electrical Test Patterns for (Feed Back) may be included. Therefore, a large number of pads for electrical probing according to the electrical test pattern may be formed in the scribe lane, and a connection made of metal for connection between the pad and the pad or between the pad and the test pattern may be formed. Inter-Connection Lines can also be formed quite a lot.
도 1a 내지 도 1e는 종래 기술에 따른 반도체 소자의 제조 공정을 순서대로 보여주는 공정 단면도들이다.1A to 1E are cross-sectional views illustrating processes of manufacturing a semiconductor device according to the related art, in order.
도 1a에서, 반도체 기판(100)은 스크라이브 레인이 형성되는 스크라이브 레인 영역 및 반도체 칩이 형성되는 반도체 칩 영역을 포함한다. 반도체 기판(100)의 스크라이브 레인 영역에 금속으로 형성된 패드(110) 및 연결배선(111)이 형성되고, 칩 영역에는 금속으로 형성된 패드(112)가 형성된다. 여기서 패드(110), 연결배선(111) 및 패드(112)는 구리(Cu)를 사용하여 금속 배선 공정에 의해 형성된다.In FIG. 1A, the
다음 도 1b에서와 같이, 패드(110), 연결배선(111) 및 패드(112) 위에는 제 1 절연막(120)을 도포하고 패드 공개(Pre Pad Open) 용 마스크를 사용하여 스크라이브 영역의 패드(110) 및 칩 영역의 패드(112)를 노출시킨다.Next, as shown in FIG. 1B, the first
다음 도 1c에서, 패드(110) 및 패드(112) 위에 알루미늄(Al)으로 이루어진 금속패드(130)를 형성한다.Next, in FIG. 1C, a
그 다음 도 1c에 도시된 바와 같이, 제 1 절연막(120) 및 금속패드(130)의 상부에 순차적으로 제 2 절연막(140) 및 제 3 절연막(150)을 도포한다. 여기서 제 2 절연막(140) 및 제 3 절연막(150)은 패시베이션(Passivation)막으로 사용된다.Next, as shown in FIG. 1C, the second
그리고, 도 1d에 도시된 바와 같이, 상부에 패드 공개(Final Pad Open) 용 마스크를 사용하여, 금속패드(130)를 노출시키기 위한 감광막 패턴(160)을 형성한다.As illustrated in FIG. 1D, a
소잉 작업 시에, 스크라이브 레인에 패시베이션막인 제2 절연막(140) 및 제3 절연막(150)이 제거되지 않고 남아 있을 경우, 소잉에 따른 충격이 두껍게 도포된 패시베이션막을 따라 전달되어 칩영역에 상당히 큰 영향을 미치므로, 금속패드(130) 노출 공정을 수행할 때, 스크라이브 영역 내에 패시베이션막, 즉 제 2 절연막(140), 제 3 절연막(150)은 식각 처리하여 제거되어야 한다. 따라서 감광막 패턴(160)은 칩 영역의 금속패드(130)와 스크라이브 영역의 금속패드(130) 상에 형성된 제 2 및 제3 절연막(140, 150)은 모두 제거되도록 도 1d와 같이 패터닝 된다.In the sawing operation, when the second
그 다음, 도 1e에 도시된 바와 같이, 감광막 패턴(160)을 마스크로 하여 식각 진행하면, 제 2 절연막(140), 제 3 절연막(150)이 식각되어 금속패드(130)가 노출된다. Subsequently, as shown in FIG. 1E, when the
위와 같은 반도체기판(100)은 미도시 되었지만, 패키지 공정 전에 반도체소자의 전기적인 특성을 측정하기 위하여 테스트 장비 내에 로딩된다. 테스트 장비는 금속패드(130)와 전기적으로 접속시키기 위한 탐침핀(probe pin)을 구비한다. 탐침핀은 전기적인 테스트(electrical die sorting; EDS)를 진행하게 된다.Although not shown, the
그리고 전기적인 테스트가 완료되면, 금속패드(130) 상에 볼(ball:260)을 본딩시키게 되며, 이때 본딩되는 패드를 구성하는 금속층이 일정한 두께로 남아있어 야만 볼의 접착력(bondability)을 유지할 수 있다.When the electrical test is completed, the ball (260) is bonded onto the
그러나, 금속패드(130)와 패시베이션(Passivation)막(140, 150)의 에칭시 하부 패드(112)도 일부 표면이 식각되며, 이로 인하여 인접한 퓨즈, 예컨대 정상적인 메모리 셀에 연결된 퓨즈가 손상되는 문제가 발생한다. However, when the
또한, 최근 반도체 칩은 크기가 소형화됨과 같이 다양한 기능을 가지는 제품이 요구되고 있는데, 현재 제작되고 있는 반도체 칩의 경우 크기 제한에 의해 웨이퍼 레벨의 수율 확인이나 외부 회로와의 연결을 위해 만들어지는 금속패드의 개수도 제한되고 있어 다양한 기능이 요구되는 칩의 금속패드 수를 만족시키기 못하는 단점이 있었다.In addition, in recent years, semiconductor chips are required to have a variety of functions, such as miniaturization. In the case of currently manufactured semiconductor chips, metal pads are manufactured to check wafer-level yield and to connect external circuits due to size limitations. Since the number of is limited, there is a disadvantage that can not satisfy the number of metal pad of the chip that requires a variety of functions.
따라서 본 발명에서는, 절연막의 식각으로 하부 패드 노출시 하부 패드의 식각이 방지되도록 식각정지막을 형성시킨 반도체 소자 및 그 패드 형성방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor device in which an etch stop layer is formed to prevent etching of a lower pad when the lower pad is exposed by etching of an insulating layer, and a method of forming the pad.
또한 본 발명은, 금속패드를 복수개로 분할 형성시킴으로써, 웨이퍼 레벨의 칩 수율 확인이나 전기적 특성 확인을 진행하는 전기적 테스트에 요구되는 개수만큼의 금속패드를 가질 수 있는 반도체 소자 및 그 패드 형성방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.In addition, the present invention provides a semiconductor device and a method for forming the pad, which can have as many metal pads as required for the electrical test for the chip-level verification or the electrical property verification at the wafer level by dividing and forming a plurality of metal pads. It is for that purpose.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 패드와 연결배선이 형성되는 반도체 기판과, 반도체 기판의 패드 상면으로 순차적으로 형성되는 식각정지막 및 절연 막과, 절연막과 식각정지막을 선택적으로 식각하고 노출된 식각정지막 상에 감광막 패턴을 통한 식각으로 분할 형성되는 금속패드와, 금속패드 상에 형성되는 패시베이션막과, 패시베이션막의 제거로 노출된 금속패드에 본딩으로 설치되는 볼을 포함하는 반도체소자를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a semiconductor substrate in which pads and connection wirings are formed, an etch stop film and an insulating film sequentially formed on an upper surface of a pad of the semiconductor substrate, and selectively etched and exposed an insulating film and an etch stop film. Provided is a semiconductor device including a metal pad formed by etching through a photoresist pattern on an etch stop layer, a passivation film formed on the metal pad, and a ball installed by bonding to the metal pad exposed by removing the passivation film. .
또한 본 발명은, 반도체 소자의 패드 형성방법으로서, 반도체 기판에 패드를 형성하는 단계와, 패드의 상면으로 식각정지막과 절연막을 순차적으로 형성하는 단계와, 절연막을 패드 공개용 마스크를 사용하는 선택적인 식각으로 식각정지막을 노출시키는 단계와, 노출된 식각정지막 상에 금속패드를 형성시키는 단계와, 금속패드에 감광막 패턴을 형성하고, 이를 마스크로 하는 식각으로 금속패드를 분할시키는 단계와, 감광막 패턴을 제거하고 금속패드 상에 패시베이션막을 형성하는 단계와, 금속패드를 노출시키기 위하여 금속패드상에 감광막 패턴을 형성시키고 패시베이션막을 제거하는 단계와, 노출된 금속패드에 본딩을 통하여 볼을 설치하는 단계를 포함하는 반도체소자의 패드 형성방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for forming a pad of a semiconductor device, comprising the steps of forming a pad on a semiconductor substrate, sequentially forming an etch stop film and an insulating film on the upper surface of the pad, and selectively using an insulating film as a pad release mask. Exposing the etch stop layer by etching; forming a metal pad on the exposed etch stop layer; forming a photoresist pattern on the metal pad; dividing the metal pad by etching using the mask; Forming a passivation film on the metal pad, forming a photoresist pattern on the metal pad and removing the passivation film to expose the metal pad, and installing the ball through bonding to the exposed metal pad. It provides a method for forming a pad of a semiconductor device comprising.
여기서 바람직하게 식각정지막은, 질화물 계열의 막이 170∼230nm의 두께로 형성된다.Preferably, the etch stop film is formed of a nitride film having a thickness of 170 to 230 nm.
또한 바람직하게 절연막을 패드 공개용 마스크를 사용하는 선택적인 식각으로 식각정지막을 노출시키는 단계에서, 식각정지막의 식각 손실 두께는 30∼70nm으로 이루어지며, 또, 금속패드를 노출시키기 위하여 금속패드상에 감광막 패턴을 형성시키고 패시베이션막을 제거하는 단계에서, 분할된 금속패드의 사이를 통하여 식각되는 식각정지막의 손실 두께는 50∼150nm으로 이루어지게 된다.Preferably, in the step of exposing the etch stop film by selective etching using an insulating film using a pad opening mask, the etch stop thickness of the etch stop film is 30 to 70 nm, and to expose the metal pad, In the step of forming the pattern and removing the passivation film, the loss thickness of the etch stop film etched through the divided metal pads is 50 to 150 nm.
또 바람직하게, 금속패드에 감광막 패턴을 형성하고, 이를 마스크로 하는 식각으로 금속패드를 분할시키는 단계에서, 금속패드는 감광막 패턴에 따라 균등하게 복수개 분할된다.Also preferably, in the step of forming a photoresist pattern on the metal pad and dividing the metal pad by etching using the mask, a plurality of metal pads may be equally divided according to the photoresist pattern.
또 바람직하게, 노출된 금속패드에 본딩을 통하여 볼을 설치하는 단계 이후에, 볼을 통하여 프로브 테스트가 이루어지는 단계가 더 포함된다.Further preferably, after the step of installing the ball through the bonding to the exposed metal pad, the step of performing a probe test through the ball further includes.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 반도체 소자 및 그 패드 형성방법에 따르면, 금속패드와 하부 패드의 사이에 식각정지막을 형성시켜서 식각시 하부 패드의 손실을 방지하였으며, 더욱이 금속패드를 복수개로 분할 형성시킴으로써, 웨이퍼 레벨의 칩 수율 확인이나 전기적 특성 확인을 진행하는 전기적 테스트에 요구되는 개수만큼의 금속패드를 가질 수 있게 되었으며, 이로 인하여 반도체 칩의 크기를 보다 작게 설계가 가능하게 되었다.As described above, according to the semiconductor device and the method for forming the pad of the present invention, an etch stop layer is formed between the metal pad and the lower pad to prevent loss of the lower pad during etching, and furthermore, by forming a plurality of metal pads, It is possible to have the number of metal pads required for the electrical test to check the chip yield and electrical characteristics at the wafer level, thereby enabling the design of a smaller semiconductor chip.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. Hereinafter, the operating principle of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, when it is determined that a detailed description of a known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. Terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, and may be changed according to intentions or customs of users or operators. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout the specification.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 실시예에 따른 반도체소자의 패드 형성방법을 도시한 공정 단면도이고, 도 3a 내지 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 금속배선의 분할을 보여주는 평면도이다. 2A through 2E are cross-sectional views illustrating a method of forming a pad of a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention, and FIGS. 3A through 3B are plan views illustrating the division of metal wires in accordance with an embodiment of the present invention.
도 2a 내지 도 2e에 도시된 것과 같은 반도체 소자는, 반도체 칩 영역의 반도체 기판(200)에 패드(212)가 형성되며, 패드(212)의 상면으로 순차적으로 식각정지막(214)과, 식각정지막(214)상에 절연막(220)이 형성되고, 절연막(220)과 식각정지막(214)을 선택적으로 식각하고 노출된 식각정지막(214) 상에 감광막 패턴을 통한 식각으로 금속패드(230)가 분할 형성된다.In the semiconductor device as illustrated in FIGS. 2A to 2E, the
그리고 분할 형성된 금속패드(230) 상에 패시베이션막(240)(250)이 형성되고, 패시베이션막(240)(250)의 제거로 노출된 금속패드(230)에 본딩으로 볼(270)이 설치된다.The passivation layers 240 and 250 are formed on the divided
여기서 식각정지막(214)은, 질화물 계열의 막으로 하여 170∼230nm의 두께로 형성되며, 금속패드(230)는 균등하게 복수개로 분할 형성되는 구성을 가진다.Here, the
따라서 하기에서는 각 단계를 공정 단면도를 참고하여 좀 더 자세히 설명한다.Therefore, in the following, each step will be described in more detail with reference to the process cross section.
도 2a를 참고하면, 반도체 칩이 형성되는 반도체 칩 영역 반도체 기판(200)에는 금속으로 형성된 패드(212)가 형성된다. 여기서 패드(212)는 구리(Cu)를 사용하여 금속 배선 공정에 의해 형성된다.Referring to FIG. 2A, a
그리고 패드(212)상에 식각정지막(214)과 제 1 절연막(220)이 순착적으로 형성된다.An
식각정지막(214)은 바람직하게 질화물 계열의 막으로 하여 170∼230nm의 두께로 형성된다.The
다음 도 2b에서와 같이, 제 1 절연막(220)에는 패드 공개(Pre Pad Open) 용 마스크를 사용하여 칩 영역의 제 1 절연막(220)을 식각하여 패드(212)의 노출 부위에 해당하는 식각정지막(214)을 노출시키게 된다.Next, as shown in FIG. 2B, the first insulating
여기서 제 1 절연막(220)의 식각과 같이 오버 에칭되어 손실되는 식각정지막(214)의 식각 손실 두께는 30∼70nm으로 이루어지도록 규정한다.Here, the etching loss thickness of the
다음 도 2c에서, 노출된 식각정지막(214) 위에 알루미늄(Al)으로 이루어진 금속패드(230)를 형성한다.Next, in FIG. 2C, a
그리고 형성된 금속패드(230)상에 감광막 패턴(미더시)를 도포하고, 이 감광막 패턴을 마스크로 하는 식각으로 금속패드(230)를 분할시키게 된다. 이때, 분할되는 금속패드는 균등하게 분할이 이루어지며, 바람직하게는 도 3a 내지 도 3b에서와 같이 금속패드(230)는 이등분 또는 4등분으로 분할이 이루어지게 된다.Then, a photosensitive film pattern (mother) is coated on the formed
이어서 감광막 패턴을 제거하고 제 1 절연막(220) 및 분할된 금속패드(230)의 상부에 순차적으로 제 2 절연막(240) 및 제 3 절연막(250)을 도포한다. 여기서 제 2 절연막(240) 및 제 3 절연막(250)은 패시베이션(Passivation)막으로 사용된다.Subsequently, the photoresist layer pattern is removed, and the
그리고, 도 2d에 도시된 바와 같이, 상부에 패드 공개(Final Pad Open) 용 마스크를 사용하여, 금속패드(230)를 노출시키기 위한 감광막 패턴(260)을 형성한다.As shown in FIG. 2D, a
소잉 작업 시에, 스크라이브 레인에 패시베이션막인 제 2 절연막(240) 및 제 3 절연막(250)이 제거되지 않고 남아 있을 경우, 소잉에 따른 충격이 두껍게 도포된 패시베이션막을 따라 전달되어 칩영역에 상당히 큰 영향을 미치므로, 금속패드(230) 노출 공정을 수행할 때, 스크라이브 영역 내에 패시베이션막, 즉 제 2 절연막(240), 제 3 절연막(250)은 식각 처리하여 제거되어야 한다. 따라서 감광막 패턴(260)은 칩 영역의 금속패드(230)와 스크라이브 영역의 금속패드(230) 상에 형성된 제 2 및 제 3 절연막(240, 250)은 모두 제거되도록 도 1d와 같이 패터닝 된다.In the sawing operation, when the second
그 다음, 도 2e에 도시된 바와 같이, 감광막 패턴(260)을 마스크로 하여 식각 진행하면, 제 2 절연막(240), 제 3 절연막(250)이 식각되어 금속패드(230)가 노출된다. Next, as shown in FIG. 2E, when the
여기서 패시베이션막을 제거하는 단계에서, 분할된 금속패드(230)의 사이를 통하여 식각되는 식각정지막(214)의 손실 두께는 50∼150nm으로 이루어지도록 규정한다.In the step of removing the passivation film, the loss thickness of the
그리고 노출된 금속패드(230)에 본딩을 통하여 볼(270)을 설치하게 된다.Then, the
한편, 위와 같이 구성된 반도체 기판(200) 패키지 공정 전에 반도체소자의 전기적인 특성을 측정하기 위하여 테스트 장비 내에 로딩된다. 테스트 장비에서는 분할된 금속패드(230)에 일일이 접촉시킥 보다는 볼(270)에 전기적으로 탐칩핀(미도시)을 접촉시켜서 전기적인 테스트(electrical die sorting; EDS)를 진행하게 된다.On the other hand, before the
따라서 본 발명에서는 금속패드(230)를 개수를 증가시켜 칩의 소형화에 따른 금속패드(230)의 수 제한을 개선할 수 있고, 복수의 금속패드(230)를 통하여 다양한 모듈에 신호를 보낼 수 있게 되었다.Therefore, in the present invention, the number of
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 반도체 소자 및 그 패드 형성방법은 하나의 바람직한 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.As described above, the semiconductor device and the method for forming the pad according to the present invention are just one preferred embodiment, and the present invention is not limited to the above-described embodiments, and as claimed in the following claims, Without departing from the gist of the present invention, one of ordinary skill in the art will have the technical spirit of the present invention to the extent that various modifications can be made.
도 1a 내지 도 1e는 종래 기술에 따른 반도체 소자의 제조 공정을 순서대로 보여주는 공정 단면도이고,1A to 1E are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a semiconductor device according to the prior art in order.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 실시예에 따른 반도체소자의 패드 형성방법을 도시한 공정 단면도이다. 2A through 2E are cross-sectional views illustrating a method of forming a pad of a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
도 3a 내지 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 금속배선의 분할을 보여주는 평면도이다. 3A to 3B are plan views illustrating the division of the metal wiring according to the embodiment of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
200 : 반도체 기판 212 : 패드200: semiconductor substrate 212: pad
214 : 식각정지막 220, 240, 250 : 제 1, 2, 3 절연막214:
230 : 금속패드 260 : 감광막 패턴230: metal pad 260: photosensitive film pattern
270 : 볼(ball)270 ball
Claims (11)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1020070139653A KR20090071769A (en) | 2007-12-28 | 2007-12-28 | Semiconductor device and method for forming pad |
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