KR20230029488A - 금범프 공정의 언더범프메탈층인 금 박막 에칭 조성물 및 이를 사용한 언더범프메탈층인 금 박막 에칭방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전자부품을 형성하는 기판에 수행되는 금범프 공정의 언더범프메탈층(UBM)인 금 박막과 티탄합금 박막을 금 박막 에칭액과 티탄합금 박막 에칭액으로 각각 제거하며 기판과 금범프에 손상, 얼룩 및 잔사를 유발하지 않고, 장기간 사용시에도 안정한 물성을 나타내는 금 박막 에칭액 또는 티탄합금 박막 에칭액인 금범프 공정의 언더범프메탈 에칭 조성물 및 이를 사용한 언더범프메탈 에칭방법을 제공한다.
Description
본 발명은 전자부품을 형성하는 기판에 수행되는 금범프 공정의 언더범프메탈층(UBM)인 금 박막과 티탄합금 박막을 에칭하는 금범프 공정의 언더범프메탈 에칭 조성물 및 이를 사용한 언더범프메탈 에칭방법에 관한 것이다.
반도체 패키징 분야에서 경박 단소화된 새로운 실장 기술이 개발되고 있으며, 와이어 본딩(Wire Bonding)의 한계로 인해 금속 범프를 이용한 플립칩 본딩 기술로 대체되고 있다.
플립칩 본딩 방식은 반도체 칩을 아래로 향하게 하여 전기가 통하는 금속 범프를 패드에 연결한 형태이다. 플립칩 본딩은 와이어 없이 기판에 맞대어 있어 부피를 작게 줄이고 소비 전력과 주변의 노이즈를 덜 받고 신호의 이동거리가 짧아 속도가 빠르고 고착강도가 크다는 특징을 갖는다.
여기서, 금속 범프의 재질은 주로 솔더(Solder)와 금(Au)을 사용한다. 금속 범프는 칩을 기판에 TAB(Tab Automated Bonding), FC(Flip Chip) 방식이나 BGA(Ball Grid Array), CSP(Chip Scale Package) 등을 회로 기판에 직접 접속 시키기 위한 전도성 금속 돌기를 말한다.
솔더 범프의 경우 리플로우(Reflow) 공정 후 표면 장력에 의해서 볼모양으로 형성되고 금속 범프의 종류인 금 범프의 경우는 가로*세로*높이의 직육면체 모양으로 전기 금 도금 방식으로 형성한다.
금 범프를 형성한 웨이퍼는 TCP(tape carrier package), COG(Chip on Glass), COF(chip on Film) 패키지에 사용되며, TV, 모니터, 네트워크, 모바일, 태블릿, 자동차 DIC(Digital Image Correlation) 등의 제품들에 사용된다.
플립칩 본딩 공정은 범프 공정 전에 기판 상에 언더범프메탈(UBM; Under Bump Metallurgy) 공정을 수행한다.
여기서, 상기 언더범프메탈(UBM; Under Bump Metallurgy) 공정은 솔더 범프 또는 금 범프 공정 전에 기판에 금 박막과 티탄합금 박막의 다층 박막 금속층을 형성하는 공정이다.
그 이유는 기판에 범프가 직접 형성되기 어려워 기판과 범프 사이에 언더범프메탈(UBM; Under Bump Metallurgy) 공정으로 금 박막과 티탄합금 박막의 다층 박막 금속층인 언더범프메탈층(UBM; Under Bump Metallurgy Layer)을 형성하는 것이다.
그런 다음, 포토레지스트를 코팅한 후 노광, 현상하여 금 범프 도금을 위한 공간을 만든 후 금 범프 도금을 수행한 다음, 포토레지스트를 박리하고 노출된 언더범프메탈층을 제거하기 위하여 상층의 금 박막을 제거하고, 하층의 티탄합금 박막을 제거한다.
이때, 상층의 금 박막 제거와 하층의 티탄합금 박막 제거시 기판 또는 금 범프 표면에 얼룩, 거칠어짐 현상, 금 범프에 대한 언더컷이 발생한다.
또한, 금 박막에 대한 에칭 속도가 일정하지 않고, 에칭 속도가 저하되는 경우가 있으며, 에칭 속도가 저하되는 경우 금 이온이 석출되어 재증착되며, 미에칭 잔사가 남는 문제점이 발생한다.
그리고, 티탄합금 박막 제거시 기판의 손상과 금 범프의 언더컷 문제가 발생한다.
또한, 금 박막 에칭액과 티탄합금 박막 에칭액의 에칭 속도가 급격하게 변하므로, 에칭액의 수명이 짧아 에칭액을 수시로 재건욕해야 하는 문제점이 있다.
이때, 본 출원인은 여러 연구를 통하여, 기판과 금 범프에 손상이 없고, 선택적인 에칭이 가능하고, 에칭 속도를 일정하게 유지하고 장시간 사용할 수 있는 금 박막 에칭액, 티탄합금 박막 에칭액과 이를 사용한 에칭방법을 획득하게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 기판과 금 범프에 손상이 없고, 선택적인 에칭이 가능하고, 에칭 속도를 일정하게 유지하고 장시간 사용할 수 있는 금 박막 에칭액을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 목적은 기판과 금 범프에 손상이 없고, 선택적인 에칭이 가능하고, 에칭 속도를 일정하게 유지하고 장시간 사용할 수 있는 티탄합금 박막 에칭액을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 목적은 상기 금 박막 에칭액과 티탄합금 박막 에칭액을 사용하여 기판과 금 범프에 손상이 없고, 선택적인 에칭을 할 수 있는 에칭방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 이하의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 측면에 따르면,
전자부품을 형성하는 기판에 수행되는 금범프 공정의 언더범프메탈층인 금 박막을 제거하는 금 박막 에칭액(A)인 언더범프메탈 에칭 조성물로서,
상기 금 박막 에칭액(A)은
(a1) Iodine 화합물;
(a2) Iodide 화합물;
(a3) Sulfite 화합물;
(a4) 극성 유기용제;
(a5) 계면활성제;
(a6) 유기산; 및
(a7) 탈이온수;를 포함하는
금범프 공정의 언더범프메탈 에칭 조성물을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (a1) Iodine 화합물은 I2 화합물일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (a2) Iodide 화합물은 Lithium Iodide, Sodium iodide, Ammonium iodide, 및 Potassium iodide로 이루어진 군에서 하나 이상 선택된 Iodide 화합물일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (a3) Sulfite 화합물은 Lithium Sulfite, Sodium Sulfite, Sodium Bisulfate, Ammonium Sulfite, 및 Potassium Sulfite로 이루어진 군에서 하나 이상 선택된 Sulfite 화합물일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (a4) 극성 유기용제는 Methanol, Ethanol, n-Propanol, n-Butanol, Iso Propanol, Pentanol, Ethylene Glycol, Diethylene Glycol, Propylene glycol, Glycerol, Alkyl alcohol, Cyclohexanol, Ethyl acetate, Dimethyl sulfoxide, Acetonitrile, 및 Dimethyl formamide로 이루어진 군에서 하나 이상 선택된 극성 유기용제일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (a5) 계면활성제는 Sodium dodecyl Sulfate, Sodium-2-ethyl hexyl Sulfate, Sodium Lauryl Sulfate, Alkyl Benzene Sulfate acid, Alkyl Ether Sulfate, Alkyl aryl Sulfonate, Dialkyl Sodium Sulfosuccinate, Alkyl Sulfonate, Poly Sulfonate, 및 Naphthalene Sulfonate로 이루어진 군에서 하나 이상 선택된 설페이트 화합물 또는 설포네이트 화합물일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (a6) 유기산은 Glycine, Aspartic acid, Glutamic acid, Glycolic acid, malic acid, Lactic acid, 및 Benzylic acid로 이루어진 군에서 하나 이상 선택된 유기산일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 금 박막 에칭액(A)은
(a1) Iodine 화합물 1 ~ 10 중량%;
(a2) Iodide 화합물 1 ~ 20 중량%;
(a3) Sulfite 화합물 0.1 ~ 5 중량%;
(a4) 극성 유기용제 10 ~ 60 중량%;
(a5) 계면활성제 0.001 ~ 2 중량%;
(a6) 유기산 0.01 ~ 5 중량%; 및
(a7) 잔량의 탈이온수;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 측면에 따르면,
전자부품을 형성하는 기판에 수행되는 금범프 공정의 언더범프메탈층인 금 박막을 제거하는 금 박막 에칭액(A)인 언더범프메탈 에칭 조성물로,
상기 금 박막 에칭액(A)은
(a1) Iodine 화합물 1 ~ 10 중량%;
(a2) Iodide 화합물 1 ~ 20 중량%;
(a3) Sulfite 화합물 0.1 ~ 5 중량%;
(a4) 극성 유기용제 10 ~ 60 중량%;
(a5) 계면활성제 0.001 ~ 2 중량%;
(a6) 유기산 0.01 ~ 5 중량%; 및
(a7) 잔량의 탈이온수;를 포함하고,
상기 (a5) 계면활성제는 Sodium dodecyl Sulfate, Sodium-2-ethyl hexyl Sulfate, Sodium Lauryl Sulfate, Alkyl Benzene Sulfate acid, Alkyl Ether Sulfate, Alkyl aryl Sulfonate, Dialkyl Sodium Sulfosuccinate, Alkyl Sulfonate, Poly Sulfonate, 및 Naphthalene Sulfonate로 이루어진 군에서 하나 이 상 선택된 설페이트 화합물 또는 설포네이트 화합물인 것을 특징으로 하는금범프 공정의 언더범프메탈층인 금 박막 에칭 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 일 측면에 따르면,
전자부품을 형성하는 기판에 수행되는 금범프 공정의 언더범프메탈층인 티탄합금 박막을 제거하는 티탄합금 박막 에칭액(B)인 언더범프메탈 에칭 조성물로서,
상기 티탄합금 에칭액(B)은
(b1) 과산화수소(H2O2) 화합물;
(b2) 알칼리 메탈 하이드록사이드 화합물;
(b3) 머캡토-아졸 화합물 또는 머캡토 피리미딘 화합물;
(b4) 알킬이미노 폴리카르복실산 화합물;
(b5) 유기산 및 이의 염;
(b6) 무기염; 및
(b7) 탈이온수;를 포함하는
금범프 공정의 언더범프메탈 에칭 조성물을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (b1) 과산화수소(H2O2) 화합물은 과산화수소(H2O2) 수용액을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (b2) 알칼리 금속 하이드록사이드 화합물은 KOH, NaOH, 및 NH4OH로 이루어진 군에서 하나 이상 선택된 알칼리 금속 하이드록사이드 화합물일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (b3) 머캡토-아졸 화합물 또는 머캡토 피리미딘 화합물은 2,5-Dimercapto-1,3,4-Thiadiazole, 2,4-Dimercapto-1,3,5-Thiadiazole, 2-Mercapto benzothiazole, 6-Dmino-2-mercapto benzo thiazole, 4,5-Diamino-2,6-dimercapto pyrimidine, 및 3-amino-5-mercapto-1,2,4 triazole로 이루어진 군에서 하나 이상 선택된 머캡토-아졸 화합물 또는 머캡토 피리미딘 화합물일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (b4) 알킬이미노 폴리카르복실산 화합물은 Hydroxy ethylimino diacetic acid, Imino diacetic acid, Nitrilo triacetic acid, Ethylene diamine tetraacetic acid, Ethylene diamine diacetic acid, 및 Triethylene tetramine hexaacetic acid로 이루어진 군에서 하나 이상 선택된 알킬이미노 폴리카르복실산 화합물일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (b5) 유기산 및 이의 염은 Citric acid, formic acid, Oxalic acid, Tartaric acid, Succinic acid, Malic acid, Malonic acid, 및 Adipic acid로 이루어진 군에서 선택된 유기산 및 이의 염일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (b6) 무기염은 Na2CO3, KOH, 및 NaOH로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 무기염일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 티탄합금 에칭액(B)은
(b1) 과산화수소(H2O2) 화합물 5 ~ 30 중량%;
(b2) 알칼리 메탈 하이드록사이드 화합물 0.01 ~ 5 중량%;
(b3) 머캡토-아졸 화합물 또는 머캡토 피리미딘 화합물 0.001 ~ 2 중량%;
(b4) 알킬이미노 폴리카르복실산 화합물 0.01 ~ 5 중량%;
(b5) 유기산 및 이의 염 0.001 ~ 2 중량%;
(b6) 무기염 0.1 ~ 10 중량%; 및
(b7) 잔량의 탈이온수;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 측면에 따르면,
전자부품을 형성하는 기판에 수행되는 금범프 공정의 언더범프메탈층인 금 박막을 에칭하는 언더범프메탈 에칭방법으로서,
상기 금 박막 에칭액(A)을 이용하여 금 박막을 에칭하는 단계를 포함하는 언더범프메탈 에칭방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 기판은 알루미늄, 구리, 스틸, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 및 폴리에틸렌(PE)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 측면에 따르면,
전자부품을 형성하는 기판에 수행되는 금범프 공정의 언더범프메탈층인 티탄합금 박막을 에칭하는 언더범프메탈 에칭방법으로서,
상기 티탄합금 박막 에칭액(B)을 이용하여 티탄합금 박막을 에칭하는 단계를 포함하는 언더범프메탈 에칭방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 기판은 알루미늄, 구리, 스틸, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 및 폴리에틸렌(PE)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다.
본 발명에 따르면, 전자부품을 형성하는 기판에 수행되는 금범프 공정의 언더범프메탈층인 금 박막을 금 박막 에칭액으로 제거하며 금 박막 에칭 속도가 빠르고, 일정하게 유지하며, 금의 석출을 방지하고, 선택적인 에칭이 가능하고, 기판과 금범프에 손상, 얼룩 및 잔사를 유발하지 않고, 장기간 사용시에도 안정한 물성을 나타내는 금 박막 에칭액인 금범프 공정의 언더범프메탈 에칭 조성물을 제공하므로, 물성이 우수하고, 경제적이다.
또한, 본 발명은 전자부품을 형성하는 기판에 수행되는 금범프 공정의 언더범프메탈층인 티탄합금 박막을 티탄합금 박막 에칭액으로 제거하며 티탄합금 박막 에칭 속도가 빠르고, 일정하게 유지하며, 금의 석출을 방지하고, 선택적인 에칭이 가능하고, 기판과 금범프에 손상, 얼룩 및 잔사를 유발하지 않고, 장기간 사용시에도 안정한 물성을 나타내는 티탄합금 박막 에칭액인 금범프 공정의 언더범프메탈 에칭 조성물을 제공하므로, 물성이 우수하고, 경제적이다.
또한, 본 발명은 전자부품을 형성하는 기판에 수행되는 금범프 공정의 언더범프메탈층의 금 박막을 상기 금 박막 에칭액으로 에칭하는 방법을 제공하므로, 공정안정성이 우수하다.
또한, 본 발명은 전자부품을 형성하는 기판에 수행되는 금범프 공정의 언더범프메탈층의 티탄합금 박막을 상기 티탄합금 박막 에칭액으로 에칭하는 방법을 제공하므로, 공정안정성이 우수하다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금 범프 형성의 공정 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 언더범프메탈층(UBM) 에칭 공정 후 시료의 언더컷 발생 유무를 보여주는 주사전자현미경(SEM) 이미지이다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 언더범프메탈층(UBM) 에칭 공정 후 시료의 언더컷 발생 유무를 보여주는 주사전자현미경(SEM) 이미지이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 언더범프메탈층(UBM) 에칭 공정 후 시료의 언더컷 발생 유무를 보여주는 주사전자현미경(SEM) 이미지이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 언더범프메탈층(UBM) 에칭 공정 후 시료의 EDS 표면 성분분석 결과이다.
도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 언더범프메탈층(UBM) 에칭 공정 후 시료의 EDS 표면 성분분석 결과이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 언더범프메탈층(UBM) 에칭 공정 후 시료의 EDS 표면 성분분석 결과이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 언더범프메탈층(UBM) 에칭 공정 후 시료의 언더컷 발생 유무를 보여주는 주사전자현미경(SEM) 이미지이다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 언더범프메탈층(UBM) 에칭 공정 후 시료의 언더컷 발생 유무를 보여주는 주사전자현미경(SEM) 이미지이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 언더범프메탈층(UBM) 에칭 공정 후 시료의 언더컷 발생 유무를 보여주는 주사전자현미경(SEM) 이미지이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 언더범프메탈층(UBM) 에칭 공정 후 시료의 EDS 표면 성분분석 결과이다.
도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 언더범프메탈층(UBM) 에칭 공정 후 시료의 EDS 표면 성분분석 결과이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 언더범프메탈층(UBM) 에칭 공정 후 시료의 EDS 표면 성분분석 결과이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나 본 발명은 이하에 개시되는 실시예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
금범프 공정의 언더범프메탈 에칭 조성물 - 금 박막 에칭액
본 발명은 전자부품을 형성하는 기판에 수행되는 금범프 공정의 언더범프메탈층(UBM)인 금 박막을 금 박막 에칭액으로 제거하며 금 박막 에칭 속도가 빠르고, 일정하게 유지하며, 금의 석출을 방지하고, 선택적인 에칭이 가능하고, 기판과 금범프에 손상, 얼룩 및 잔사를 유발하지 않고, 장기간 사용시에도 안정한 물성을 나타내는 금 박막 에칭액인 금범프 공정의 언더범프메탈 에칭 조성물을 제공하므로, 물성이 우수하고, 에칭액의 안정성이 확보될 수 있어 생산공정에 적용이 가능하며, 생산수율이 크게 향상되어 경제적이다.
또한, 본 발명은 반도체 플립칩 금범프 형성 전처리 공정인 시드(seed)층인 언더범프메탈층(UBM)의 금 박막을 금범프 형성 후 다시 에칭 방법으로 제거시킬 때, 금의 석출을 방지하고, 금범프와 기판인 알루미늄의 손상이 전혀 없는 선택적인 에칭이 가능한 에칭 조성물을 제공하고, 에칭액의 안정성을 높여 에칭 속도를 일정하게 유지하고 에칭 조성물의 수명을 장기간 유지할 수 있다.
그리고, 상기 금 박막 에칭액으로 15 ~ 50 ℃에서 언더범프메탈층(UBM)의 금 박막을 에칭시킬 때 상기 금 박막은 100 sec 이내로 완전히 제거될 수 있으며, Etch rate는 25 Å/sec이상으로 플립칩 금범프의 전공정의 INLINE 자동 생산설비에 적용할 수 있는 최적의 에칭액 및 에칭 조건을 확립할 수 있다.
또한, 금 박막 제거시 기판의 손상과 금 범프의 언더컷 문제가 발생하지 않는다.
그리고, 금 박막 에칭액의 에칭 속도가 일정하므로, 에칭액의 수명이 길어 에칭액을 수시로 재건욕할 필요가 없다.
본 발명의 금범프 공정의 언더범프메탈 에칭 조성물은
전자부품을 형성하는 기판에 수행되는 금범프 공정의 언더범프메탈층인 금 박막을 제거하는 금 박막 에칭액(A)인 언더범프메탈 에칭 조성물로서,
상기 금 박막 에칭액(A)은
(a1) Iodine 화합물;
(a2) Iodide 화합물;
(a3) Sulfite 화합물;
(a4) 극성 유기용제;
(a5) 계면활성제;
(a6) 유기산; 및
(a7) 탈이온수;를 포함한다.
이때, 상기 (a1) Iodine 화합물은 I2 화합물일 수 있다.
여기서, 상기 (a1) Iodine화합물은 상기 (a2) Iodide 화합물과 Iodine-Iodide complex를 형성하며, Iodine-Iodide Complex의 단점인 금 범프 표면의 손상, 얼룩 발생 및 거칠어지는 문제, Undercut 문제, 에칭 속도가 쉽게 변하여 에칭액 수명이 짧은 문제, 금이 석출되어 재흡착 되는 불량 문제를 상기 (a3) Sulfite 화합물을 금 박막 에칭액의 안정제로 사용하여 극복할 수 있다.
따라서, 상기 금 박막 에칭액의 안정성을 증가시켜 에칭액의 수명(Bath Life)를 증가시킬 수 있으며, 또한 금의 석출을 방지할 수 있다.
그리고, 상기 (a3) Sulfite 화합물은 제2의 Ligand로서 작용할 수 있다.
여기서, 상기 (a2) Iodide 화합물은 Complex Ligand로 작용할 수 있다.
이때, 상기 (a2) Iodide 화합물은 Lithium Iodide, Sodium iodide, Ammonium iodide, 및 Potassium iodide로 이루어진 군에서 하나 이상 선택된 Iodide 화합물일 수 있다.
또한, 상기 (a2) Iodide 화합물은 바람직하게는 Ammonium iodide, Potassium iodide를 선택할 수 있으나 한정되는 것은 아니다.
그리고, 상기 (a3) Sulfite 화합물은 안정제로 작용할 수 있다.
여기서, 상기 (a3) Sulfite 화합물은 Lithium Sulfite, Sodium Sulfite, Sodium Bisulfate, Ammonium Sulfite, 및 Potassium Sulfite로 이루어진 군에서 하나 이상 선택된 Sulfite 화합물일 수 있다.
또한, Iodine-Iodide complex는 triiodide ion(I3 - )에 의해 금을 산화시켜 Au +2 이온으로 금을 용해시킨다.
이때, Iodine은 물의 용해도가 0.0162g/100ml(H2O, 0 ℃)로써 물에 거의 용해되지 않기 때문에 용제를 사용하여 용해시켜 사용해야 한다.
또한, 상기 (a4) 극성 유기용제는 에칭 속도 향상제로 작용할 수 있다.
이때, 상기 (a4) 극성 유기용제는 Methanol, Ethanol, n-Propanol, n-Butanol, Iso Propanol, Pentanol, Ethylene Glycol, Diethylene Glycol, Propylene glycol, Glycerol, Alkyl alcohol, Cyclohexanol, Ethyl acetate, Dimethyl sulfoxide, Acetonitrile, 및 Dimethyl formamide로 이루어진 군에서 하나 이상 선택된 극성 유기용제일 수 있다.
또한, 상기 (a4) 극성 유기용제는 바람직하게는 Glycerol, Diethylene Glycol, Ethanol을 선택할 수 있으나 한정되는 것은 아니다.
그리고, 에칭속도 향상제로서 극성 용제(Polar Solvent)를 사용하였으며 특히 하기 반응식 1 내지 3과 같이 Hydrogen-Bonding interaction 기능을 갖는 -OH Group의 양자성 용제(Protic Solvent)가 유용함을 발견하였다.
R-OH + Ⅰ 2 
R-OH-Ⅰ 2 → R-OH . Ⅰ + + Ⅰ - -------- (반응식 1)
Ⅰ - +Ⅰ 2 
Ⅰ 3 - (Triiodide ion) -------- (반응식 2)
2Au +Ⅰ - +Ⅰ 3 - → 2AuⅠ 2 - -------- (반응식 3)
여기서, R-OH는 극성을 띤 용제로서 많은 양의 Iodine을 용해시킬 뿐 아니라 Au를 용해시키는 Triiodide ion(I3 - )을 생성시킨다.
Iodine - Iodide 방법에서 Au의 complex Ligand로서 사용하는 Iodide는 KI 또는 NH4I가 적당하다.
물과 극성을 갖는 용제와 Iodide는 KI-H2O-R-OH, I2 -H2O-R-OH 형태로 공존하면서 Triiodide ion(I3 - )를 만들고 다시 Au 박막을 에칭시킨다.
극성용제(Polar Solvent)로 충분한 Iodine을 용해시키고, Iodide와 지속적으로 반응하여 Triiodide ion(I3 - )를 생성시키므로 에칭 속도를 일정하게 유지하고 에칭액 수명(Bath Life)을 장시간 유지시킬 수 있다.
그리고, 상기 (a5) 계면활성제는 Sodium dodecyl Sulfate, Sodium-2-ethyl hexyl Sulfate, Sodium Lauryl Sulfate, Alkyl Benzene Sulfate acid, Alkyl Ether Sulfate, Alkyl aryl Sulfonate, Dialkyl Sodium Sulfosuccinate, Alkyl Sulfonate, Poly Sulfonate, 및 Naphthalene Sulfonate로 이루어진 군에서 하나 이상 선택된 설페이트 화합물 또는 설포네이트 화합물일 수 있다.
이때, 계면활성제로서 설페이트 화합물 또는 설포네이트 화합물을 사용하여 금 범프의 표면 얼룩이나 거칠기 문제와 Undercut 문제를 방지할 수 있다.
여기서, 상기 (a5) 계면활성제는 바람직하게는 Sodium dodecyl Sulfate, Alkyl Benzene Sulfonic acid를 선택할 수 있으나 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 (a6) 유기산은 완충제로 사용할 수 있다.
상기 (a6) 유기산은 Glycine, Aspartic acid, Glutamic acid, Glycolic acid, malic acid, Lactic acid, 및 Benzylic acid로 이루어진 군에서 하나 이상 선택된 유기산일 수 있다.
여기서, 상기 완충제는 pH 조절제로서도 작용할 수 있다.
그리고, 상기 금 박막 에칭액(A)은
(a1) Iodine 화합물 1 ~ 10 중량%;
(a2) Iodide 화합물 1 ~ 20 중량%;
(a3) Sulfite 화합물 0.1 ~ 5 중량%;
(a4) 극성 유기용제 10 ~ 60 중량%;
(a5) 계면활성제 0.001 ~ 2 중량%;
(a6) 유기산 0.01 ~ 5 중량%; 및
(a7) 잔량의 탈이온수;를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 (a1) Iodine의 함량이 1 중량% 미만인 경우, Iodine-Iodide Complex 형성 효율이 감소할 수 있고, 상기 (a1) Iodine 화합물의 함량이 10 중량% 초과인 경우, 경제성이 감소할 수 있는 문제점이 있다.
여기서, 상기 (a1) Iodine 화합물의 함량은 바람직하게는 1.2 ~ 9.8 중량% 일 수 있고, 보다 바람직하게는 1.5 ~ 9.5 중량% 일 수 있다.
또한, 상기 (a2) Iodide 화합물의 함량이 1 중량% 미만인 경우, Iodine-Iodide Complex 형성 효율이 감소할 수 있고, 상기 (a2) Iodide 화합물의 함량이 20 중량% 초과인 경우, 경제성이 감소할 수 있는 문제점이 있다.
여기서, 상기 (a2) Iodide 화합물의 함량은 바람직하게는 2 ~ 19 중량% 일 수 있고, 보다 바람직하게는 3 ~ 18 중량% 일 수 있다.
그리고, 상기 (a3) Sulfite 화합물의 함량이 0.1 중량% 미만인 경우, Iodine-Iodide Complex 형성 효율이 감소할 수 있고, 상기 (a3) Sulfite 화합물의 함량이 5 중량% 초과인 경우, 경제성이 감소할 수 있는 문제점이 있다.
여기서, 상기 (a3) Sulfite 화합물의 함량은 바람직하게는 0.1 ~ 4.8 중량%일 수 있고, 보다 바람직하게는 0.3 ~ 4.5 중량% 일 수 있다.
또한, 상기 (a4) 극성 유기용제의 함량이 10 중량% 미만인 경우, 에칭 속도가 감소할 수 있고, 상기 (a4) 극성 유기용제의 함량이 60 중량% 초과인 경우, 에칭 속도가 너무 증가될 수 있는 문제점이 있다.
여기서, 상기 (a4) 극성 유기용제의 함량은 바람직하게는 15 ~ 55 중량%일 수 있고, 보다 바람직하게는 20 ~ 50 중량% 일 수 있다.
그리고, 상기 (a5) 계면활성제의 함량이 0.001 중량% 미만인 경우, 금 범프의 표면 얼룩이나 거칠기 문제와 Undercut 문제를 방지할 수 없고, 상기 (a5) 계면활성제의 함량이 2 중량% 초과인 경우, 에칭 속도가 감소될 수 있는 문제점이 있다.
여기서, 상기 (a5) 계면활성제의 함량은 바람직하게는 0.001 ~ 1.5 중량% 일 수 있고, 보다 바람직하게는 0.005 ~ 1.3 중량% 일 수 있다.
또한, 상기 (a6) 유기산의 함량이 0.01 중량% 미만인 경우, 금 범프의 표면 얼룩이나 거칠기 문제와 Undercut 문제를 방지할 수 없고, 상기 (a6) 유기산의 함량이 5 중량% 초과인 경우, 에칭 속도가 감소될 수 있는 문제점이 있다.
여기서, 상기 (a6) 유기산의 함량은 바람직하게는 0.1 ~ 5 중량% 일 수 있고, 보다 바람직하게는 0.5 ~ 4.5 중량% 일 수 있다.
그리고, 전자부품을 형성하는 기판에 수행되는 금범프 공정의 언더범프메탈층인 금 박막을 제거하는 금 박막 에칭액(A)인 언더범프메탈 에칭 조성물로,
상기 금 박막 에칭액(A)은
(a1) Iodine 화합물 1 ~ 10 중량%;
(a2) Iodide 화합물 1 ~ 20 중량%;
(a3) Sulfite 화합물 0.1 ~ 5 중량%;
(a4) 극성 유기용제 10 ~ 60 중량%;
(a5) 계면활성제 0.001 ~ 2 중량%;
(a6) 유기산 0.01 ~ 5 중량%; 및
(a7) 잔량의 탈이온수;를 포함하고,
상기 (a5) 계면활성제는 Sodium dodecyl Sulfate, Sodium-2-ethyl hexyl Sulfate, Sodium Lauryl Sulfate, Alkyl Benzene Sulfate acid, Alkyl Ether Sulfate, Alkyl aryl Sulfonate, Dialkyl Sodium Sulfosuccinate, Alkyl Sulfonate, Poly Sulfonate, 및 Naphthalene Sulfonate로 이루어진 군에서 하나 이 상 선택된 설페이트 화합물 또는 설포네이트 화합물일 수 있다.
금범프 공정의 언더범프메탈 에칭 조성물 - 티탄합금 박막 에칭액
본 발명은 전자부품을 형성하는 기판에 수행되는 금범프 공정의 언더범프메탈층(UBM)인 티탄합금 박막을 티탄합금 박막 에칭액으로 제거하며 티탄합금 박막 에칭 속도가 빠르고, 일정하게 유지하며, 금의 석출을 방지하고, 선택적인 에칭이 가능하고, 기판과 금범프에 손상, 얼룩 및 잔사를 유발하지 않고, 장기간 사용시에도 안정한 물성을 나타내는 티탄합금 박막 에칭액인 금범프 공정의 언더범프메탈 에칭 조성물을 제공하므로, 물성이 우수하고, 에칭액의 안정성이 확보될 수 있어 생산공정에 적용이 가능하며, 생산수율이 크게 향상되어 경제적이다.
또한, 본 발명은 반도체 플립칩 금범프 형성 전처리 공정인 시드(seed)층인 언더범프메탈층(UBM)의 티탄합금 박막을 금범프 형성 후 다시 에칭 방법으로 제거시킬 때, 금의 석출을 방지하고, 금범프와 기판인 알루미늄의 손상이 전혀 없는 선택적인 에칭이 가능한 에칭 조성물을 제공하고, 에칭액의 안정성을 높여 에칭 속도를 일정하게 유지하고 에칭 조성물의 수명을 장기간 유지할 수 있다.
그리고, 상기 티탄합금 박막 에칭액으로 15 ~ 50 ℃에서 언더범프메탈층(UBM)의 티탄합금 박막을 에칭시킬 때 상기 티탄합금 박막은 100 sec 이내로 완전히 제거될 수 있으며, Etch rate는 25 Å/sec이상으로 플립칩 금범프의 전공정의 INLINE 자동 생산설비에 적용할 수 있는 최적의 에칭액 및 에칭 조건을 확립할 수 있다.
또한, 티탄합금 박막 제거시 기판의 손상과 금 범프의 언더컷 문제가 발생하지 않는다.
그리고, 티탄합금 박막 에칭액의 에칭 속도가 일정하므로, 에칭액의 수명이 길어 에칭액을 수시로 재건욕할 필요가 없다.
본 발명의 금범프 공정의 언더범프메탈 에칭 조성물은
전자부품을 형성하는 기판에 수행되는 금범프 공정의 언더범프메탈층인 티탄합금 박막을 제거하는 티탄합금 박막 에칭액(B)인 언더범프메탈 에칭 조성물로서,
상기 티탄합금 에칭액(B)은
(b1) 과산화수소(H2O2) 화합물;
(b2) 알칼리 메탈 하이드록사이드 화합물;
(b3) 머캡토-아졸 화합물 또는 머캡토 피리미딘 화합물;
(b4) 알킬이미노 폴리카르복실산 화합물;
(b5) 유기산 및 이의 염;
(b6) 무기염; 및
(b7) 탈이온수;를 포함한다.
여기서, 상기 티탄합금은 티탄텅스텐(TiW) 또는 질화티탄텅스텐(TiWN)일 수 있다.
이때, 상기 (b1) 과산화수소(H2O2) 화합물은 과산화수소(H2O2) 수용액을 포함할 수 있다.
또한, 상기 (b1) 과산화수소(H2O2) 화합물은 자체 분해로 인하여 에칭속도의 변화가 발생할 수 있고, 에칭이 불균일하게 발생하며 미에칭 잔사가 남을 수 있다.
이때, 상기 (b4) 알킬이미노 폴리카르복실산 화합물이 킬레이트제로 작용하여 상기 (b1) 과산화수소(H2O2) 화합물에 의해서 산화된 티탄(Ti) 또는 텅스텐(W)과 컴플렉스를 형성하여 티탄(Ti) 또는 텅스텐(W)의 석출을 억제할 수 있다.
그리고, 상기 (b1) 과산화수소(H2O2) 화합물과 상기 (b2) 알칼리 금속 하이드록사이드 화합물에 의해서 티탄합금인 티탄텅스텐(TiW)은 산화되어 하기 반응식 4 및 반응식 5과 같이 텅스텐은 물에 용해되고, 티탄은 킬레이트인 상기 (b4) 알킬이미노 폴리카르복실산 화합물과 컴플렉스를 형성할 수 있다.
그리고, 상기 (b2) 알칼리 금속 하이드록사이드 화합물은 상기 (b1) 과산화수소(H2O2)와 함께 티탄텅스텐(TiW)을 산화시킬 수 있다.
이때, 상기 (b2) 알칼리 금속 하이드록사이드 화합물은 KOH, NaOH, 및 NH4OH로 이루어진 군에서 하나 이상 선택된 알칼리 금속 하이드록사이드 화합물일 수 있다.
여기서, 상기 (b2) 알칼리 금속 하이드록사이드 화합물은 바람직하게는 KOH를 선택할 수 있으나 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 (b3) 머캡토-아졸 화합물 또는 머캡토 피리미딘 화합물은 알루미늄 부식방지제로 작용할 수 있다.
여기서, 기판이 알루미늄인 경우, 알루미늄 기판의 손상을 억제하기 위해서 알루미늄 부식억제제인 상기 (b3) 머캡토-아졸 화합물 또는 머캡토 피리미딘 화합물을 사용하였다. 특히 머캡토-아졸 화합물이 알루미늄 부식억제에 탁월한 효과를 가짐을 확인하였다.
여기서, 상기 (b3) 머캡토-아졸 화합물 또는 머캡토 피리미딘 화합물은 2,5-Dimercapto-1,3,4-Thiadiazole, 2,4-Dimercapto-1,3,5-Thiadiazole, 2-Mercapto benzothiazole, 6-Dmino-2-mercapto benzo thiazole, 4,5-Diamino-2,6-dimercapto pyrimidine, 및 3-amino-5-mercapto-1,2,4 triazole로 이루어진 군에서 하나 이상 선택된 머캡토-아졸 화합물 또는 머캡토 피리미딘 화합물일 수 있다.
그리고, 상기 (b4) 알킬이미노 폴리카르복실산 화합물은 Chelating agent로 작용할 수 있다.
여기서, 상기 (b4) 알킬이미노 폴리카르복실산 화합물은 금속불순물을 용해할 뿐 아니라 Ti이나 W의 석출을 방지할 수 있다.
이때, 상기 (b4) 알킬이미노 폴리카르복실산 화합물은 Hydroxy ethylimino diacetic acid, Imino diacetic acid, Nitrilo triacetic acid, Ethylene diamine tetraacetic acid, Ethylene diamine diacetic acid, 및 Triethylene tetramine hexaacetic acid로 이루어진 군에서 하나 이상 선택된 알킬이미노 폴리카르복실산 화합물일 수 있다.
또한, 상기 (b5) 유기산 및 이의 염은 안정제로 작용할 수 있고 완충제로도 작용할 수 있다.
여기서, 상기 (b5) 유기산 및 이의 염은 Citric acid, formic acid, Oxalic acid, Tartaric acid, Succinic acid, Malic acid, Malonic acid, 및 Adipic acid로 이루어진 군에서 선택된 유기산 및 이의 염일 수 있다.
이때, 상기 (b5) 유기산 및 이의 염은 바람직하게는 Triammonium citrate를 선택할 수 있으나, 한정된 것은 아니다.
특히, Citric acid의 암모니아염은 과산화수소 분해 억제의 효과가 탁월함을 확인하였다.
그리고, 상기 (b6) 무기염은 pH 조절제로 작용할 수 있다.
이때, 상기 (b6) 무기염은 Na2CO3, KOH, 및 NaOH로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 무기염일 수 있다.
또한, 상기 티탄합금 에칭액(B)은
(b1) 과산화수소(H2O2) 화합물 5 ~ 30 중량%;
(b2) 알칼리 메탈 하이드록사이드 화합물 0.01 ~ 5 중량%;
(b3) 머캡토-아졸 화합물 또는 머캡토 피리미딘 화합물 0.001 ~ 2 중량%;
(b4) 알킬이미노 폴리카르복실산 화합물 0.01 ~ 5 중량%;
(b5) 유기산 및 이의 염 0.001 ~ 2 중량%;
(b6) 무기염 0.1 ~ 10 중량%; 및
(b7) 잔량의 탈이온수;를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 (b1) 과산화수소(H2O2) 화합물의 함량이 5 중량% 미만인 경우, 에칭이 불균일하게 발생하며 미에칭 잔사가 남을 수 있고, 상기 (b1) 과산화수소(H2O2) 화합물의 함량이 30 중량% 초과인 경우, 경제성이 감소할 수 있는 문제점이 있다.
여기서, 상기 (b1) 과산화수소(H2O2) 화합물의 함량은 바람직하게는 5.3 ~ 28 중량% 일 수 있고, 보다 바람직하게는 5.5 ~ 25 중량 % 일 수 있다.
또한, 상기 (b2) 알칼리 메탈 하이드록사이드 화합물의 함량이 0.01 중량% 미만인 경우, 티탄텅스텐(TiW) 산화 효율이 감소할 수 있고, 상기 (b2) 알칼리 메탈 하이드록사이드 화합물의 함량이 5 중량% 초과인 경우, 경제성이 감소할 수 있는 문제점이 있다.
여기서, 상기 (b2) 알칼리 메탈 하이드록사이드 화합물의 함량은 바람직하게는 0.03 ~ 4.8 중량% 일 수 있고, 보다 바람직하게는 0.05 ~ 4.5 중량 % 일 수 있다.
그리고, 상기 (b3) 머캡토-아졸 화합물 또는 머캡토 피리미딘 화합물의 함량이 0.001 중량% 미만인 경우, 알루미늄 기판이 부식될 수 있고, 상기 (b3) 머캡토-아졸 화합물 또는 머캡토 피리미딘 화합물의 함량이 2 중량% 초과인 경우, 경제성이 감소할 수 있는 문제점이 있다.
여기서, 상기 (b3) 머캡토-아졸 화합물 또는 머캡토 피리미딘 화합물의 량은 바람직하게는 0.002 ~ 1.998 중량%일 수 있고, 보다 바람직하게는 0.003 ~ 1.995 중량% 일 수 있다.
또한, 상기 (b4) 알킬이미노 폴리카르복실산 화합물의 함량이 0.01 중량% 미만인 경우, 금속불순물을 용해하지 못하고, Ti이나 W가 석출될 수 있고, 상기 (b4) 알킬이미노 폴리카르복실산 화합물의 함량이 5 중량% 초과인 경우, 경제성이 감소할 수 있는 문제점이 있다.
여기서, 상기 (b4) 알킬이미노 폴리카르복실산 화합물의 함량은 바람직하게는 0.02 ~ 4.98 중량% 일 수 있고, 보다 바람직하게는 0.05 ~ 4.95 중량% 일 수 있다.
그리고, 상기 (b5) 유기산 및 이의 염의 함량이 0.001 중량% 미만인 경우, 과산화수소 분해를 억제할 수 없고, 상기 (b5) 유기산 및 이의 염의 함량이 2 중량% 초과인 경우, 경제성이 감소할 수 있는 문제점이 있다.
여기서, 상기 (b5) 유기산 및 이의 염의 함량은 바람직하게는 0.002 ~ 1.998 중량% 일 수 있고, 보다 바람직하게는 0.005 ~ 1.995 중량% 일 수 있다.
또한, 상기 (b6) 무기염의 함량이 0.1 중량% 미만인 경우, pH를 조절할 수 없고, 상기 (b6) 무기염의 함량이 10 중량% 초과인 경우, 경제성이 감소할 수 있는 문제점이 있다.
여기서, 상기 (b6) 무기염의 함량은 바람직하게는 0.3 ~ 9 중량% 일 수 있고, 보다 바람직하게는 0.5 ~ 8 중량% 일 수 있다.
금범프 공정의 언더범프메탈층인 금 박막을 에칭하는 언더범프메탈 에칭방법
본 발명은 전자부품을 형성하는 기판에 수행되는 금범프 공정의 언더범프메탈층(UBM)의 금 박막을 상기 금 박막 에칭액으로 에칭하는 방법을 제공하므로, 공정안정성이 우수하다.
또한, 본 발명은 반도체 플립칩 금범프 형성 전처리 공정인 시드(seed)층인 언더범프메탈층(UBM)의 금 박막을 금범프 형성 후 다시 에칭 방법으로 제거시킬 때, 금의 석출을 방지하고, 금범프와 기판인 알루미늄의 손상이 전혀 없는 선택적인 에칭이 가능한 에칭방법을 제공할 수 있다.
그리고, 상기 금 박막 에칭액으로 15 ~ 50 ℃에서 언더범프메탈층(UBM)의 금 박막을 에칭시킬 때 상기 금 박막은 100 sec 이내로 완전히 제거될 수 있으며, Etch rate는 25 Å/sec이상으로 플립칩 금범프의 전공정의 INLINE 자동 생산설비에 적용할 수 있는 최적의 에칭방법을 확립할 수 있다.
또한, 금 박막 제거시 기판의 손상과 금 범프의 언더컷 문제가 발생하지 않는다.
그리고, 금 박막 에칭액의 에칭 속도가 일정하므로, 에칭액의 수명이 길어 에칭액을 수시로 보완할 필요가 없다.
본 발명의 금 박막을 에칭하는 언더범프메탈 에칭방법은
전자부품을 형성하는 기판에 수행되는 금범프 공정의 언더범프메탈층인 금 박막을 에칭하는 언더범프메탈 에칭방법으로서,
상기 금 박막 에칭액(A)을 이용하여 금 박막을 에칭하는 단계를 포함하는 언더범프메탈 에칭방법을 제공한다.
여기서, 상기 기판은 알루미늄, 구리, 스틸, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 및 폴리에틸렌(PE)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다.
금범프 공정의 언더범프메탈층인 티탄합금 박막을 에칭하는 언더범프메탈 에칭방법
본 발명은 전자부품을 형성하는 기판에 수행되는 금범프 공정의 언더범프메탈층(UBM)의 티탄합금 박막을 상기 티탄합금 박막 에칭액으로 에칭하는 방법을 제공하므로, 공정안정성이 우수하다.
또한, 본 발명은 반도체 플립칩 금범프 형성 전처리 공정인 시드(seed)층인 언더범프메탈층(UBM)의 티탄합금 박막을 금범프 형성 후 다시 에칭 방법으로 제거시킬 때, 금의 석출을 방지하고, 금범프와 기판인 알루미늄의 손상이 전혀 없는 선택적인 에칭이 가능한 에칭방법을 제공할 수 있다.
그리고, 상기 티탄합금 박막 에칭액으로 15 ~ 50 ℃에서 언더범프메탈층(UBM)의 티탄합금 박막을 에칭시킬 때 상기 티탄합금 박막은 100 sec 이내로 완전히 제거될 수 있으며, Etch rate는 25 Å/sec이상으로 플립칩 금범프의 전공정의 INLINE 자동 생산설비에 적용할 수 있는 최적의 에칭방법을 확립할 수 있다.
또한, 티탄합금 박막 제거시 기판의 손상과 금 범프의 언더컷 문제가 발생하지 않는다.
그리고, 티탄합금 박막 에칭액의 에칭 속도가 일정하므로, 에칭액의 수명이 길어 에칭액을 수시로 보완할 필요가 없다.
본 발명의 티탄합금 박막을 에칭하는 언더범프메탈 에칭방법은
전자부품을 형성하는 기판에 수행되는 금범프 공정의 언더범프메탈층인 티탄합금 박막을 에칭하는 언더범프메탈 에칭방법으로서,
상기 티탄합금 박막 에칭액(B)을 이용하여 티탄합금 박막을 에칭하는 단계를 포함하는 언더범프메탈 에칭방법을 제공한다.
여기서, 상기 기판은 알루미늄, 구리, 스틸, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 및 폴리에틸렌(PE)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금 범프 형성의 공정 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 1) Wafer Clean 단계에서 알루미늄 패드와 절연막이 형성된 Wafer를 세척하여 준비한다.
그런 다음, 2) Sputter TiW/Au 단계에서 상기 알루미늄 패드 상부와 상기 절연막 상부에 걸쳐 언더범프메탈층(UBM)으로 TiW 박막을 증착한 후 그 상부에 언더범프메탈층(UBM)으로 금 박막을 증착한다. 이때, 언더범프메탈층(UBM)인 상기 TiW 박막과 상기 금 박막의 두께가 각각 1000 Å ~ 1100 Å이 되도록 증착시킨다.
그 후, 3) PR Coating 단계, 4) UV 노광 단계, 5) Develop 단계에서 리소그래피 방법으로 상기 금 박막 상부에 포토레지스트를 코팅한 후 노광, 현상하여 금범프 도금을 위한 공간을 만든다.
그런 다음, 6) Au Plating 단계에서 상기 금범프 도금을 위한 공간에 비시안계 아황산 전해 금도금 조성물을 사용하여 금범프를 형성한다.
여기서, 최소 금범프 크기는 Bump Pitch 10 ~ 20 ㎛, Bump Length 8 ~ 15 ㎛ 수준까지 초미세화가 요구되고 있으며, 금범프에서 요청되는 평탄성, 높이 단차, 경도 등의 접합특성을 갖추기 위해 전해 금도금으로 비시안계 아황산 전해 금도금 방법을 사용한다.
그 후, 7) PR Stripping 단계에서 포토레지스트를 박리하여 제거한다.
그런 다음, 8) Au Etching 단계에서 노출된 언더범프메탈층(UBM)을 제거하기 위하여 본 발명의 상기 금 박막 에칭액을 사용하여 노출된 금 박막을 제거한다.
그 후, 9) TiW Etching 단계에서 본 발명의 상기 티탄합금 박막 에칭액을 사용하여 노출된 TiW 박막을 제거하고 금범프 형성 공정을 완성한다.
이하에서, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나, 하기의 실시예는 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다. 하기의 실시예는 본 발명의 범위 내에서 당업자에 의해 적절히 수정, 변경될 수 있다.
<실시예>
<실시예 1> 언더범프메탈층(UBM) 에칭 공정 - I
하기 표 1에 표시한 성분 함량을 탈이온수에 용해시켜 Au 박막 에칭액과 TiW 박막에칭액을 제조하였다.
Au 박막 에칭조의 온도는 25 ℃, pH 3.5를 유지하고 준비한 플립칩 금범프 시료를 침지하여 에칭하였다.
Au 박막 두께는 1100 Å이였고, Au 박막이 모두 에칭된 시간은 29 sec이였다.
Au 박막 Etch rate는 38 Å/sec 임이 확인되었다.
Au 박막 제거 후 금범프의 거칠기, 얼룩, 금석출, Undercut 발생 유무를 확인하였다.
그런 다음, TiW 박막 에칭조 온도를 25 ℃로 유지하고, pH 8.5로 유지하였다.
그 후, Au 박막을 제거한 시료를 침지하여 에칭하였다.
TiW 박막 두께는 1000 Å이였고, TiW 박막이 모두 에칭된 시간은 29 sec이였다.
TiW 박막 Etch rate는 35 Å/sec임이 확인되었다.
TiW 박막 제거 후 금범프 외관과 Undercut, 알루미늄 기판 손상 및 미에칭 및 잔사 유무를 확인하였다.
<실시예 2> 언더범프메탈층(UBM) 에칭 공정 - Ⅱ
하기 표 1에 표시한 성분 함량을 탈이온수에 용해시켜 Au 박막 에칭액과 TiW 박막에칭액을 제조하였다.
상기 실시예 2의 Au 박막 에칭액은 NH4I 대신에 KI를 사용하였다. 또는 에칭속도 향상제로서 Glycerol을 사용하였다.
Au 박막 에칭조의 온도는 25 ℃, pH 3.5를 유지하고 준비한 플립칩 금범프 시료를 침지하여 에칭하였다.
Au 박막 두께는 1100 Å이였고, Au 박막이 모두 에칭된 시간은 32 sec이였다.
Au 박막 Etch rate는 35 Å/sec 임이 확인되었다.
Au 박막 제거 후 금범프의 거칠기, 얼룩, 금석출, Undercut 발생 유무를 확인하였다.
그런 다음, TiW 박막 에칭조 온도를 25 ℃로 유지하고, pH 8.5로 유지하였다.
그 후, Au 박막을 제거한 시료를 침지하여 에칭하였다.
TiW 박막 두께는 1000 Å이였고, TiW 박막이 모두 에칭된 시간은 33 sec이였다.
TiW 박막 Etch rate는 31 Å/sec임이 확인되었다.
TiW 박막 제거 후 금범프 외관과 Undercut, 알루미늄 기판 손상 및 미에칭 및 잔사 유무를 확인하였다.
<실시예 3> 언더범프메탈층(UBM) 에칭 공정 - Ⅲ
하기 표 1에 표시한 성분 함량을 탈이온수에 용해시켜 Au 박막 에칭액과 TiW 박막에칭액을 제조하였다.
상기 실시예 3의 Au 박막 에칭액은 에칭 속도 향상제로서 Diethylene glycol과 Glycerol을 함께 사용하였다.
Au 박막 에칭조의 온도는 25 ℃, pH 3.5를 유지하고 준비한 플립칩 금범프 시료를 침지하여 에칭하였다.
Au 박막 두께는 1100 Å이였고, Au 박막이 모두 에칭된 시간은 27 sec이였다.
Au 박막 Etch rate는 41 Å/sec 임이 확인되었다.
Au 박막 제거 후 금범프의 거칠기, 얼룩, 금석출, Undercut 발생 유무를 확인하였다.
그런 다음, TiW 박막 에칭조 온도를 25 ℃로 유지하고, pH 9.0으로 유지하였다.
그 후, Au 박막을 제거한 시료를 침지하여 에칭하였다.
TiW 박막 두께는 1000 Å이였고, TiW 박막이 모두 에칭된 시간은 35 sec이였다.
TiW 박막 Etch rate는 38 Å/sec임이 확인되었다.
TiW 박막 제거 후 금범프 외관과 Undercut, 알루미늄 기판 손상 및 미에칭 및 잔사 유무를 확인하였다.
| 구분 | 실시예1 | 실시예2 | 실시예3 | ||
| Au 에칭액 |
Iodine | 5% | 3% | 4% | |
| NH4I | 10% | 10% | |||
| KI | 10% | ||||
| Amonium Sulfite | 0.5% | 1.0% | 0.5% | ||
| Glutamic Acid | 0.5% | 0.5% | 0.5% | ||
| Sodium Dodecyl Sulfate | 0.02% | 0.02% | 0.02% | ||
| Diethylene Glycol | 35% | 25% | |||
| Glycerol | 30% | 10% | |||
| 탈이온수 | 48.98% | 55.48% | 49.98% | ||
| 조건 | 온도 | 25℃ | 25℃ | 25℃ | |
| pH | 3.5 | 3.5 | 3.5 | ||
| TiW 에칭액 |
H2O2 | 20% | 20% | 20% | |
| Nitrilo Triacetic Acid | 0.05% | 0.1% | 0.2% | ||
| 3-Amino-5-Mercapto 1,2,4 Triazole |
0.02% | 0.03% | 0.05% | ||
| KOH | 0.3% | ||||
| NH4OH | 1.0% | 0.5% | |||
| Triammonium Citrate | 0.5% | 0.5% | 0.2% | ||
| 탈이온수 | 79.13% | 78.37% | 79.05% | ||
| 조건 | 온도 | 25℃ | 25℃ | 25℃ | |
| pH | 8.5 | 8.5 | 9.0 | ||
<실시예 4> 언더범프메탈층(UBM) 에칭 공정 후 시료 평가
상기 실시예 1 내지 살시예 3의 언더범프메탈층(UBM) 에칭 공정에서 Au 박막 제거 후 금범프의 거칠기, 얼룩, 금석출, Undercut 발생 유무를 확인하여 하기 표 2에 나타내었다.
또한, TiW 박막 제거 후 금범프 외관과 Undercut, 알루미늄 기판 손상 및 미에칭 및 잔사 유무를 확인하여 하기 표 2에 나타내었다.
| 실시예1 | 실시예2 | 실시예3 | |
| Au 범프 표면 얼룩 |
없음 | 없음 | 없음 |
| Au 범프 표면거칠기 | 균일 | 균일 | 균일 |
| Au범프Undercut (좌+우)/2 |
1.637 ㎛ | 1.654 ㎛ | 1.571㎛ |
| Ti 잔사 | 없음 | 없음 | 없음 |
| W 잔사 | 없음 | 없음 | 없음 |
| 알루미늄 침식 | 없음 | 없음 | 없음 |
| Etch rate Au/TiW (Å/sec) |
38Å/35Å | 35Å/31Å | 41Å/29Å |
| 결과 | 양호 | 양호 | 양호 |
도 2는 상기 실시예 1에 따른 언더범프메탈층(UBM) 에칭 공정 후 시료의 언더컷 발생 유무를 보여주는 주사전자현미경(SEM) 이미지이다.
도 3은 상기 실시예 2에 따른 언더범프메탈층(UBM) 에칭 공정 후 시료의 언더컷 발생 유무를 보여주는 주사전자현미경(SEM) 이미지이다.
도 4는 상기 실시예 3에 따른 언더범프메탈층(UBM) 에칭 공정 후 시료의 언더컷 발생 유무를 보여주는 주사전자현미경(SEM) 이미지이다.
여기서, 도 2 내지 도 4의 주사전자현미경(SEM) 이미지를 참조하면, 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 3의 언더범프메탈층(UBM) 에칭 공정에서 언더컷(Undercut)은 발생하지 않았다.
도 5는 상기 실시예 1에 따른 언더범프메탈층(UBM) 에칭 공정 후 시료의 EDS 표면 성분분석 결과이다.
도 6은 상기 실시예 2에 따른 언더범프메탈층(UBM) 에칭 공정 후 시료의 EDS 표면 성분분석 결과이다.
도 7은 상기 실시예 3에 따른 언더범프메탈층(UBM) 에칭 공정 후 시료의 EDS 표면 성분분석 결과이다.
이때, 도 5 내지 도 7의 에칭 후 EDS로 표면 성분분석 결과를 참조하면, 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 3의 언더범프메탈층(UBM) 에칭 공정 후 금 원소와 티탄 원소가 전혀 검출되지 않았다.
따라서, 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 3의 언더범프메탈층(UBM) 에칭 공정에서 금 박막 에칭과 티탄텅스텐 박막 에칭이 완전하게 수행되었다.
지금까지 본 발명에 따른 금범프 공정의 언더범프메탈 에칭 조성물 및 이를 사용한 언더범프메탈 에칭방법에 관한 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 실시 변형이 가능함은 자명하다.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
즉, 전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어지고, 그 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
Claims (7)
- 전자부품을 형성하는 기판에 수행되는 금범프 공정의 언더범프메탈층인 금 박막을 제거하는 금 박막 에칭액(A)인 언더범프메탈 에칭 조성물로,
상기 금 박막 에칭액(A)은
(a1) Iodine 화합물 1 ~ 10 중량%;
(a2) Iodide 화합물 1 ~ 20 중량%;
(a3) Sulfite 화합물 0.1 ~ 5 중량%;
(a4) 극성 유기용제 10 ~ 60 중량%;
(a5) 계면활성제 0.001 ~ 2 중량%;
(a6) 유기산 0.01 ~ 5 중량%; 및
(a7) 잔량의 탈이온수;를 포함하고,
상기 (a5) 계면활성제는 Sodium dodecyl Sulfate, Sodium-2-ethyl hexyl Sulfate, Sodium Lauryl Sulfate, Alkyl Benzene Sulfate acid, Alkyl Ether Sulfate, Alkyl aryl Sulfonate, Dialkyl Sodium Sulfosuccinate, Alkyl Sulfonate, Poly Sulfonate, 및 Naphthalene Sulfonate로 이루어진 군에서 하나 이 상 선택된 설페이트 화합물 또는 설포네이트 화합물인 것을 특징으로 하는
금범프 공정의 언더범프메탈층인 금 박막 에칭 조성물.
- 제 1 항에 있어서,
상기 (a2) Iodide 화합물은 Lithium Iodide, Sodium iodide, Ammonium iodide, 및 Potassium iodide로 이루어진 군에서 하나 이상 선택된 Iodide 화합물인 것을 특징으로 하는
금범프 공정의 언더범프메탈층인 금 박막 에칭 조성물.
- 제 1 항에 있어서,
상기 (a3) Sulfite 화합물은 Lithium Sulfite, Sodium Sulfite, Sodium Bisulfate, Ammonium Sulfite, 및 Potassium Sulfite로 이루어진 군에서 하나 이상 선택된 Sulfite 화합물인 것을 특징으로 하는
금범프 공정의 언더범프메탈층인 금 박막 에칭 조성물.
- 제 1 항에 있어서,
상기 (a4) 극성 유기용제는 Methanol, Ethanol, n-Propanol, n-Butanol, Iso Propanol, Pentanol, Ethylene Glycol, Diethylene Glycol, Propylene glycol, Glycerol, Alkyl alcohol, Cyclohexanol, Ethyl acetate, Dimethyl sulfoxide, Acetonitrile, 및 Dimethyl formamide로 이루어진 군에서 하나 이상 선택된 극성 유기용제인 것을 특징으로 하는
금범프 공정의 언더범프메탈층인 금 박막 에칭 조성물.
- 제 1 항에 있어서,
상기 (a6) 유기산은 Glycine, Aspartic acid, Glutamic acid, Glycolic acid, malic acid, Lactic acid, 및 Benzylic acid로 이루어진 군에서 하나 이상 선택된 유기산인 것을 특징으로 하는
금범프 공정의 언더범프메탈층인 금 박막 에칭 조성물.
- 전자부품을 형성하는 기판에 수행되는 금범프 공정의 언더범프메탈층인 금 박막을 에칭하는 언더범프메탈 에칭방법으로서, 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 금범프 공정의 언더범프메탈층인 금 박막 에칭 조성물을 이용하여 금 박막을 에칭하는 단계를 포함하는
언더범프메탈층인 금 박막 에칭방법.
- 제 6 항에 있어서,
상기 기판은 알루미늄, 구리, 스틸, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 및 폴리에틸렌(PE)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는
언더범프메탈층인 금 박막 에칭방법.
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