KR100221654B1 - 스크린 프린팅을 이용한 금속 범프의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스크린 프린트(screen print) 방식에 의하여 반도체 웨이퍼 또는 인쇄 회로 기판과 같은 기판의 전극 패드 상에 금속 범프를 형성하는 제조 방법에 관한 것으로서, (a) 복수의 전극 패드와 그 전극 패드가 개방되도록 덮여 있는 보호막을 구비하는 반도체 기판의 상부면에 전극 패드의 대응되는 위치에 개구부가 형성된 마스크를 전극 패드와 마스크의 개구부가 일치하도록 정렬시키는 단계, (b) 마스크에 형성된 개구부에 들어차도록 마스크 상면에 금속 페이스트를 도포하는 단계, 마스크의 개구부에 대응되는 부분이 돌출되어 있으며 가압 수단과 체결되어 수직 운동하는 푸쉬 툴로 마스크의 개구부에 들어차 있는 금속 페이스트를 가압하여 밀어 넣는 단계, 및 (d) 푸쉬 툴 및 마스크를 제거하고 전극 패드 부분에만 형성된 금속 페이스트를 리플로우시켜 금속 범프를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 따르면, 마스크의 개구부와 대응되는 푸쉬 툴을 사용하여 금속 페이스트를 일정한 양과 모양으로 형성할 수 있어 동일한 크기의 금속 범프를 형성할 수 있다. 그리고, 물리적 충격에 취약한 반도체 기판의 경우 그 반도체 기판 상면에 절연막을 형성한 다음 스크린 프린트 공정을 진행할 수 있어 저가의 스크린 프린트 방식에 의한 금속 범프의 제작이 가능하다.

Description

스크린 프린팅을 이용한 금속 범프의 제조 방법{Method for manufacturing metal bump used screen printing}

본 발명은 반도체 전극 패드 상에 금속 범프(bump)를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스크린 프린트(screen print) 방식에 의하여 반도체 웨이퍼 또는 인쇄 회로 기판과 같은 기판의 전극 패드 상에 금속 범프를 형성하는 제조 방법에 관한 것이다.

반도체 소자를 회로 기판과 전기적으로 접속하는 방법에는 반도체 소자의 전극 패드(electro pad)와 그에 대응되는 회로 기판의 전극 패드를 금속 와이어로 연결하는 와이어 본딩(wire bonding)에 의한 접속 방식이 일반적이나, 반도체 소자의 입출력 수가 증가에 따라 전기적 접속 밀도를 증가시키거나 반도체 소자의 특성을 개선하기 위한 탭(TAB; Tape Automated Bonding) 방식 및 플립 칩(flip chip) 방식의 전기적 연결 방법도 실용화되고 있다.

탭 방식이나 플립 칩 방식은 와이어 본딩 방식이 금속 재질의 리드 프레임 및 금속 와이어를 매개로 하여 반도체 칩과 회로 기판을 접속하는 데 반하여, 금속 리드가 배열된 수지 필름과 금속 재질의 범프(bump)를 매개로 하거나, 직접 범프만을 매개로 하여 전기적 접속을 구현한다. 이때 범프는 웨이퍼 상태에서 반도체 칩의 전극 패드 상에 직접 형성되기도 하고, 회로 기판의 전극 패드 상에 형성되기도 한다. 그리고, 와이어 본딩 방식의 리드 프레임 대신 회로 기판을 이용하는 볼 그리드 어레이(Ball Grid Array; BGA) 패키지는 리드 프레임의 외부 리드 역할을 하는 범프의 일종인 솔더 볼(solder ball)을 이용한다.

한편, 범프의 형성 방법에는 금속 와이어 볼을 이용하는 방법과 금속 볼을 부착하는 방법 외에도, 증착(evaporation), 전해도금(electroplating) 등의 방법이 있다. 그러나, 범프 형성 방법들은 일반적으로 제조 공정이 복잡하고 제조 단가가 높다는 단점들이 있다. 그래서, 이를 보완하기 위하여 단순한 공정으로 저가의 금속 범프를 형성하는 방법인 스크린 프린트(screen print)에 의한 방법이 제안되고 있다.

스크린 프린트는 개구부(開口部)가 형성된 마스크(mask)를 통하여 금속 페이스트(paste)를 전사(轉寫)한 후 리플로우(reflow) 과정을 거쳐 금속 범프를 제조하는 방법이다. 이하, 도면을 참조하여 좀 더 자세한 스크린 프린트 방법과 이를 이용하여 금속 범프를 제조하는 종래의 실시예를 설명하고자 한다.

도 1은 종래 기술에 의한 웨이퍼 상에 형성되어 있는 반도체 칩 소자의 전극 패드에 스텐실 마스크를 이용하여 금속 페이스트를 도포하는 모양을 개략적으로 나타내는 단면도이다.

웨이퍼(도면에 도시 안됨) 상에 형성되어 있는 각각의 반도체 소자들은 각각 복수 개의 전극 패드를 갖고 있으며, 도 1은 반도체 소자의 반도체 기판(10)과 전극 패드(12) 일부를 나타낸다. 도 1을 참조하면, 전극 패드(12)를 제외한 반도체 기판(10)의 전 표면에는 반도체 소자를 보호하기 위하여 보호막(passivation layer;16)이 형성되어 있고, 전극 패드(12)가 산화되는 것을 방지하기 위하여 그 전극 패드(12) 상면에 알루미늄(aluminum) 재질로 장벽 금속(barrier metal)(14)이 형성되어 있다. 여기서, 반도체 기판(10)은 통상적으로 사용되는 직접 회로 소자들이 형성되어 있는 실리콘(silicon) 반도체 기판이다. 반도체 칩이 실장되어 전기적으로 연결되는 인쇄 회로 기판, 세라믹 기판, 유리 기판 등의 전극 패드 등도 이와 유사한 구조를 갖는다.

여기서 장벽 금속(14)은 전극 패드(12) 상면에 형성되어 전극 패드(12)를 보호하기 위한 목적으로 형성되어 있는 것이 일반적이고, 통상적으로 장벽 금속(14)을 포함한 전극 패드(12)를 본딩 패드(bonding pad) 또는 전극 패드라고 칭하고 있으므로 이하 본 명세서에서는 전극 패드로 통일하여 기술하기로 한다.

다음은 반도체 기판(10) 상에 스크린 프린트 방법에 의하여 금속 범프를 형성하는 과정을 설명하고자 한다.

도 1을 참조하면, 우선 반도체 기판(10)의 전극 패드(12)들과 마스크(20)의 개구부(도면에 표기 안함)의 위치를 정렬하고, 금속 페이스트(30)를 마스크(20) 상부면에 도포한다 그리고 스퀴지(squeegee;40)를 이용하여 금속 페이스트(30)를 밀면, 개구부를 통하여 그 금속 페이스트가(30) 압출(壓出)되면서 전극 패드 상에 전사(轉寫)된다.

여기서 사용되는 마스크(20)는 반도체 기판(10)의 전극 패드(12)와 대응되는 위치에 개구부가 형성된 것으로서, 통상적으로 금속 또는 수지 재질로 형성되는 스텐실 마스크(stencil mask)이다. 마스크(20)의 개구부는 전극 패드(12) 보다는 면적이 넓어야 한다. 그 이유는 금속 페이스트를 리플로우하면 플럭스(flux)의 증발에 의하여 그 체적이 감소하므로, 개구부를 통하여 전사되는 금속 페이스트의 양은 제조되는 범프의 체적보다 많아야 하기 때문이다.

도 2는 도 1의 전극 패드에 금속 페이스트가 불규칙한 모양으로 형성된 것을 나타내는 단면도이고, 도 3은 도 2의 금속 페이스트에 리플로우 공정을 진행한 후 크기가 다른 범프가 형성된 모양을 나타내는 단면도이다.

도 2는 마스크(20)를 반도체 기판(10)으로부터 분리한 후 소정 형상의 금속 페이스트(30)가 불규칙한 모양으로 전극 패드(12) 상면에 형성되어 있는 모양을 나타내고 있다. 그리고, 도 3은 반도체 기판(10)에 리플로우(reflow) 공정을 진행하여 각기 다른 크기를 갖는 금속 범프(32, 33)가 형성된 모양을 나타내고 있다.

전극 패드(12) 상면에 금속 페이스트(30)를 형성한 후 마스크(30)를 제거하는 과정에서 마스크(20)에 금속 페이스트(30)가 묻어 나와 불규칙한 모양의 금속 페이스트(30)가 남게된다. 이는 각각의 전극 패드(12) 상면에 남아 있는 금속 페이스트(30)의 양이 서로 다름을 의미하고, 그 후 리플로우 공정에서 서로 각기 다른 크기의 금속 범프(32, 33)가 형성된다. 즉, 도 3처럼 각각의 금속 범프(32, 33)의 높이 A와 B가 서로 다른 높이를 갖게 되며, 이는 추후 그 금속 범프(32, 33)를 이용하여 기판 등에 실장할 때 전기적으로 접촉이 되지 않는 범프가 발생하는 불량을 유발한다.

종래 기술에 의한 금속 범프 형성 방법을 좀 더 설명하면, 금속 페이스트는 통상적으로 금속 범프를 형성하는 금속 입자 성분과 그 입자 성분들을 결합해 주는 플럭스 성분이 각각 50% 씩으로 구성되어 있다. 그런데, 리플로우 과정을 거치면 플럭스 성분이 증발해 버려 형성된 금속 범프의 체적은 처음 금속 페이스트의 양에 비해 약 반으로 줄어든다. 따라서, 마스크의 개구부는 전극 패드보다는 그 면적이 넓어야 되는 것이다. 금속 페이스트의 금속 입자는 용융점이 낮으면서도 습윤성(濕潤性 ; wettability)이 좋고 비가용성인 솔더가 주로 사용된다. 이상이 종래의 스크린 프린트에 의한 금속 범프의 제조 방법이며, 공지된 사실이다. 그런데 이와 같이 금속 범프를 제조하는 방법에는 다음과 같은 몇 가지 문제점이 있다.

금속 범프의 높이는 동일한 전극 패드 피치(pitch) 내에서 가능한 높게 형성되는 것이 바람직하다. 그 이유는 금속 범프가 외부 기판에 접착될 때 그 접착 강도를 증대시키기 위해서이다. 그런데, 금속 범프의 높이를 높이려면 전사되는 금속 페이스트의 양을 늘려야 하고, 금속 페이스트의 양을 늘리려면 개구부의 크기또는 마스크의 두께를 증가시켜야만 한다. 그러나, 개구부의 크기는 동일한 전극 패드의 피치에 의해 제한될 뿐만이 아니라 마스크의 가공상 한계가 있고, 마스크의 두께 역시 금속 페이스트의 전사율이 나빠지므로 개구부의 크기보다 크게 할 수 없다. 따라서 종래의 금속 범프 제조 방법에 의하면 금속 범프의 크기에 상당한 제약이 따르게 된다.

또 한가지의 문제점은 전극 패드 상에 전사된 금속 페이스트는 플럭스 성분을 포함하고 있기 때문에 약간의 외부 충격에도 무너지기 쉬우며, 따라서 인접한 금속 페이스트와 단락 불량을 일으키기 쉽다. 즉, 개구부가 전극 패드보다 그 면적이 넓기 때문에 금속 페이스트는 전극 패드 주위의 보호막에까지 전사되고, 외부로부터 가해지는 충격으로 인하여 또는 마스크를 분리할 때의 충격으로 인하여 금속 페이스트가 쉽게 무너지며 인접한 금속 페이스트 간에 단락이 일어나는 불량이 발생하는 것이다.

따라서, 본 발명의 목적은 마스크 분리시 금속 페이스트의 무너짐으로 인한 불량 및 서로 다른 크기를 갖는 금속 범프를 형성시킬 때 발생되는 불량을 방지하기 위하여 푸쉬 툴을 사용하는 스크린 프린팅에 의한 금속 범프 제조 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 반도체 기판 상에 전극 패드가 노출 되도록 플라스틱 계열의 수지로 절연막을 형성하고, 그 노출된 전극 패드에 푸쉬 툴을 이용하여 범프를 형성하는 방법을 제공하여 저가의 균일한 금속 범프를 형성하는 데 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 웨이퍼 상에 형성되어 있는 반도체 칩 소자의 전극 패드에 스텐실 마스크를 이용하여 금속 페이스트를 도포하는 모양을 개략적으로 나타내는 단면도.

도 2는 도 1의 전극 패드에 금속 페이스트가 불규칙한 모양으로 형성된 것을 나타내는 단면도.

도 3은 도 2의 금속 페이스트에 리플로우 공정을 진행한 후 크기가 다른 범프가 형성된 모양을 나타내는 단면도.

도 4는 본 발명을 실현하기 위한 푸쉬 툴을 나타내는 개략 단면도.

도 5는 본 발명에 의한 웨이퍼 상에 형성되어 있는 반도체 소자의 전극 패드를 노출시키도록 절연막을 도포한 후 스텐실 마스크를 이용하여 금속 페이스트를 도포하는 모양을 개략적으로 나타내는 부분 단면도.

도 6은 도 5의 마스크 상에 도포된 금속 페이스트를 푸쉬 툴로 가압하는 모양을 개략적으로 나타내는 부분 단면도.

도 7은 마스크를 제거한 후 금속 페이스트가 균일한 모양으로 남아 있는 모양을 나타내는 단면도.

도 8은 도 7의 금속 패이스트에 리플로우 공정을 진행하여 동일한 크기를 갖는 금속 범프가 형성된 모양을 나타내는 단면도.

도 9내지 도 12는 본 발명에 따른 다른 실시예로 동일한 크기를 갖는 금속 범프를 형성하는 공정을 나타내는 개략 단면도.

* 도면의 주요 부호에 대한 설명

10 : 반도체 기판 12 : 전극 패드

14 : 장벽 금속 16 : 보호막

20 : 마스크 30 : 페이스트

32,33,35 : 범프 40 : 스퀴지

50 : 절연막 52 : 창

60 : 푸쉬 툴 62 : 코팅부

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 (a) 복수의 전극 패드와 그 전극 패드가 개방되도록 덮여 있는 보호막을 구비하는 반도체 기판의 상부면에 전극 패드의 대응되는 위치에 개구부가 형성된 마스크를 전극 패드와 마스크의 개구부가 일치하도록 정렬시키는 단계, (b) 마스크에 형성된 개구부에 들어차도록 마스크 상면에 금속 페이스트를 도포하는 단계, 마스크의 개구부에 대응되는 부분이 돌출되어 있으며 가압 수단과 체결되어 수직 운동하는 푸쉬 툴로 마스크의 개구부에 들어차 있는 금속 페이스트를 가압하여 밀어 넣는 단계, 및 (d) 푸쉬 툴 및 마스크를 제거하고 전극 패드 부분에만 형성된 금속 페이스트를 리플로우시켜 금속 범프를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스크린 프린팅을 이용한 금속 범프의 제조 방법을 제공한다.

또한, 상기 다른 목적을 달성하기 위하여 (a) 복수의 전극 패드와 그 전극 패드가 개방되도록 덮여 있는 보호막을 구비하는 반도체 기판의 상부면에 전극 패드와 보호막을 덮도록 하여 절연막을 형성하는 단계, (b) 절연막의 일부분을 제거하여 전극 패드 부분을 노출시키는 단계, (c) 절연막이 형성된 반도체 기판 상부면에 전극 패드의 대응되는 위치에 개구부가 형성된 마스크를 전극 패드와 마스크의 개구부가 일치하도록 정렬시키는 단계, (d) 마스크 상면에 금속 페이스트를 도포하여 개구부에 금속 페이스트를 채우고, 마스크의 개구부에 대응되는 부분이 돌출되어 있으며 가압 수단과 체결되어 수직 운동하는 푸쉬 툴로 상기 마스크의 개구부에 들어차 있는 금속 페이스트를 가압하여 밀어 넣는 단계, 및 (e) 마스크를 제거하고전극 패드 부분에만 형성된 금속 페이스트를 리플로우시켜 금속 범프를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스크린 프린팅을 이용한 금속 범프의 제조 방법을 제공한다.

이하, 실시예를 참조하여 본 발명에 따른 금속 범프의 제조 방법을 보다 상세하게 설명하고자 한다.

제 1실시예

도 4는 본 발명을 실현하기 위한 푸쉬 툴을 나타내는 개략 단면도이다.

도 5는 본 발명에 의한 웨이퍼 상에 형성되어 있는 반도체 소자의 전극 패드를 노출시키도록 절연막을 도포한 후 스텐실 마스크를 이용하여 금속 페이스트를 도포하는 모양을 개략적으로 나타내는 부분 단면도이다.

도 6은 도 5의 마스크 상에 도포된 금속 페이스트를 푸쉬 툴로 가압하는 모양을 개략적으로 나타내는 부분 단면도이다.

도 7은 마스크를 제거한 후 금속 페이스트가 균일한 모양으로 남아 있는 모양을 나타내는 단면도이다.

도 8은 도 7의 금속 페이스트에 리플로우 공정을 진행하여 동일한 크기를 갖는 금속 범프가 형성된 모양을 나타내는 단면도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 금속 범프 제조 방법은 도 4에 도시된 것과 같이 요철(凹凸)이 형성되어 있고 저면에 일정한 두께로 코팅(coating)부(62)가 형성되어 있는 푸쉬 툴(push tool;60)을 사용한다. 푸쉬 툴(60)의 돌출된 철(凸)부분은 마스크의 개구부와 일치되도록 형성되어, 마스크의 개구부에 금속 페이스트를 밀어 넣는 역할을 하게 된다. 특히, 푸쉬 툴(60)과 금속 페이스트가 접촉하는 푸쉬 툴(60)의 저면에는 비습윤성 재료(非濕潤性 材料 ; non-wetting material)로 소정의 두께로 코팅부(62)가 형성되도록 하여 금속 페이스트가 묻어 나오지 않는 성질을 갖도록 한다. 푸쉬 툴(60)의 요철부는 대응되는 마스크의 모양에 따라서 형성할 수 있고, 이러한 점은 모든 마스크에 적용할 수 있다.

푸쉬 툴(60)은 공기 압력에 의하여 작동하는 실린더와 피스톤으로 이루어진 장치로 일정한 거리를 왕복 운동하도록 하는 가압 수단(도시 되지 않음)이 상부에 체결되어 상하 왕복 운동할 수 있게 된다. 가압 수단은 일반적인 장치를 이용하여 형성할 수 있으므로 도면에 도시를 생략하기로 한다.

도 5를 참조하면, 일련의 반도체 조립 공정을 거치면 도 5에 도시된 것과 같이 반도체 기판(10) 상에 복수 개의 전극 패드(12)가 형성되어 있고, 그 전극 패드(12)를 노출시키도록 보호막(16)이 형성되어 있으며, 그 전극 패드(12) 상면에는 전극 패드(12)를 보호하기 위한 장벽 금속(14)이 형성되어 있는 상태가 된다. 그리고, 반도체 기판(10) 상면에는 전극 패드(12) 부분이 노출되도록 하여 절연막(50)이 형성된다.

반도체 기판(10) 상에 형성되는 절연막(50)은 우선 웨이퍼 상태에 있는 반도체 기판(10) 상에 전기 절연성을 갖는 폴리이미드(polyimide) 수지를 도포하고, 전극 패드(12)가 형성되어 있는 부분의 폴리이미드 수지를 제거하여 형성할 수 있다. 폴리이미드 수지는 약 50㎛이상의 두께를 갖도록 형성하며, 전극 패드(12)가 충분히 노출되도록 한다.

이와 같은 상태에서, 반도체 기판(10) 상부면에 마스크(20)를 정렬하여 마스크(20)의 개구부(도면에 번호 표기 안됨)와 전극 패드(12)를 일치시키고 금속 페이스트(30)를 도포한 다음, 그 금속 페이스트(30)를 스퀴지(40)로 밀어 마스크(20)의 개구부로 그 금속 페이스트(30)가 채워지도록 한다.

여기서, 마스크(20)는 전극 패드보다 크거나 동일하게 개구부가 형성되어 있는 것을 사용하며, 금속 페이스트의 빠짐량을 극대화 할 수 있도록 마스크 두께를 가능한 얇게 형성되도록 하는 것이 바람직하다. 즉, 마스크의 두께를 약 0.8㎜이하로 형성한다. 그리고, 금속 페이스트(30)는 습윤성(wettability)이 좋은 주석과 납의 합금으로 이루어진 솔더(solder)를 주로 사용한다.

도 6과 도 7을 참조하여 다음 공정을 설명하면, 가압 수단과 체결되어 있어 상하 왕복 운동을 푸쉬 툴(60)이 마스크(20)의 상부에서 하강되어, 푸쉬 툴(60)의 철(凸)부분이 마스크(20)의 개구부에 채워져 있던 금속 페이스트(30)를 압착시킨다. 푸쉬 툴(60)은 마스크의 개구부에 대응되는 위치에 철 부분이 형성되어 있기 때문에, 푸쉬 툴(60)이 하강될 때 각각의 철 부분이 그에 대응되는 개구부에 채워져 있는 금속 페이스트(30)를 압착시킬 수 있다. 여기서, 푸쉬 툴(60)은 요철이 마스크(20)의 개구부 위치와 크기에 대응되도록 다양한 모양으로 형성할 수 있으며, 이는 다른 형태의 마스크를 이용하는 스크린 프린트 공정에도 적용할 수 있다.

다음에, 푸쉬 툴(60)이 상승하여 마스크(20)로부터 분리되고, 반도체 기판(10) 상부의 마스크(20)를 제거한다. 이에 따라, 각 개구부에 들어차 있는 금속 페이스트(30)는 전극 패드(12) 상부면에 일정한 형태의 동일한 모양으로 형성된다. 이때, 푸쉬 툴(60)은 비습윤성 재료로 코팅되어 있는 상태이기 때문에 금속 페이스트(30)가 묻어 나오지 않는다.

도 7과 도 8을 참조하면, 일정한 형태의 금속 페이스트(30)가 전극 패드(12) 상부면에 형성된 후에 리플로우 공정을 진행하여 일정한 크기를 갖는 금속 범프(35)를 형성한다. 일정한 양으로 금속 페이스트(30)가 형성되어 있기 때문에, 리플로우 공정을 진행하면 동일한 크기의 금속 범프(30)를 형성할 수 있게 된다.

즉, 금속 페이스트(30)가 형성된 반도체 기판(10)을 약 230℃내지 약 260℃정도의 일정한 온도 분위기를 갖는 오븐 또는 로(爐 ; furnace)에서 가열하면, 금속 페이스트(30)가 녹아서 액상으로 변화되고, 표면 장력에 의하여 물방울 모양의 원형 또는 반구형의 금속 범프(35)가 형성되며, 각 금속 범프(35)는 동일한 크기를 갖게 된다. 이러한 방법으로 원하는 모양의 금속 범프 및 솔더 볼 (solder ball)을 형성할 수 있다.

한편, 종래 기술에서 언급한 것과 같은 방법으로 리플로우 공정을 진행하면 금속 성분과 플럭스 성분이 각각 50%씩 섞여 있던 금속 페이스트(30)는 그 양이 약 반으로 줄은 크기의 금속 범프(35)가 형성된다.

다수의 입??출력 단자를 갖고 고직접화 되어 있는 반도체 소자의 경우 대부분 그 전극 패드가 형성되어 있는 상부면이 기계적으로 취약한 단점을 갖고 있어 스크린 프린트 방법에 의한 금속 범프를 형성할 수 없었다. 그러나, 상기 소개한 바와 같은 금속 범프 형성 방법은 기계적 충격 흡수 성질도 갖는 폴리이미드 수지 재질의 절연막을 반도체 기판과 마스크 사이에 개재하여 스크린 프린트 방식에 의한 금속 범프를 형성할 수 있으며, 반도체 기판과 금속 재질로 이루어진 마스크가 직접 접촉되어 발생될 수 있는 물리적인 충격으로 인한 불량을 방지할 수 있다.

또한, 폴리이미드 수지 재질의 절연막은 전기 절연성을 갖고 있어 금속 페이스트가 원하지 않는 반도체 기판 부분에 접촉하여 발생될 수 있는 전기적인 불량을 방지할 수 있게 된다. 그리고, 폴리이미드 수지 재질의 절연막은 전극 패드 부분만을 노출시키고 소정의 두께를 갖도록 형성되어 있어 전극 패드 주변에서 금속 페이스트가 흘러 넘치지 않도록 댐(dam) 역할도 한다.

제 2실시예

본 발명에 따른 금속 범프 형성 방법의 다른 실시예는 상기 소개한 실시예와는 달리 반도체 기판에 폴리이미드 수지 재질의 절연막을 형성하지 않고 금속 범프를 형성하는 방법이다.

도 9내지 도 12는 본 발명에 따른 다른 실시예로 동일한 크기를 갖는 금속 범프를 형성하는 공정을 나타내는 개략 단면도이다.

도 9를 참조하면, 소정의 반도체 조립 공정을 거치면, 반도체 기판(10)의 상면 소정의 영역에 전극 패드(12)가 형성되어 있고, 그 전극 패드(12)를 노출시키도록 보호막(16)이 반도체 기판 상부면에 형성되어 있는 상태가 된다.

그리고, 그 반도체 기판(10) 상부면에 마스크(20)가 전극 패드(12)와 마스크의 개구부(도면에 부호 표기 안됨)가 일치되도록 정렬되고, 그 마스크(20) 상부면의 개구부에 금속 페이스트(30)가 스퀴지(40)에 의하여 채워진다. 이와 같은 공정은 종래 기술에 의한 스크린 프린트 방식에서 금속 페이스트를 전극 패드에 형성하기 위한 가장 기본적인 준비 단계이기도 하다.

도 10을 참조하여 다음 공정을 설명하면, 반도체 기판(10)과 정렬된 마스크(20) 상면부에 푸쉬 툴(60)이 내려와 그 마스크(20)의 개구부에 채워져 있던 금속 페이스트(30)를 전극 패드(12) 방향으로 밀어낸다. 여기서, 푸쉬 툴(60)은 상기 제 1실시예에서 기술한 것과 동일한 것이다. 그러면, 전술한 바와 같이 동일한 양을 갖는 금속 페이스트를 전사(轉寫)할 수 있다.

도 11과 도 12를 참조하면, 다음에 일반적인 범프 형성공정인 마스크 제거 공정과 리플로우 공정을 진행한다. 마스크 제거되면 각 금속 페이스트(30)는 동일한 크기로 형성되며, 리플로우 공정을 거치면 동일한 크기의 솔더 범프(35)가 형성된다.

이와 같이 반도체 기판 상에 폴리이미드 수지의 절연막을 형성하지 않고 직접 푸쉬 툴을 이용할 수 있다. 이러한 반도체 소자는 전기적 집적도가 낮아 제품 자체가 강성을 갖고 있거나, 또는 그 기판 상면에 형성된 보호막의 두께가 충분히 두꺼워 기계적인 충격에 강할 경우 절연막을 사용하지 않고 본 발명에 의한 푸쉬 툴을 적용할 수 있다.

이상의 실시예에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 금속 범프의 제조 방법은 푸쉬 툴이 마스크의 개구부를 통하여 반도체 기판의 전극 패드에 일정한 양과 모양의 금속 페이스트를 전사시켜 동일한 크기의 금속 범프를 형성시킨다.

한편, 본 발명은 위의 실시예에 한정되지 않고, 반도체 기판에 형성되어 있는 전극 패드에 금속 범프를 형성하는 것뿐만이 아니라 일반적으로 반도체 공정에서 사용되고 있는 인쇄 회로 기판의 전극 패드 등의 모든 금속 범프 제조 공정에 도 적용될 수 있다. 또한, 본 발명에 의한 푸쉬 툴을 이용한 스크린 프린팅 방법은 솔더 볼을 형성하는 방법에 적용할 수 있다. 예를 들어 솔더 볼이 형성되어 있는 볼 그리드 어레이 패키지(ball grid array package) 등의 반도체 패키지 군(群)에서는 그 반도체 패키지를 전자 기기 등에 실장하는 수단 및 전기적 연결 수단으로 솔더 볼이 사용되고 있고, 이러한 솔더 볼을 형성하는 방법으로는 주로 스크린 프린팅 방법이 적용되고 있으므로 본 발명에 의한 푸쉬 툴을 이용한 스크린 프린팅 방식을 적용하여 보다 동일한 크기를 갖는 솔더 볼을 형성할 수 있다.

이상과 같은 본 발명에 의한 금속 범프의 제조 방법은 다음과 같은 이점이 있다.

첫째, 마스크의 개구부와 대응되는 푸쉬 툴을 사용하여 금속 페이스트를 일정한 양과 모양으로 형성할 수 있어 동일한 크기의 금속 범프를 형성할 수 있다.

둘째, 물리적 충격에 취약한 반도체 기판의 경우 그 반도체 기판 상면에 절연막을 형성한 다음 스크린 프린트 공정을 진행할 수 있어 저가의 스크린 프린트 방식에 의한 금속 범프의 제작이 가능하다.

셋째, 마스크를 사용하여 금속 페이스트를 그 마스크의 개구부로 밀어 넣어 스크린 프린트하는 방식으로 동일한 크기를 갖는 금속 범프를 형성할 수 있어 대량 생산 및 원가 절감의 이점이 있다.

Claims (8)

1. (a) 복수의 전극 패드와 그 전극 패드가 개방되도록 덮여 있는 보호막을 구비하는 반도체 기판의 상부면에 상기 전극 패드의 대응되는 위치에 개구부가 형성된 마스크를 전극 패드와 마스크의 개구부가 일치하도록 정렬시키는 단계;

   (b) 상기 마스크에 형성된 개구부에 들어차도록 상기 마스크 상면에 금속 페이스트를 도포하는 단계;

   (c) 상기 마스크의 개구부에 대응되는 부분이 돌출되어 있으며 가압 수단과 체결되어 수직 운동하는 푸쉬 툴로 상기 마스크의 개구부에 들어차 있는 금속 페이스트를 가압하여 밀어 넣는 단계; 및

   (d) 상기 푸쉬 툴 및 마스크를 제거하고 전극 패드 부분에만 형성된 금속 페이스트를 리플로우시켜 금속 범프를 형성하는 단계;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 스크린 프린팅을 이용한 금속 범프의 제조 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 마스크에 접촉되는 푸쉬 툴의 일면에 돌출된 부분들은 요철 형상인 것을 특징으로 하는 스크린 프린팅을 이용한 금속 범프의 제조 방법.
3. 제 2항에 있어서, 상기 푸쉬 툴의 요철 형상의 돌출된 부분이 형성된 면이비습윤성 재질로 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 스크린 프린팅을 이용한 금속 범프의 제조 방법.
4. 제 2항에 있어서, 상기 푸쉬 툴의 요철 형상의 돌출된 철(凸) 부분이 상기 마스크의 개구부와 대응되는 것을 특징으로 하는 스크린 프린팅을 이용한 금속 범프의 제조 방법.
5. (a) 복수의 전극 패드와 그 전극 패드가 개방되도록 덮여 있는 보호막을 구비하는 반도체 기판의 상부면에 상기 전극 패드와 보호막을 덮도록 하여 절연막을 형성하는 단계;

   (b) 상기 절연막의 일부분을 제거하여 상기 전극 패드 부분을 노출시키는 단계;

   (c) 상기 절연막이 형성된 반도체 기판 상부면에 상기 전극 패드의 대응되는 위치에 개구부가 형성된 마스크를 전극 패드와 마스크의 개구부가 일치하도록 정렬시키는 단계;

   (d) 상기 마스크 상면에 금속 페이스트를 도포하여 상기 개구부에 금속 페이스트를 채우고, 상기 마스크의 개구부에 대응되는 부분이 돌출되어 있으며 가압 수단과 체결되어 수직 운동하는 푸쉬 툴로 상기 마스크의 개구부에 들어차 있는 금속 페이스트를 가압하여 밀어 넣는 단계; 및

   (e) 상기 마스크를 제거하고 전극 패드 부분에만 형성된 금속 페이스트를 리플로우시켜 금속 범프를 형성하는 단계;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 스크린 프린팅을 이용한 금속 범프의 제조 방법.
6. 제 5항에 있어서, 상기 절연막이 폴리이미드 수지인 것을 특징으로 하는 스크린 프린팅을 이용한 금속 범프의 제조 방법.
7. 제 5항에 있어서, 상기 마스크에 접촉되는 푸쉬 툴의 일면에 요철 형상의 돌출된 부분이 형성되어 그 돌출된 부분이 상기 개구부와 대응되는 것을 특징으로 하는 스크린 프린팅을 이용한 금속 범프의 제조 방법.
8. 제 7항에 있어서, 상기 푸쉬 툴의 요철 형성면에 비가용성 재질이 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 스크린 프린팅을 이용한 금속 범프의 제조 방법.