KR960011857B1 - Semiconductor device and the manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
제1도는 전기도금시 솔더가 전기도금된 구조를 표현한 단면도.1 is a cross-sectional view showing a structure in which the solder is electroplated during electroplating.
제2도는 반도체 소자인 칩에 형성된 범프를 나타내는 단면도.2 is a cross-sectional view showing bumps formed on a chip as a semiconductor element.
제3도는 기판에 칩을 탑재한 상태를 나타내는 단면도.3 is a cross-sectional view showing a state in which a chip is mounted on a substrate.
제4도는 종래의 기술에 의해 형성된 솔더 범프 구조의 단면도.4 is a cross-sectional view of a solder bump structure formed by the prior art.
제5도는 이 발명에 따른 솔더 범프의 구조를 나타낸 단면도.5 is a cross-sectional view showing the structure of a solder bump according to the present invention.
제6a도 내지 제6h도는 이 발명에 따른 솔더 범프의 형성방법을 나타낸 공정 순서도.6A to 6H are process flowcharts showing a method of forming solder bumps according to the present invention.
이 발명은 반도체 장치 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 반도체 장치의 단자전극으로 사용되는 솔더 범프(solder bump)의 구조 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a structure of a solder bump used as a terminal electrode of a semiconductor device and a method for manufacturing the same.
최근 하이브리드(hybrid) IC(Integrated Circuit)의 급속한 성장과 고밀도 실장에 부응하기 위해 반도체 소자의 패드(PAD)에 와이어(wire) 대신 범프라 일컬어지는 금속돌기물을 사용하는 플립 칩(flip chip) 방식과 같은 와이어리스(wireless) 본딩방식이 많이 개발되고 있으며, 특히 낮은 용융점(melting point) 온도를 갖는 솔더 범프에 대한 많은 연구가 이루어지고 있다. 즉, 솔더 범프의 높이를 향상시키고, 고밀도 실장 및 칩 사이즈(size)를 최소화하기 위해서 솔더 범프간 거리를 좁게하며, 기판에 칩을 탑재할 때 기판과 칩의 표면간의 간격을 어느정도 유지시켜 열에 의한 칩의 스트레스(stress)를 최소화하고자 하는 기술들이 많이 개발되고 있다.In order to meet the rapid growth and high density of hybrid ICs in recent years, a flip chip method using metal projections called bumps instead of wires is used for pads of semiconductor devices. Many wireless bonding methods, such as, have been developed, and many studies on solder bumps having a low melting point temperature have been made. In other words, in order to improve the height of the solder bumps, to narrow the distance between the solder bumps in order to minimize the high-density mounting and chip size, and to maintain a certain distance between the surface of the chip and the surface of the chip when mounting the chip on the substrate Many technologies have been developed to minimize stress of the chip.
이러한 기술들을 살펴보면, 먼저 미합중국 특허 3,625,837호에는 반도체 소자의 패드에 솔더 범프를 형성하기 위하여 확산장벽금속(diffusion barrier metal)인 크롬(Cr)과 흡습성 금속(wettable metal)인 구리(Cu)를 증착하고, 상기 금속들 위에 선택적인 전기도금을 위한 포토레지스트 패턴을 형성한 후, 납(95%∼100%), 주석(0%∼5%)의 솔더를 전기도금하여 리플로우(reflow) 함으로써 솔더 범프를 형성하는 기술을 개시하고 있다.Looking at these technologies, US Patent No. 3,625,837 first deposits chromium (Cr), a diffusion barrier metal, and copper (Cu), a wettable metal, to form solder bumps on pads of semiconductor devices. After forming a photoresist pattern for selective electroplating on the metals, the solder bumps by electroplating and reflowing lead (95% -100%), tin (0% -5%) solder It discloses a technique for forming a.
상기 미합중국특허 3,625,837호에 개시된 기술의 경우, 전기도금시 전기도금되는 솔더의 높이에서 상기 선택적인 전기도금을 위해 사용된 포토레지스트 패턴의 두께를 뺀 만큼 솔더가 옆으로 전기도금되기 때문에 솔더 범프간의 거리는 전기도금되는 솔더의 높이에 의해 제한을 받게 된다.In the technique disclosed in US Pat. No. 3,625,837, the distance between solder bumps is because the solder is electroplated sideways by subtracting the thickness of the photoresist pattern used for the selective electroplating from the height of the electroplating solder during electroplating. It is limited by the height of the solder to be electroplated.
즉, 제1도에 도시된 바와 같이 선택적 전기도금시 전기도금되는 솔더 높이(T)의 수준과 비슷한 길이(S) 만큼 옆으로도 솔더가 전기도금되기 때문에, 소정의 범프 높이를 얻기 위해서는, 제2도에 도시된 바와 같이, 범프간의 거리(L)는 범프 높이(H)의 2배 이상이 유지되도록 설계해야 한다.That is, as shown in FIG. 1, since the solder is electroplated sideways by a length S similar to the level of the solder height T which is electroplated during selective electroplating, in order to obtain a predetermined bump height, As shown in FIG. 2, the distance L between bumps should be designed such that at least two times the bump height H is maintained.
따라서 이와 같은 기술로 솔더를 전기도금하면 고밀도 실장 및 칩 사이즈 최소화에 제한을 받게 된다. 또한, 기판에 상술한 바와 같은 범프를 가진 칩을 탑재시, 제3도에 도시된 바와 같이, 기판과 칩 표면간의 간격(W)을 적정수준으로 유지할 수가 없기 때문에 열에 의한 스트레스로 인해 칩으로부터 솔더 범프가 떨어져 나가는 등 손상을 받게 된다.Therefore, the electroplating of solder with this technique limits the high density mounting and chip size minimization. In addition, when the chip having the bumps as described above is mounted on the substrate, as shown in FIG. 3, since the gap W between the substrate and the surface of the chip cannot be maintained at an appropriate level, solder from the chip due to thermal stress The bumps may fall off and be damaged.
다음으로 미합중국특허 4,661,375호에 개시된 솔더 범프 형성기술은 솔더 범프 형성방법인 전기도금방법, 증착방법, 침적방법 등중 침적방법에 관련되는 기술로 솔더 범프를 형성하기 위해 반도체 소자의 패드에 장벽금속을 증착하여 선택적 에칭후에 327℃ 온도에서 납이 100%인 솔더용액에 넣어서 1차 침적을 한후, 다음 312℃의 온도에서 납(95%), 주석(5%)의 솔더용액에 2차로 침적을 한다. 그 다음 또다시 307℃의 온도에서 납(90%), 주석(10%)의 솔더에 3차로 침적물 한후에 이들 침적된 솔더를 327℃ 온도에서 리플로우하여 납(95%), 주석(5%)의 솔더 범프를 형성하는 기술로 종래의 침적 기술보다 솔더 범프 높이를 27%∼76% 정도 향상시킬 수 있다.Next, the solder bump forming technique disclosed in US Pat. No. 4,661,375 is a technique related to the deposition method among the solder bump forming methods such as electroplating method, deposition method, and deposition method. After evaporation and selective etching, it is first deposited by soldering at 100% lead at 327 ℃ and then secondly deposited by solder (95%) and tin (5%) at 312 ℃. . Then, after depositing a third deposit of lead (90%) and tin (10%) at a temperature of 307 ° C, these deposited solders were reflowed at a temperature of 327 ° C to lead (95%) and tin (5%). It is possible to improve the solder bump height by 27% to 76% by using a technique of forming a solder bump of the conventional deposition technique.
그러나, 상기 미합중국특허 4,661,375호에 개시된 기술의 경우 솔더 범프의 높이를 증가시키는데 있어 전기도금 방법에 비하여 어려움이 있고, 이 기술에 의한 범프를 사용한 칩을 기판에 탑재시 앞의 기술과 같이 기판과 칩간의 간격을 적정수준으로 유지하기가 어렵다.However, the technique disclosed in US Pat. No. 4,661,375 has a difficulty in increasing the height of solder bumps compared to the electroplating method, and when a chip using bumps according to this technique is mounted on a substrate, the substrate and the chip as in the previous technique. It is difficult to keep the gap between them.
또다른 종래 기술로는 제4도에 도시된 바와 같이 30㎛∼40㎛ 정도의 구리 범프(16)을 사용하여 기판에 칩을 탑재시 적절한 간격을 유지할 수 있도록 한 버섯모양의 솔더 범프 형성기술로 구리 범프(16)을 제외하면 미합중국특허 3,625,837호의 기술과 유사하다.Another conventional technique is a mushroom-shaped solder bump forming technique that uses a copper bump 16 of about 30 μm to 40 μm as shown in FIG. Except for the copper bumps 16, it is similar to the technique of US Pat. No. 3,625,837.
상기 제4도를 참조하면, 반도체 소자(10) 표면에 형성된 산화막(11)이 선택적으로 에칭되어 알루미늄전극(12)이 구비되어 있고, 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition : CVD) 방법에 의한 절연막(13)을 형성하여 통상적인 사진식각기술에 의하여 선택적으로 개구가 형성되어 패드가 만들어진다.Referring to FIG. 4, an oxide film 11 formed on the surface of the semiconductor device 10 is selectively etched to provide an aluminum electrode 12, and an insulating film formed by a chemical vapor deposition (CVD) method. 13), and openings are selectively formed by conventional photolithography techniques to form pads.
다음 상기 개구와 절연막(13) 전면에 확산 장벽금속인 크롬(14)과 흡습성금속인 구리(15)을 얇게 증착한 다음 구리 범프(16)와 솔더 범프를 선택적으로 전기도금하기 위한 절연막을 고점도 포토레지스트(도시되지 않음)을 이용하여 5㎛ 정도의 두께로 도포한 다음 통상적인 사진식각기술을 이용하여 전기도금될 부분에 개구를 형성한다.Next, a thin film of chromium 14, which is a diffusion barrier metal, and copper 15, which is a hygroscopic metal, is deposited on the entire surface of the opening and the insulating layer 13, and then an insulating film for selectively electroplating the copper bumps 16 and the solder bumps is formed. A resist (not shown) is used to apply a thickness of about 5 μm and then an opening is formed in the portion to be electroplated using conventional photolithography techniques.
다음 장벽금속(14, 15)을 전극으로 하여 30㎛∼40㎛ 정도의 높이로 구리 범프(16)를 전기도금한다. 이때, 옆으로도 포토레지스트의 두께를 뺀 25㎛∼35㎛ 정도의 구리가 전기도금된다.Next, the copper bumps 16 are electroplated at a height of about 30 µm to 40 µm using the barrier metals 14 and 15 as electrodes. At this time, the copper of about 25 micrometers-about 35 micrometers which removed the thickness of the photoresist is also electroplated sideways.
다음 또다시 장벽금속(14, 15)을 전극으로 하여 소정의 혼합비를 가진 솔더를 전기도금을 한후, 포토레지스트를 제거하고 형성한 범프를 마스크패턴으로 하여 장벽금속을 에칭한 다음 표면장력에 의한 솔더와 CVD 방법으로 형성된 절연막과의 비흡습성 성질, 그리고 솔더와 구리의 흡습성 성질을 이용하여 솔더의 용융점 온도로 리플로우하면 140㎛ 정도의 솔더 범프(17)가 형성되고 제4도와 같은 버섯모양의 범프가 형성된다. 이때, 솔더의 높이는 전기도금되는 솔더의 양에 의해 결정된다.Next, after electroplating solder having a predetermined mixing ratio using the barrier metals 14 and 15 as electrodes, the photoresist is removed and the barrier metal is etched using the formed bumps as a mask pattern, and then soldered by surface tension. And the non-hygroscopic property of the insulating film formed by the CVD method and the hygroscopic property of the solder and copper, reflowing to the melting point temperature of the solder to form solder bumps of about 140 μm and mushroom bumps as shown in FIG. Is formed. At this time, the height of the solder is determined by the amount of solder to be electroplated.
상기 제4도에 도시된 기술에서도, 구리 전기도금시 선택적으로 전기도금된 구리 높이에서 선택적 전기도금을 위해 사용된 포토레지스트의 두께를 뺀 만큼 옆으로도 전기도금이 되며, 이어서 바로 상기 구리 범프에 솔더를 전기도금하기 때문에 상기 제1도에 도시된 바와 같이 전기도금되는 솔더의 높이(T)와 비슷한 수준의 길이(S) 만큼 옆으로도 솔더가 전기도금되는 관계로 상기 제2도에 도시된 바와 같이 범프간 거리(L)는 전체 범프높이(H)이 2배 이상으로 설계하여야 한다. 또한, 이 기술은 5㎛ 정도의 두께를 가진 포토레지스트층이 요구되어 고점도의 포토레지스트로 도포해야 하므로 기존 생산설비를 사용할 수가 없기 때문에 별도의 설비가 필요하며, 또한 이러한 기술을 이용하여 범프를 형성시 범프간 거리를 좁게하기 위해서는 선택적인 전기도금을 위해 사용되는 포토레지스트의 두께를 매우 높게해야 하는데 이와 같이 두께를 높게 할 수 있는 포토레지스트와 이를 도포할 수 있는 설비문제로 현실적인 어려움이 있다.In the technique shown in FIG. 4, the copper electroplating is also electroplated laterally by subtracting the thickness of the photoresist used for the selective electroplating from the height of the selectively electroplated copper. Since the solder is electroplated, the solder is electroplated sideways by a length S similar to the height T of the electroplated solder as shown in FIG. As such, the distance between bumps (L) is to be designed so that the total bump height (H) is more than twice. In addition, this technique requires a photoresist layer having a thickness of about 5 μm and needs to be coated with a high viscosity photoresist, so that a separate facility is required because existing production equipment cannot be used, and bumps are formed using such a technique. In order to narrow the distance between the bumps, the thickness of the photoresist used for the selective electroplating should be very high. As such, there is a practical difficulty due to the problem of the photoresist capable of increasing the thickness and the equipment that can be applied thereto.
이를 해소하기 위해 IBM의 C-4 기술이 있는데, 이 기술은 금속(metal) 마스크를 사용하여 증착방법에 의해 선택적으로 솔더를 증착한 후 솔더를 리플로우하여 범프를 형성하는 기술로 범프간의 거리를 최소화하고 있지만, 이 기술의 경우 범프의 높이를 증가시키기 위해서는 많은 시간이 소요되어 생산성이 떨어지는 등 여러 문제가 있어 전기도금에 의한 기술이 선호되고 있다.To solve this problem, IBM's C-4 technology uses a metal mask to selectively deposit solder by a deposition method, and then reflows the solder to form bumps. In this technology, however, it takes a lot of time to increase the height of the bumps, and there are a number of problems such as low productivity, so electroplating is the preferred technology.
따라서 이 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 솔더 범프의 구조를 개량하여 고밀도 실장이 가능한 반도체 장치를 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of high-density mounting by improving the structure of solder bumps in order to solve the problems of the prior art as described above.
이 발명의 다른 목적은 기판에 칩을 탑재할 때 기판과 칩의 표면간의 간격을 일정하게 유지시켜 열에 의한 칩의 스트레스를 최소화할 수 있는 반도체 장치를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of minimizing the stress of the chip due to heat by maintaining a constant gap between the substrate and the surface of the chip when mounting the chip on the substrate.
이 발명의 또다른 목적은 상기한 구조의 솔더 범프를 효율적으로 제조할 수 있는 반도체 장치의 제조방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device which can efficiently manufacture the solder bumps of the above-described structure.
상기한 목적 및 다른 목적을 달성하기 위하여 이 발명은 솔더 범프를 구비하는 반도체 장치에 있어서 상기 솔더 범프는 솔더의 구성비가 서로 상이한 층이 적층된 반구형의 구조인 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above objects and other objects, the present invention is characterized in that the solder bumps have a hemispherical structure in which layers having different solder ratios are stacked.
상기한 또다른 목적을 달성하기 위하여 이 발명의 방법은 솔더 범프의 형성공정을 구비하는 반도체 장치의 제조방법에 있어서 상기 솔더 범프의 형성공정은, 솔더를 형성하는 제1단계와 상기 솔더의 용융점 온도에서 상기 솔더를 리플로우하는 제2단계가 반복적으로 이루어지되, 상기 솔더는 서로 다른 구성비를 갖는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above another object, the method of the present invention is a method of manufacturing a semiconductor device having a solder bump forming step, the solder bump forming step, the first step of forming a solder and the melting point temperature of the solder In the second step of reflowing the solder is made repeatedly, the solder has a different composition ratio.
이하, 이 발명에 따른 반도체 장치 및 그 제조방법의 바람직한 실시예에 대하여 첨부도면을 참조하여 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the preferred embodiment of the semiconductor device and its manufacturing method which concern on this invention is demonstrated with reference to attached drawing.
제5도는 이 발명에 따른 솔더 범프의 구조를 나타낸 단면도로, 반도체소자(30)의 일부표면이 노출되도록 상기 반도체소자(30)의 표면상에 제1절연막(31)이 형성되고, 상기 노출된 반도체소자(30)의 표면 및 상기 제1절연막(31)의 일부 부위에 제1금속층(32)이 형성되며, 상기 제1금속층(32)의 일부 표면이 노출되도록 상기 제1금속층(32) 및 제1절연막(31) 위에 제2절연막(33)이 형성되고, 상기 노출된 제1금속층(32)이 덮히도록 제2금속층(34)이 형성되며, 상기 제2금속층(34) 위에 제1 및 제2장벽금속층(35, 36)이 차례로 형성되고, 상기 제2장벽금속층(36) 위에 제1, 제2 및 제3솔더 범프(40, 41, 43)가 차례로 형성되어 있다.5 is a cross-sectional view illustrating a structure of a solder bump according to the present invention, in which a first insulating layer 31 is formed on a surface of the semiconductor device 30 to expose a portion of the semiconductor device 30. The first metal layer 32 is formed on the surface of the semiconductor device 30 and a portion of the first insulating layer 31, and the first metal layer 32 and the first metal layer 32 are exposed. A second insulating layer 33 is formed on the first insulating layer 31, and a second metal layer 34 is formed to cover the exposed first metal layer 32. The first and second metal layers 34 are formed on the second metal layer 34. Second barrier metal layers 35 and 36 are sequentially formed, and first, second and third solder bumps 40, 41 and 43 are sequentially formed on the second barrier metal layer 36.
제6a도 내지 제6h도는 이 발명에 따른 솔더 범프의 형성방법을 나타낸 공정 순서도이다.6A to 6H are process flowcharts showing a method of forming solder bumps according to the present invention.
제6a도는 반도체 소자에 형성되는 일반적인 패드의 형성공정을 도시한 것으로, 먼저 반도체소자(30)의 표면상에 제1절연막(31), 예컨대 산화막을 형성한 후 통상적인 식각공정을 통하여 제1개구를 형성하고, 이어서, 상기 제1금속층(32)의 보호막으로 사용되는 제2절연막(33), 예컨대 PSG(Phospho-Silicate Glass)막, 혹은 질화막을 증착한 후 통상적인 식각공정을 통하여 상기 제1금속층(32)의 일부분이 노출되도록 상기 제2절연막(33)을 선택적으로 식각하여 제2개구를 형성한다. 이와 같은 과정까지 일반적으로 반도체 소자에 패드가 형성되는 단계이다.FIG. 6A illustrates a process of forming a general pad formed on a semiconductor device. First, a first insulating layer 31, for example, an oxide film is formed on a surface of a semiconductor device 30, and then the first opening is formed through a conventional etching process. Next, a second insulating layer 33 used as a protective film of the first metal layer 32, for example, a PSG (Phospho-Silicate Glass) film or a nitride film is deposited, and then the first etching process is performed through a conventional etching process. The second insulating layer 33 is selectively etched to expose a portion of the metal layer 32 to form a second opening. Until this process, a pad is generally formed in a semiconductor device.
제6b도는 제2금속층(34), 제1장벽금속층(35) 및 제2장벽금속층(36)의 형성공정을 도시한 것으로, 먼저 상기 제1금속층(32)인 알루미늄막에 자연산화되는 산화알루미늄막을 RF 처리로 제거한 후, 전체표면상에 전기도금시 전극으로 사용하기 위한 제2금속층(34), 예컨대 알루미늄막을 소정두께, 예컨대 1㎛∼2㎛ 정도의 두께로 증착한다. 이어서, 상기 제2금속층(34) 위에 이 제2금속층으로 사용된 알루미늄막과 후속공정에서 형성될 솔더 범프와의 우수한 접착력을 위해 장벽금속층을 형성하는데, 먼저 제1장벽금속층(35)으로 확산장벽금속인 크롬, 혹은 텅스텐티타늄(TiW), 혹은 니켈(Ni) 등과 같은 금속을 소정두께, 예컨대 1000Å∼2000Å 정도의 두께로 증착하고, 이어서 제2장벽금속층(36)으로 흡습성금속인 구리와 같은 금속을 소정두께, 예컨대 1㎛ 정도의 두께로 증착한다. 이때, 상기 장벽금속층들은 스퍼터(sputter) 또는 이배퍼레이션 증발(evaporation) 장비를 이용하여 증착되며, 상기 제1장벽금속층(35)의 증착후 이 제1장벽금속층이 대기에 노출되지 않도록 동일장비에서 연속적으로 제2장벽금속층(36)을 증착한다. 상기 제2장벽금속층(36) 위에 소정의 마스크패턴을 적용하여 식각공정을 실시함으로써 도시된 바와 같이 패터닝된 제1 및 제2장벽금속층(35, 36)을 얻을 수 있다. 여기서, 상기 제1 및 제2장벽금속층(35, 36)의 직경의 크기가 솔더의 직경을 결정한다.6B illustrates a process of forming the second metal layer 34, the first barrier metal layer 35, and the second barrier metal layer 36. First, aluminum oxide is naturally oxidized to the aluminum film, which is the first metal layer 32. After the film is removed by RF treatment, a second metal layer 34, for example, an aluminum film, for use as an electrode during electroplating is deposited on the entire surface to a predetermined thickness, for example, a thickness of about 1 m to 2 m. Subsequently, a barrier metal layer is formed on the second metal layer 34 for excellent adhesion between the aluminum film used as the second metal layer and the solder bumps to be formed in a subsequent process. First, the diffusion barrier is formed as the first barrier metal layer 35. A metal such as chromium, tungsten titanium (TiW), or nickel (Ni), which is a metal, is deposited to a predetermined thickness, for example, about 1000 to 2000 microns, and then the second barrier metal layer 36 is a metal such as copper, which is a hygroscopic metal. Is deposited to a predetermined thickness, for example, a thickness of about 1 μm. In this case, the barrier metal layers are deposited using a sputter or evaporation evaporation equipment, and the same barrier metal layer is not exposed to the atmosphere after the deposition of the first barrier metal layer 35. Successively, the second barrier metal layer 36 is deposited. By performing an etching process by applying a predetermined mask pattern on the second barrier metal layer 36, the patterned first and second barrier metal layers 35 and 36 may be obtained. Here, the diameters of the first and second barrier metal layers 35 and 36 determine the diameter of the solder.
제6C도는 제3절연막(37) 및 제1포토레지스트층(38)의 형성공정을 도시한 것으로, 상기 제6b도의 공정후 전체표면상에 제3절연막(37), 예컨대 CVD 방법에 의한 PSG막 또는 질화막을 소정두께, 예컨대 3㎛∼4㎛ 정도의 두께로 증착하고, 이어서 상기 제3절연막(37) 위에 반도체 제조용의 저점도의 포토레지스트를 소정두께, 예컨대 1.5㎛∼2.5㎛ 정도의 두께로 도포함으로써 제1포토레지스트층(38)을 형성한다. 여기서, 선택적 전기도금을 위한 절연막으로 CVD 방법을 이용한 소정두께의 절연막과 포토레지스트층이 같이 사용되기 때문에, 상기 포토레지스트층을 저점도의 포토레지스트로 사용할 수 있어 기존의 생산설비를 그대로 상요할 수가 있다.FIG. 6C shows a process of forming the third insulating film 37 and the first photoresist layer 38. The third insulating film 37, for example, the PSG film by the CVD method, on the entire surface after the process of FIG. Or a nitride film is deposited to a predetermined thickness, for example, about 3 μm to 4 μm, and then, on the third insulating film 37, a low-viscosity photoresist for semiconductor manufacturing is formed to a predetermined thickness, eg, about 1.5 μm to 2.5 μm. The first photoresist layer 38 is formed by applying. In this case, since an insulating film having a predetermined thickness using a CVD method and a photoresist layer are used together as an insulating film for selective electroplating, the photoresist layer can be used as a low-viscosity photoresist so that existing production equipment can be used as it is. have.
제6d도는 전기도금된 제1솔더(39)의 형성공정을 도시한 것으로, 먼저 통상적인 식각공정을 통하여 상기 제3절연막(37)을 식각하여 상기 제1 및 제2장벽금속층(35, 36)이 완전히 노출되도록 함으로써 선택적인 전기도금을 위한 개구를 형성한다. 이때, 선택적인 전기도금을 위해 사용되는 절열막들(상기 패터닝된 제3절연막 및 제1포토레지스트층 : 37,38)과 장벽금속층들(35,36)간의 거리는 상기 절연막들(37, 38)이 상기 장벽 금속층들(35, 36)의 일부분을 덮고 있어도 상관은 없으나, 도시된 바와 같이 적절한 간격으로 유지하는 것이 좋다. 이어서, 상기 제2장벽금속층(36)에 자연산화된 산화막을 제거하고, 상기 제2금속층(34)을 전극으로 하여 납이 95%이고, 주석이 5%인 솔더를 선택적으로 전기도금하면 도시된 바와 같이 전기도금된 제1솔더(39)를 얻을 수 있다.FIG. 6D illustrates a process of forming the electroplated first solder 39. First, the third insulating layer 37 is etched through a conventional etching process to form the first and second barrier metal layers 35 and 36. This complete exposure exposes an opening for selective electroplating. In this case, the distance between the insulating films used for selective electroplating (the patterned third insulating layer and the first photoresist layer 37 and 38 and the barrier metal layers 35 and 36 is equal to the insulating layers 37 and 38). It does not matter even if it covers a part of the barrier metal layers 35 and 36, but it is good to maintain at an appropriate interval as shown. Subsequently, the oxide film naturally oxidized to the second barrier metal layer 36 is removed, and selectively electroplating a solder having 95% lead and 5% tin using the second metal layer 34 as an electrode is shown. As described above, an electroplated first solder 39 can be obtained.
제6e도는 제1솔더 범프(40)의 형성공정을 도시한 것으로, 먼저 상기 제6d도 공정후에 상기 제1포토레지스트층을 제거한 후, 표면장력에 의한 상기 전기도금된 제1솔더와 제3절연막(37)층의 비흡습성 특성과, 상기 전기도금된 제1솔더와 제2장벽금속층의 흡습성 특성을 이용하여, 상기 전기도금된 제1솔더의 용융점 온도인 320℃ 정도의 온도에서 상기 전기도금된 제1솔더를 리플로우함으로써 30㎛ 정도의 높이를 갖는 반구형의 제1솔더 범프(40)를 형성한다. 여기서, 상기 제1솔더는 제시된 납(95%), 주석(5%) 이외에 소정의 혼합비율로 구성된 납, 주석, 은으로 구성되어 용융점 온도가 320℃ 정도인 솔더를 사용하여도 된다.FIG. 6E illustrates a process of forming the first solder bump 40. First, after removing the first photoresist layer after the process of FIG. 6D, the electroplated first solder and the third insulating layer are subjected to surface tension. The electroplated at a temperature of about 320 ° C., the melting point temperature of the electroplated first solder, using the non-hygroscopic properties of the (37) layer and the hygroscopic properties of the electroplated first solder and second barrier metal layers. By reflowing the first solder, a hemispherical first solder bump 40 having a height of about 30 μm is formed. Here, the first solder may be made of lead, tin, and silver having a predetermined mixing ratio in addition to the lead (95%) and tin (5%), and the solder having a melting point temperature of about 320 ° C.
제6f도는 제2솔더 범프(41) 및 전기도금 제3솔더(42)의 형성공정을 도시한 것으로, 먼저 상기 제2금속층(34)을 전극으로 하여 납이 90%이고, 주석이 10%인 솔더를 전기도금한 후, 이 전기도금된 제2솔더의 용융점 온도인 310℃ 정도의 온도에서 상기 전기도금된 제2솔더를 리플로우함으로써 40㎛ 정도의 높이를 갖는 제2솔더 범프(41)을 형성하고, 계속해서 상기 제2금속층(34)을 전극으로 하여 납이 60%이고, 주석이 40%인 솔더를 전기도금하면 도시된 바와 같이 전기도금된 제3솔더(42)을 얻을 수 있다. 여기서, 상기 제2솔더 및 제3솔더의 구성도 상기 제시된 납, 주석이외에 납, 주석, 은이 소정의 혼합비율으로 구성된 솔더를 사용하여도 된다.FIG. 6F illustrates a process for forming the second solder bump 41 and the electroplating third solder 42. First, 90% lead and 10% tin are formed using the second metal layer 34 as an electrode. After the electroplating of the solder, the second solder bump 41 having a height of about 40 μm is reflowed by reflowing the electroplated second solder at a temperature of about 310 ° C., which is the melting point temperature of the electroplated second solder. When the second metal layer 34 is formed as an electrode and then electroplated with 60% lead and 40% tin, an electroplated third solder 42 can be obtained as shown. Here, in the configuration of the second solder and the third solder, in addition to the above-described lead and tin, a solder composed of lead, tin, and silver in a predetermined mixing ratio may be used.
제6g도는 먼저 상기 제6f도의 공정후 상기 제3절연막을 제거하고, 상기 전기도금된 제3솔더(42)를 마스크패턴으로 사용하여 전기도금시 전극으로 사용된 상기 제2금속층(34)의 노출된 부분을 식각하는 공정을 나타낸다. 여기서, 상기 제2금속층의 식각공정시에 상기 전기도금된 제3솔더가 상기 제2금속층 두께의 3배인 3㎛∼6㎛ 정도로 식각되기 때문에 전기도금시 전기도금되는 제3솔더 양을 고려해야 한다.FIG. 6g first removes the third insulating film after the process of FIG. 6f and exposes the second metal layer 34 used as an electrode during electroplating using the electroplated third solder 42 as a mask pattern. It shows the process of etching the part. In the etching process of the second metal layer, the amount of the third solder to be electroplated during the electroplating should be taken into consideration since the electroplated third solder is etched to about 3 μm to 6 μm, which is three times the thickness of the second metal layer.
제6h도는 제3솔더 범프(43)의 형성공정을 도시한 것으로, 상기 전기도금된 제3솔더의 용융점 온도인 240℃ 정도의 온도에서 상기 전기도금된 제3솔더를 리플로우함으로서 70㎛ 정도의 높이를 갖는 제3솔더범프(43)를 형성하여, 최종적으로 솔더 범프의 전체높이가 140㎛ 정도되는 반구형의 범프(상기 제1, 제2 및 제3솔더 범프로 이루어짐)를 제조할 수 있다. 여기서, 솔더를 전기도금하지 않고 단계적으로 침적하여서 솔더 범프를 형성하여도 되며, 이 경우는 전기도금시 전극으로 사용되는 금속층 예컨대 알루미늄막이 필요없다. 각 단계별 솔더 범프의 높이는 전기도금되는 솔더양에 의해 결정되기 때문에 적당한 양의 솔더가 전기도금되도록 하여야 한다. 그리고, 전체 솔더 범프 높이의 50%∼60% 수준은 마지막 단계에서 형성되도록 하며, 이 마지막 단계에서 형성되는 솔더 범프는 어떤 혼합비율로 구성되든간에 150℃∼250℃의 용융점 온도를 갖는 솔더 범프로 하여야 한다.FIG. 6h illustrates a process of forming the third solder bumps 43. By reflowing the electroplated third solder at a temperature of about 240 ° C. which is the melting point temperature of the electroplated third solder, By forming a third solder bump 43 having a height, it is possible to manufacture a hemispherical bump (composed of the first, second and third solder bumps) of which the total height of the solder bumps is about 140 μm. Here, the solder bumps may be formed by depositing step by step without electroplating the solder. In this case, a metal layer, for example, an aluminum film, which is used as an electrode during electroplating is not necessary. Since the height of the solder bumps for each step is determined by the amount of solder to be electroplated, an appropriate amount of solder should be electroplated. Then, 50% to 60% of the total solder bump height is formed in the last step, and the solder bumps formed in this last step are solder bumps having a melting point temperature of 150 ° C to 250 ° C regardless of the mixing ratio. shall.
이상과 같이 이 발명에 의한 솔더 범프 형성기술에 의하여, 솔더 범프간의 거리를 종래보다 50% 정도 좁게 할 수 있어 종래보다 고밀도 실장 및 칩 사이즈를 작게할 수 있으며, 또한 기판에 이 발명의 솔더 범프를 사용한 칩을 탑재시 리플로우 온도를 마지막 단계 솔더의 용융점 온도인 240℃ 정도에서 사용함으로써 1, 2단계에서 형성된 솔더는 용융되지 않아 기판과 칩 표면간의 간격을 70㎛∼80㎛ 정도로 항상 적절하게 유지시키기 때문에 열에 의한 칩의 스트레스를 최소화할 수 있다.As described above, according to the solder bump forming technique of the present invention, the distance between the solder bumps can be narrowed by about 50% compared to the conventional one, so that the high density mounting and the chip size can be made smaller than the conventional one, When the used chip is mounted, the reflow temperature is used at about 240 ° C, the melting point temperature of the final solder, so that the solder formed in the first and second stages does not melt, so that the gap between the substrate and the chip surface is always maintained at about 70 μm to 80 μm. Therefore, the stress of the chip due to heat can be minimized.
또한, 선택적 전기도금을 위해 CVD 방법에 의한 PSG 막과 같은 절연막과 저점도의 포토레지스트층을 같이 사용함으로써 도포용 기존설비를 그대로 사용할 수가 있다.In addition, by using an insulating film such as a PSG film by a CVD method and a low-viscosity photoresist layer for selective electroplating, the existing equipment for coating can be used as it is.
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