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KR100972061B1 - 반도체 소자의 패드 알루미늄 처리 방법 - Google Patents

반도체 소자의 패드 알루미늄 처리 방법 Download PDF

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KR100972061B1
KR100972061B1 KR1020020087352A KR20020087352A KR100972061B1 KR 100972061 B1 KR100972061 B1 KR 100972061B1 KR 1020020087352 A KR1020020087352 A KR 1020020087352A KR 20020087352 A KR20020087352 A KR 20020087352A KR 100972061 B1 KR100972061 B1 KR 100972061B1
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Abstract

본 발명은 반도체 소자의 패드 알루미늄 처리 방법에 관한 것으로서, 소정 화학 용액으로 세정(wet) 처리를 하여 패드 알루미늄 위의 C 및 F를 제거함과 동시에 표면에 산화막이 형성되도록 하여 더 이상의 산화를 억제할 수 있도록, 각종 반도체 소자가 형성된 실리콘 서브스트레이트와, 상기 실리콘 서브스트레이트의 표면에 형성된 패드 알루미늄과, 상기 패드 알루미늄 및 반도체 소자를 외부 환경으로부터 보호하기 위해 그 표면에 형성되어 있되, 상기 패드 알루미늄에 와이어 본딩이 가능하도록 식각홀이 형성된 절연층과 보호층과, 상기 식각홀 내부의 패드 알루미늄 표면에 대략 20~40Å의 두께에서, 상기 알루미늄과 비율이 유사하게 형성된 산화막을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 함.
패드 알루미늄, 산화막, 세정

Description

반도체 소자의 패드 알루미늄 처리 방법{Processing method of pad aluminum of semiconductor device}
도1a 및 도1b는 종래 반도체 소자의 패드 알루미늄 처리 방법을 도시한 설명도이다.
도2는 종래 반도체 소자의 패드 알루미늄 구조에서 AES(Auger Electron Spectroscopy) 결과를 도시한 그래프이다.
도3a는 종래 반도체 소자의 패드 알루미늄 구조에서 깊이별 원소 분포를 도시한 그래프이고, 도3b는 열처리후의 깊이별 원소 분포를 도시한 그래프이다.
도4는 본 발명에 의한 반도체 소자의 패드 알루미늄 구조를 도시한 단면도이다.
도5a 내지 도5d는 본 발명에 의한 반도체 소자의 패드 알루미늄 처리 방법을 순차 도시한 설명도이다.
도6은 본 발명에 의한 반도체 소자의 패드 알루미늄 구조에서 AES(Auger Electron Spectroscopy) 결과를 도시한 그래프이다.
도7은 본 발명에 의한 반도체 소자의 패드 알루미늄 구조에서 깊이별 원소 분포를 도시한 그래프이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
2; 실리콘 서브스트레이트 4; 패드 알루미늄
6; TiN 8; 절연층
10; 보호층 12; 산화막
16; 식각홀
본 발명은 반도체 소자의 패드 알루미늄 처리 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게 설명하면 소정 화학 용액으로 세정(wet) 처리를 하여 패드 알루미늄 위의 C 및 F를 제거함과 동시에 표면에 산화막이 형성되도록 하여 더 이상의 산화를 억제할 수 있는 반도체 소자의 패드 알루미늄 처리 방법에 관한 것이다.
도1a 및 도1b를 참조하면, 종래 반도체 소자의 패드 알루미늄 처리 방법이 순차 도시되어 있다.
도1a에 도시된 바와 같이, 각종 반도체 소자가 형성된 실리콘 서브스트레이트(2')의 표면에는 최종적으로 패드 알루미늄(4')이 형성되며, 그 표면에는 제조 공정중 패드 알루미늄(4')의 갈바닉 현상 등을 억제하기 위해 TiN(6')가 형성되어 있다. 또한, 상기 패드 알루미늄(4')의 표면에는 통상 실리콘 산화막 또는 질화막으로 절연층(8')이 형성되어 있고, 패키징 공정시까지 와이어 본딩하는데 오랜 시간 경과할 경우에는 폴리이미드 또는 폴리벤조액솔 등의 보호층(10')이 더 형성되 어 있다.
이어서, 도1b에 도시된 바와 같이 소정 식각액으로 상기 보호층(8') 및 절연층(10')이 식각되고, 상기 TiN(6')도 식각되어 순수한 패드 알루미늄(4')이 노출될 때까지 식각 공정이 진행되며, 상기와 같이 외부로 노출된 순수한 패드 알루미늄(4')에 패키징 공정에서 와이어 본딩이 수행된다.
한편, 이러한 패드 알루미늄(4')은 보호층(8') 및 절연층(10')의 식각시 CxFy계 가스를 사용하는데, 여기서 발생되는 C기 및 F기 폴리머(14')가 상기 패드 알루미늄(4') 표면에 존재함으로써, 상기 패드 알루미늄(4')의 표면을 지속적으로 부식시키는 단점이 있다.
즉, 도2의 AES(Auger Electron Spectroscopy) 결과를 참조하면, 상기 패드 알루미늄(4')에는 알루미늄(Al) 및 산화막(O) 뿐만 아니라, 탄소(C) 및 불소(F)와 같은 원소가 확인됨으로써, 다수의 C기 및 F기 폴리머(14')가 존재함을 알 수 있다.
더불어, 도3a를 참조하면, 종래 반도체 소자의 패드 알루미늄 구조에서 깊이별 원소 분포에 대한 그래프가 도시되어 있고, 도3b를 참조하면, 열처리후의 깊이별 원소 분포에 대한 그래프가 도시되어 있다.
먼저 도3a에 도시된 바와 같이 종래 패드 알루미늄 구조는 표면에서 알루미늄(Al)과 산화막(O)의 비율이 유사하며, 약 10Å 정도에서 산화막(O)에 비해 알루미늄(Al)의 비율이 월등히 높아짐으로써, 상기 산화막이 너무 얇게 형성되어 패드 알루미늄을 적절하게 보호하지 못함을 알 수 있다.
또한, 도3b에 도시된 바와 같이 열처리 후에는, 표면에서 알루미늄(Al)과 산화막(O)의 비율이 유사하며, 또한 약 70~80Å 정도에서 산화막에 비해 알루미늄의 비율이 현저히 높아 짐으로써, 상기 산화막이 너무 두꺼워 테스트 프로브(test probe)로 소자의 특성 검사시 검사 실패가 자주 발생하는 문제가 있다.
종래 이러한 C기 및 F기 폴리머 제거 및 적절한 두께로 표면 산화막을 형성시키는 방법으로는 UV 오존 처리를 통해 부식 저항을 증가시키려는 시도가 있었으나, 표면 막의 균일한 두께 조절이 곤란한 문제가 있다. 이밖에도 MPA(Methyl-Phosphonic Acid)와 NTMP(Nitro Tris Methyl-Phosphonic acid) 용액을 이용한 표면 저항 특성 개선 시도가 있었으나, 이 역시 용액 합성이 어렵다는 점과 또한 그 농도 조절 등의 문제를 가지고 있다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 소정 화학 용액으로 세정(wet) 처리를 하여 패드 알루미늄 위의 C 및 F를 제거함과 동시에 표면에 산화막이 형성되도록 하여 더 이상의 산화를 억제할 수 있는 반도체 소자의 패드 알루미늄 처리 방법을 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 반도체 소자의 패드 알루미늄 구조는 각종 반도체 소자가 형성된 실리콘 서브스트레이트와, 상기 실리콘 서브스트레이트의 표면에 형성된 패드 알루미늄과, 상기 패드 알루미늄 및 반도체 소자를 외부 환경으로부터 보호하기 위해 그 표면에 형성되어 있되, 상기 패드 알루미늄에 와이어 본딩이 가능하도록 식각홀이 형성된 절연층과 보호층 및, 상기 식각홀 내부의 패드 알루미늄 표면에 대략 20~40Å의 두께에서, 상기 알루미늄과 비율이 유사하게 형성된 산화막을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 패드 알루미늄 표면에는 알루미늄과 산화막의 비율이 대략 2:3으로 형성됨이 바람직하다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 반도체 소자의 패드 알루미늄 처리 방법은 각종 반도체 소자가 형성된 실리콘 서브스트레이트 표면에 패드 알루미늄을 형성하고, 상기 패드 알루미늄을 포함한 표면에는 절연층 및 보호층을 순차 증착하는 단계와, 상기 패드 알루미늄에 와이어 본딩이 가능하도록 상기 절연층 및 보호층을 식각하여 식각홀을 형성하는 단계와, 상기 식각홀을 통해 외부로 노출된 상기 패드 알루미늄에 세정 용액으로 세정하여 표면의 C 및 F기 폴리머를 제거하는 단계와, 에탄올과 탈이온수로 세척한 후, 고온의 질소(N2) 가스로 스핀 드라이(spin dry)하여 상기 식각홀을 통해 노출된 패드 알루미늄에 일정 두께의 산화막을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 세정 용액은 40~60%의 암모니엄 플로라이드(Ammonium Fluoride)와 20~30%의 엔, 엔-디메틸 아세타마이드(N,N-dimethyl acetamide), 및 20~30%의 디프로필렌 글리콜 모노프로필 에더(Dipropylene glycol monopropyl ether)의 혼합 용액일 수 있다.
또한, 상기 세정은 온도 20~30℃, 시간 5~10분간 처리 됨이 바람직하다.
더불어, 상기 에탄올과 탈이온수로 세척하는 공정도 각각 5~10분간 수행됨이 바람직하다.
이와 같이 하여 본 발명에 의한 반도체 소자의 패드 알루미늄 처리 방법에 의하면, 간단한 세정 처리를 통해서 C 및 F기 폴리머를 완전히 제거함과 동시에, 표면에 균일한 산화막을 형성할 수 있는 장점이 있다.
또한, 열처리를 통해 보호층으로 PBO(Polybenzoxasole) 또는 폴리이미드(polyimide)를 이용할 경우, 에칭 공정후 에싱(ashing) 공정없이 세정 공정만으로 폴리머를 제거할 수 있어 공정이 단순화되는 장점이 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도4를 참조하면, 본 발명에 의한 반도체 소자의 패드 알루미늄 구조가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이 먼저 각종 반도체 소자가 형성된 실리콘 서브스트레이트(2)가 구비되어 있다. 상기 실리콘 서브스트레이트(2)의 최상층 표면에는 일정 두께의 패드 알루미늄(4)이 형성되어 있다. 상기 패드 알루미늄(4) 및 반도체 소자를 외부 환경으로부터 보호하기 위해 그 표면에는 절연층(8)과 보호층(10)이 순차 형성되어 있되, 상기 패드 알루미늄(4)에 와이어 본딩이 가능하도록 식각홀(16)이 형성되어 있다. 여기서, 상기 절연층(8)은 통상적인 실리콘 산 화막 또는 질화막이고, 상기 보호층(10)은 PBO(Polybenzoxasole) 또는 폴리이미드(polyimide)일 수 있다. 더불어, 상기 식각홀(16) 내부의 패드 알루미늄(4) 표면에 대략 20~40Å의 두께에서, 상기 알루미늄과 비율이 유사하게 형성된 산화막(12)이 형성되어 있다. 여기서, 상기 패드 알루미늄(4) 표면에는 알루미늄(Al)과 산화막(O)(12)의 비율이 대략 2:3으로 형성되어 있다. 도면중 미설명 부호 6은 TiN으로서 상기 식각홀(16)과 대응되는 영역은 식각 공정에 의해 상기 TiN이 제거된 상태이다.
이와 같이 함으로써, 본 발명에 의한 반도체소 소자의 패드 알루미늄(4) 구조에 의하면, 패드 알루미늄(4) 표면에 알루미늄(Al)과 산화막(O)(12)의 비율이 대략 2:3으로 형성되어 있고, 또한 대략 20~40Å의 두께에서 상기 알루미늄과 산화막의 비율이 유사하게 형성됨으로써, 프로브 테스트(probe test)시에 산화막(12)으로 인한 테스트 에러(test error)를 감소시킴과 더불어, 패키징(packaging)시에 형성될 수 있는 부식을 억제할 수 있게 된다.
도5a 내지 도5d를 참조하면, 본 발명에 의한 반도체 소자의 패드 알루미늄 처리 방법이 도시되어 있다.
먼저 도5a에 도시된 바와 같이, 각종 반도체 소자가 형성된 실리콘 서브스트레이트(2) 표면에 패드 알루미늄(4)을 형성하고, 상기 패드 알루미늄(4)을 포함한 표면에는 절연층(8) 및 보호층(10)을 순차 증착한다. 여기서, 상기 절연층(8)은 통상적인 실리콘 산화막 또는 질화막이고, 상기 보호층(10)은 PBO(Polybenzoxasole) 또는 폴리이미드(polyimide)일 수 있다.
이어서, 도5b에 도시된 바와 같이, 상기 패드 알루미늄(4)에 와이어 본딩이 가능하도록 상기 절연층(8) 및 보호층(10)을 식각하여 식각홀(16)을 형성한다.
이어서, 도5c에 도시된 바와 같이, 상기 식각홀(16)을 통해 외부로 노출된 상기 패드 알루미늄(4)에 세정 용액으로 세정하여 표면의 C 및 F기 폴리머를 제거한다. 즉, 아래 표1과 같은 조건으로 세정 처리를 수행한다.
변수 Ammonium Fluoride N,N-dimethyl acetamide Dipropylene glycol monopropyl ether 온도 시간
조건 40~60% 20~30% 20~30% 20~30℃ 5~10분
이어서, 도5d에 도시된 바와 같이, 에탄올과 탈이온수로 세척한 후, 고온의 질소(N2) 가스로 스핀 드라이(spin dry)하여, 상기 식각홀(16)을 통해 노출된 패드 알루미늄(4)에 일정 두께의 산화막(12)이 형성되도록 하여, 본 발명에 의한 패드 알루미늄(4)의 처리 공정이 완료된다.
여기서, 상기 에탄올과 탈이온수로 세척하는 공정은 각각 5~10분간 수행됨이 바람직하다.
도6을 참조하면, 본 발명에 의한 반도체 소자의 패드 알루미늄 처리 공정을 완료한 후, AES(Auger Electron Spectroscopy) 결과 그래프가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이 AES 결과 그래프에는 산화막(O)(12)과 알루미늄(Al) 만이 검출되었을 뿐 종래와 같은 탄소(C) 또는 불소(F)와 같은 원소는 검출되지 않음으 로써, 본 발명에 의한 패드 알루미늄(4)은 순수한 알루미늄 및 산화막(12)으로만 존재함을 알 수 있다.
또한, 도7을 참조하면, 본 발명에 의한 반도체 소자의 패드 알루미늄 처리 공정을 완료한 후, 깊이별 원소 분포 그래프가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이, 패드 알루미늄(4) 표면에 알루미늄과 산화막(12)의 비율은 대략 2:3(알루미늄 40; 산화막 60)으로 형성되어 있고, 또한 대략 20~40Å의 두께에서 상기 알루미늄과 산화막(12)의 비율이 유사하게 존재함을 알 수 있다. 따라서, 프로브 테스트(probe test)시에 산화막(12)으로 인한 테스트 에러(test error)가 감소되고, 패키징(packaging)시에 형성될 수 있는 부식이 효과적으로 억제됨을 알 수 있다.
상술한 바와같이, 본 발명에 따른 반도체 소자의 패드 알루미늄 처리 방법에 의하면, 간단한 세정 처리를 통해서 C 및 F기 폴리머를 완전히 제거함과 동시에, 표면에 균일한 산화막을 형성할 수 있는 효과가 있다.
또한, 열처리를 통해 보호층으로 PBO(Polybenzoxasole) 또는 폴리이미드(polyimide)를 이용할 경우, 에칭 공정후 에싱(ashing) 공정없이 세정 공정만으로 폴리머를 제거할 수 있어 공정이 단순화되는 효과가 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 반도체 소자의 패드 알루미늄 처리 방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 반도체 소자가 형성된 실리콘 서브스트레이트 표면에 패드 알루미늄을 형성하고, 상기 패드 알루미늄을 포함한 표면에는 절연층 및 보호층을 순차 증착하는 단계;
    상기 패드 알루미늄에 와이어 본딩이 가능하도록 상기 보호층 및 절연층을 식각하여 식각홀을 형성하는 단계;
    상기 식각홀을 통해 외부로 노출된 상기 패드 알루미늄에 세정 용액으로 세정하여 표면의 C 및 F기 폴리머를 제거하는 단계; 및,
    에탄올과 탈이온수로 세척한 후, 질소(N2) 가스로 스핀 드라이(spin dry)하여 상기 식각홀을 통해 노출된 패드 알루미늄에 일정 두께의 산화막을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 반도체 소자의 패드 알루미늄 처리 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 세정 용액은 40~60%의 암모니엄 플로라이드(Ammonium Fluoride)와 20~30%의 엔, 엔-디메틸 아세타마이드(N,N-dimethyl acetamide), 및 20~30%의 디프로필렌 글리콜 모노프로필 에더(Dipropylene glycol monopropyl ether)의 혼합 용액인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 패드 알루미늄 처리 방법.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 세정은 온도 20~30℃에서, 시간 5~10분간 처리 됨을 특징으로 하는 반도체 소자의 패드 알루미늄 처리 방법.
  6. 제3항에 있어서, 상기 에탄올과 탈이온수로 세척하는 공정은 각각 5~10분간 수행됨을 특징으로 하는 반도체 소자의 패드 알루미늄 처리 방법.
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