KR101313690B1 - Method for fabricating bonding structure of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자의 본딩 구조물 형성 방법에 관한 것으로, 금속 플레이트 및 필러가 있는 본딩 구조물을 형성할 때에 금속 플레이트의 상부에 산화 방지층과 와이어 접촉층을 형성하지 않고 필러의 하부에는 장벽 금속층과 금속 시드층을 형성하지 않음으로써, 공정을 단순화하면서도 금속 플레이트와 필러를 직접 접촉시키고 동일한 재질로 형성할 수 있기 때문에 접촉 저항을 낮출 수 있으며, 금속 플레이트의 하측에 형성된 장벽 금속층의 노출영역을 제거할 때에 금속 플레이트의 측벽에 보호막을 형성한 상태에서 장벽 금속층의 노출영역에 대한 제거 공정을 수행함으로써, 금속 플레이트의 언더컷 현상을 방지하면서 금속 플레이트의 추가적인 산화를 방지하는 이점이 있다.The present invention relates to a method for forming a bonding structure of a semiconductor device, and when forming a bonding structure with a metal plate and a filler, without forming an antioxidant layer and a wire contact layer on the top of the metal plate, the barrier metal layer and the metal seed on the bottom of the filler By not forming a layer, the contact resistance can be lowered because the metal plate and the filler can be directly contacted and formed of the same material while simplifying the process, and the metal is removed when the exposed area of the barrier metal layer formed on the lower side of the metal plate is removed. By performing a removal process on the exposed area of the barrier metal layer in a state where a protective film is formed on the sidewall of the plate, there is an advantage of preventing further oxidation of the metal plate while preventing undercut phenomenon of the metal plate.
Description
본 발명은 반도체 소자의 본딩 구조물 형성 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 활성 회로(active circuit)의 상부에 본드 패드를 형성하는 패시베이션막(passivation film)상에 두꺼운 금속 플레이트를 형성시키는 BOAC(Bond Over Active Circuit) 또는 CUP(Circuit Under Pad) 기술이 적용된 반도체 소자의 본딩 구조물 형성 방법에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a bonding structure of a semiconductor device, and more particularly, to forming a thick metal plate on a passivation film for forming a bond pad on an active circuit. The present invention relates to a method of forming a bonding structure of a semiconductor device to which an active circuit or circuit under pad (CUP) technology is applied.
주지하는 바와 같이, 반도체 집적 회로는 반도체 소자의 전자 부품에 패키징된 칩을 접속하기 위한 복수의 외부 배치 핀 또는 다른 도전성 소자를 포함하는 패키지 내에 포위된다. 패키지 핀에 집적 회로를 접속하기 위해 칩 상호 접속 시스템의 최상위 금속 배선은 패키지 핀과 집적 회로를 접속시키기 위한 도전성 장치(본드 와이어, 땜납 범프 또는 땜납 볼)를 수납시키기 위한 복수의 본드 패드(bond pad)를 포함한다. 즉, 최상위 배선의 본드 패드가 형성되고, 이 본드 패드에 본드 와이어나 땜납 범프가 접속된다.As is well known, a semiconductor integrated circuit is enclosed in a package including a plurality of externally disposed pins or other conductive elements for connecting a chip packaged to an electronic component of the semiconductor element. In order to connect the integrated circuits to the package pins, the topmost metal wiring of the chip interconnect system comprises a plurality of bond pads for receiving conductive devices (bond wires, solder bumps or solder balls) for connecting the package pins and the integrated circuits. ). That is, the bond pad of the uppermost wiring is formed, and a bond wire or a solder bump is connected to the bond pad.
파워 소자의 경우에는 금속 라우팅(routing) 저항과 접촉 저항(contact resistance) 및 다이 사이즈(die size)를 감소시키기 위해서 활성 회로의 상부에 본드 패드를 형성하는 패시베이션막상에 두꺼운 금속 플레이트를 형성시키는 BOAC 또는 CUP 기술이 이용되고 있다. 또, 이 금속 플레이트의 상부에는 본드 와이어를 접속시키는 것이 일반적이지만 이 금속 플레이트의 상부에 필러(pillar)를 형성하여 상호 연결시킬 수도 있다.In the case of power devices, a BOAC that forms a thick metal plate on a passivation film that forms a bond pad on top of the active circuit to reduce metal routing resistance, contact resistance and die size, or CUP technology is used. Moreover, although it is common to connect a bond wire to the upper part of this metal plate, you may form a pillar in the upper part of this metal plate, and may mutually connect.
플립칩 구조에서는 반도체 소자의 본드 패드상에 도전성 범프(bump)를 형성하고 이 도전성 범프를 기판의 랜드에 연결하여 반도체 소자의 크기를 줄이는데 활용하고 있다. 그런데, 이런 플립칩 구조에서는 도전성 범프 자체의 부피가 커서 본드 패드의 배열 간격에 상당한 제약을 받기 때문에 이를 해결하기 위해 반도체 소자의 본드 패드에 금속을 이용한 필러를 수직하게 형성하는 구조가 활용되고 있다.In the flip chip structure, a conductive bump is formed on a bond pad of a semiconductor device, and the conductive bump is connected to a land of a substrate to reduce the size of the semiconductor device. However, in such a flip chip structure, since the volume of the conductive bump itself is large and limited by the spacing of the bond pads, in order to solve this problem, a structure using a metal filler is vertically formed on the bond pads of the semiconductor device.
도 1a 내지 도 1n은 종래 기술에 따라 금속 플레이트 및 필러가 있는 본딩 구조물을 형성하는 방법을 설명하기 위한 반도체 소자의 단면도이다. 이를 참조하여 본딩 구조물의 형성 과정을 설명하면 다음과 같다.1A to 1N are cross-sectional views of a semiconductor device for explaining a method of forming a bonding structure with a metal plate and a filler according to the prior art. The process of forming the bonding structure with reference to this is as follows.
먼저, 도 1a와 같이 반도체 기판(11)상에 최상위의 금속 배선(13)을 형성하며, 금속 배선(13)이 형성된 반도체 기판(11)의 상부에 패시베이션막(15)을 형성한 후에 금속 배선(13)의 표면 일부가 노출되도록 패시베이션막(15)을 패터닝하여 본드 패드를 형성시킨다.First, as shown in FIG. 1A, the
도 1b와 같이 노출된 금속 배선(13)과 패시베이션막(15)의 상부에 장벽 금속층(17)을 형성하며, 장벽 금속층(17)의 상부에 금속 시드층(seed layer)(19)을 스퍼터링 방식으로 형성한다. 여기서, 통상 금속 시드층(19)은 구리(Cu)로 형성한다.As shown in FIG. 1B, a
도 1c와 같이 금속 시드층(19)의 상부에 금속 플레이트 형성 영역을 정의하는 감광막 패턴(21)을 형성한다.As illustrated in FIG. 1C, a
도 1d와 같이 금속 시드층(19) 상부의 금속 플레이트 형성 영역에 금속 플레이트(23)를 전해도금 방식으로 형성하며, 금속 플레이트(23)의 상부에 산화 방지층(25) 및 와이어 접촉층(27)을 전해도금 방식으로 적층한다. 여기서, 통상 금속 플레이트(23)는 구리(Cu)로 형성하며, 산화 방지층(25)은 니켈(Ni)로 형성하고, 와이어 접촉층(27)은 금(Au)으로 형성한다.As shown in FIG. 1D, the
도 1e와 같이 잔류하는 감광막 패턴(21)을 제거한다.The remaining
도 1f와 같이 패시베이션막(15)의 상부에 노출된 장벽 금속층(17)과 금속 시드층(19)을 제거한다. 이때, 통상적으로 습식 식각을 이용하는데 금속 플레이트(23)가 영향을 받아서 측벽부위가 함께 식각되는 언더컷(29, undercut) 현상이 발생한다.As shown in FIG. 1F, the
도 1g와 같이 와이어 접촉층(27)을 포함하는 반도체 기판(11)의 상부에 금속 플레이트(23)를 둘러싸도록 절연막(31)을 형성하며, 절연막(31)을 패터닝하여 필러 형성 영역의 와이어 접촉층(27)이 노출되도록 오픈한다.An
도 1h와 같이 절연막(31)의 상부에 장벽 금속층(33)을 형성하며, 장벽 금속층(33)의 상부에 금속 시드층(35)을 형성한다. 여기서, 통상 금속 시드층(35)은 스퍼터링 방식을 이용하여 구리(Cu)로 형성한다.As shown in FIG. 1H, the
도 1i와 같이 금속 시드층(35)의 상부에 필러 형성 영역을 정의하는 감광막 패턴(37)을 형성한다.As shown in FIG. 1I, a
도 1j와 같이 금속 시드층(35) 상부의 금속 플레이트 형성 영역에 필러 (39)를 형성하며, 필라(39)의 상부에 솔더 캡(41)을 형성한다. 여기서, 통상 필러(39)는 구리(Cu)로 형성하며, 솔더 캡(41)은 주석과 은의 합금(Sn-Ag)으로 형성한다.As shown in FIG. 1J, the
도 1k와 같이 감광막 패턴(37)을 제거한다.The
도 1l과 같이 절연막(31)의 상부에 노출된 금속 시드층(35)을 습식 식각 방식으로 제거한다.As illustrated in FIG. 1L, the
도 1m과 같이 절연막(31)의 상부에 노출된 장벽 금속층(33)을 습식 식각 방식으로 제거한다.As illustrated in FIG. 1M, the
도 1n과 같이 리플로우(reflow) 열처리를 가하여 솔더 캡(41)을 반구형으로 만든다.The reflow heat treatment is applied as shown in FIG. 1N to make the
지금까지 설명한 바와 같은 종래 기술에 따른 본딩 구조물 형성 방법에 의하면, 금속 플레이트의 상부에 산화 방지층과 와이어 접촉층을 형성하고 필러의 하부에는 장벽 금속층과 금속 시드층을 형성하는 것을 알 수 있다. 산화 방지층은 금속 플레이트의 산화를 방지하며, 와이어 접촉층은 와이어와의 접촉 저항(contact resistance)을 줄이고, 장벽 금속층은 부식을 방지하며, 금속 시드층은 필러를 형성할 때에 구리의 성장을 위해 필요하다. 하지만, 이들은 공정 시간(cycle time)을 길게 만들고 공정 비용을 증가시키는 원인이 되고 있으며, 금속 플레이트와 필러와의 연결 접촉 부위에서 접촉 저항을 증가시키는 원인이 되고 있다.According to the method of forming a bonding structure according to the related art as described above, it can be seen that an oxide layer and a wire contact layer are formed on the upper portion of the metal plate and a barrier metal layer and a metal seed layer are formed on the lower portion of the filler. The anti-oxidation layer prevents oxidation of the metal plate, the wire contact layer reduces contact resistance with the wire, the barrier metal layer prevents corrosion, and the metal seed layer is necessary for the growth of copper when forming the filler. Do. However, they cause long cycle times and increase process costs, and increase contact resistance at the connection contact between the metal plate and the filler.
또한, 반도체 기판을 보호하는 패시베이션막의 상부에 노출된 장벽 금속층과 금속 시드층을 습식 식각을 이용하여 제거할 때에 필러 구리의 측벽부위가 함께 식각되는 언더컷 현상이 발생한다. 이로 인해, 필러의 선폭을 정확하게 조절(control)하기 어려운 문제점이 있었으며, 대기 중에 노출된 구리는 산화가 빠르고 지속적으로 진행되어 저항을 증가시키는 원인이 되는 문제점이 있었다.
In addition, when the barrier metal layer and the metal seed layer exposed on the upper portion of the passivation film protecting the semiconductor substrate are removed by wet etching, an undercut phenomenon occurs in which sidewall portions of the filler copper are etched together. For this reason, there was a problem that it is difficult to accurately control the line width of the filler (copper), the copper exposed to the air had a problem that causes oxidation to proceed quickly and continuously to increase the resistance.
본 발명은 전술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안한 것으로서, 금속 플레이트 및 필러가 있는 본딩 구조물을 형성할 때에 금속 플레이트의 상부에 산화 방지층과 와이어 접촉층을 형성하지 않고 필러의 하부에는 장벽 금속층과 금속 시드층을 형성하지 않음으로써, 공정을 단순화하면서도 금속 플레이트와 필러의 접촉 저항을 낮추는 반도체 소자의 본딩 구조물 형성 방법을 제공한다.The present invention has been proposed to solve the problems of the prior art as described above, and when forming a bonding structure with a metal plate and a filler, a barrier at the bottom of the filler without forming an antioxidant layer and a wire contact layer on the top of the metal plate. By not forming the metal layer and the metal seed layer, there is provided a method of forming a bonding structure of a semiconductor device that simplifies the process and lowers the contact resistance of the metal plate and the filler.
또한, 본 발명은 금속 플레이트의 하측에 형성된 장벽 금속층의 노출 영역을 제거할 때에 금속 플레이트의 측벽에 보호막을 형성한 상태에서 장벽 금속층의 노출영역에 대한 제거 공정을 수행함으로써, 금속 플레이트의 언더컷 현상을 방지하면서 금속 플레이트의 추가적인 산화를 방지하는 반도체 소자의 본딩 구조물 형성 방법을 제공한다.
In addition, according to the present invention, when the exposed area of the barrier metal layer formed on the lower side of the metal plate is removed, the undercut phenomenon of the metal plate is removed by performing the removal process on the exposed area of the barrier metal layer in a state where a protective film is formed on the sidewall of the metal plate. It provides a method of forming a bonding structure of a semiconductor device while preventing the further oxidation of the metal plate.
본 발명의 제 1 관점으로서 반도체 소자의 본딩 구조물 형성 방법은, 반도체 기판의 상부면에 형성된 본드 패드를 오픈하는 패시베이션막 상에 적층된 장벽 금속층과 금속 시드층의 상부에 상기 금속 시드층의 일부 영역을 노출하는 금속 플레이트를 형성하는 단계와, 자연산화막이 형성된 상기 금속 플레이트 및 상기 금속 시드층의 상면에 필러 형성 대상 영역이 오픈된 패턴막을 형성하는 단계와, 상기 필러 형성 대상 영역의 상기 자연산화막을 제거하는 단계와, 상기 필러 형성 대상 영역에 필러를 형성하는 단계와, 상기 패턴막을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.In a method of forming a bonding structure of a semiconductor device as a first aspect of the present invention, a partial region of the metal seed layer is formed on a barrier metal layer and a metal seed layer stacked on a passivation film that opens a bond pad formed on an upper surface of a semiconductor substrate. Forming a metal plate exposing the metal plate; forming a pattern film having an open filler forming region on an upper surface of the metal plate and the metal seed layer on which the natural oxide film is formed; The method may include removing the filler, forming a filler in the filler forming region, and removing the pattern layer.
여기서, 상기 패턴막의 제거에 의한 상기 금속 시드층의 노출 부분을 제거하는 단계와, 상기 금속 플레이트 및 상기 필러의 측벽에 보호막을 형성하는 단계와, 상기 금속 시드층의 노출 부분 제거에 의한 상기 장벽 금속층의 노출 부분을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.Here, removing the exposed portion of the metal seed layer by removing the pattern layer, forming a protective film on the sidewalls of the metal plate and the filler, and the barrier metal layer by removing the exposed portion of the metal seed layer The method may further include removing the exposed portion of the.
상기 자연산화막을 제거하는 단계는, 플라즈마 식각 또는 습식 식각으로 상기 자연산화막을 제거할 수 있다.In the removing of the natural oxide layer, the natural oxide layer may be removed by plasma etching or wet etching.
상기 보호막을 형성하는 단계는, 상기 금속 플레이트와 동일한 금속성분이 포함된 화합물층을 상기 보호막으로 형성할 수 있다.In the forming of the passivation layer, a compound layer including the same metal component as the metal plate may be formed as the passivation layer.
상기 보호막을 형성하는 단계는, 질소 및 수소가 함유된 가스 또는 암모니아 계열의 가스를 이용하여 상기 금속 플레이트의 측벽에 대한 플라즈마 처리를 실시하여 질소가 포함된 상기 화합물층을 형성할 수 있다.The forming of the passivation layer may be performed by performing plasma treatment on the sidewall of the metal plate using a gas containing nitrogen and hydrogen or an ammonia-based gas to form the compound layer including nitrogen.
상기 보호막을 형성하는 단계는, 100℃ 내지 350℃의 온도 조건 또는 -50℃ 내지 50℃의 온도 조건에서 상기 플라즈마 처리를 실시할 수 있다.
In the forming of the protective film, the plasma treatment may be performed at a temperature condition of 100 ° C to 350 ° C or a temperature condition of -50 ° C to 50 ° C.
본 발명의 제 2 관점으로서 반도체 소자의 본딩 구조물 형성 방법은, 반도체 기판의 상부면에 형성된 패시베이션막을 패터닝하여 본드 패드를 오픈하는 단계와, 오픈한 상기 본드 패드 및 상기 패시베이션막 상에 장벽 금속층과 금속 시드층을 적층하는 단계와, 상기 금속 시드층의 상부를 특정 패턴으로 오픈하는 패턴막을 형성하는 단계와, 상기 패턴막에 의한 상기 금속 시드층의 오픈 영역에 금속을 성장시켜 금속 플레이트를 형성하는 단계와, 상기 패턴막을 제거하는 단계와, 상기 패턴막의 제거에 의한 상기 금속 시드층의 노출 부분을 제거하는 단계와, 상기 금속 플레이트의 측벽에 보호막을 형성하는 단계와, 상기 금속 시드층의 노출 부분 제거에 의한 상기 장벽 금속층의 노출 부분을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.According to a second aspect of the present invention, there is provided a method of forming a bonding structure of a semiconductor device, the method comprising: opening a bond pad by patterning a passivation film formed on an upper surface of a semiconductor substrate, a barrier metal layer and a metal on the open bond pad and the passivation film; Stacking a seed layer, forming a pattern film that opens an upper portion of the metal seed layer in a specific pattern, and growing a metal in an open region of the metal seed layer by the pattern film to form a metal plate Removing the pattern layer, removing the exposed portion of the metal seed layer by removing the pattern layer, forming a protective film on the sidewall of the metal plate, and removing the exposed portion of the metal seed layer. Removing the exposed portion of the barrier metal layer by
여기서, 상기 보호막을 형성하는 단계는, 상기 금속 플레이트와 동일한 금속성분이 포함된 화합물층을 상기 보호막으로 형성할 수 있다.Here, in the forming of the passivation layer, a compound layer including the same metal component as the metal plate may be formed as the passivation layer.
상기 보호막을 형성하는 단계는, 질소 및 수소가 함유된 가스 또는 암모니아 계열의 가스를 이용하여 상기 금속 플레이트의 측벽에 대한 플라즈마 처리를 실시하여 질소가 포함된 상기 화합물층을 형성할 수 있다.The forming of the passivation layer may be performed by performing plasma treatment on the sidewall of the metal plate using a gas containing nitrogen and hydrogen or an ammonia-based gas to form the compound layer including nitrogen.
상기 보호막을 형성하는 단계는, 100℃ 내지 350℃의 온도 조건 또는 -50℃ 내지 50℃의 온도 조건에서 상기 플라즈마 처리를 실시할 수 있다.
In the forming of the protective film, the plasma treatment may be performed at a temperature condition of 100 ° C to 350 ° C or a temperature condition of -50 ° C to 50 ° C.
본 발명의 실시 예에 의하면, 금속 플레이트 및 필러가 있는 본딩 구조물을 형성할 때에 금속 플레이트의 상부에 산화 방지층과 와이어 접촉층을 형성하지 않고 필러의 하부에는 장벽 금속층과 금속 시드층을 형성하지 않음으로써, 공정을 단순화하면서도 금속 플레이트와 필러를 직접 접촉시키고 동일한 재질로 형성할 수 있기 때문에 접촉 저항을 낮출 수 있다.According to an embodiment of the present invention, when forming a bonding structure with a metal plate and a filler, an oxide layer and a wire contact layer are not formed on the top of the metal plate, and a barrier metal layer and a metal seed layer are not formed on the bottom of the filler. In addition, the contact resistance can be lowered because the metal plate and the filler can be directly contacted and formed of the same material while simplifying the process.
또한, 본 발명은 금속 플레이트의 하측에 형성된 장벽 금속층의 노출영역을 제거할 때에 금속 플레이트의 측벽에 보호막을 형성한 상태에서 장벽 금속층의 노출영역에 대한 제거 공정을 수행함으로써, 금속 플레이트의 언더컷 현상을 방지하면서 금속 플레이트의 추가적인 산화를 방지하는 효과가 있다.
In addition, according to the present invention, when the exposed area of the barrier metal layer formed on the lower side of the metal plate is removed, the undercut phenomenon of the metal plate is removed by performing the removal process on the exposed area of the barrier metal layer in a state where a protective film is formed on the sidewall of the metal plate. Prevents further oxidation of the metal plate.
도 1a 내지 도 1n은 종래 기술에 따라 금속 플레이트 및 필러가 있는 본딩 구조물을 형성하는 방법을 설명하기 위한 반도체 소자의 단면도이다.
도 2a 내지 도 2m은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 금속 플레이트 및 필러가 있는 본딩 구조물을 형성하는 방법을 설명하기 위한 반도체 소자의 단면도이다.
도 3a 내지 도 3h는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 금속 플레이트 및 필러가 있는 본딩 구조물을 형성하는 방법을 설명하기 위한 반도체 소자의 단면도이다.1A to 1N are cross-sectional views of a semiconductor device for explaining a method of forming a bonding structure with a metal plate and a filler according to the prior art.
2A to 2M are cross-sectional views of a semiconductor device for describing a method of forming a bonding structure with a metal plate and a pillar according to a first embodiment of the present invention.
3A to 3H are cross-sectional views of a semiconductor device for describing a method of forming a bonding structure with a metal plate and a pillar according to a second embodiment of the present invention.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention and the manner of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art. Is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims.
도 2a 내지 도 2m은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 금속 플레이트 및 필러가 있는 본딩 구조물을 형성하는 방법을 설명하기 위한 반도체 소자의 단면도이다. 이를 참조하여 본딩 구조물의 형성 과정을 설명하면 다음과 같다.2A to 2M are cross-sectional views of a semiconductor device for describing a method of forming a bonding structure with a metal plate and a pillar according to a first embodiment of the present invention. The process of forming the bonding structure with reference to this is as follows.
먼저, 도 2a와 같이 반도체 기판(101)상에 최상위의 금속 배선(103)을 형성하며, 금속 배선(103)이 형성된 반도체 기판(101)의 상부에 패시베이션막(105)을 형성한 후에 금속 배선(103)의 표면 일부가 노출되도록 패시베이션막(105)을 패터닝하여 본드 패드를 형성시킨다. 예컨대, 금속 배선(103)은 알루미늄으로 형성할 수 있으며, 패시베이션막(105)는 화학기상증착(CVD) 방식으로 증착할 수 있고, 감광막 패턴을 이용하여 패시베이션막(105)을 패터닝할 수 있다.First, as shown in FIG. 2A, the
도 2b와 같이 노출된 금속 배선(103)과 패시베이션막(105)의 상부에 장벽 금속층(107)을 형성하며, 장벽 금속층(107)의 상부에 금속 시드층(109)을 형성한다. 예컨대, 장벽 금속층(110)은 티타늄(Ti), 질화티타늄(TiN), 티타늄과 텅스텐의 화합물(TiW), 탈탄륨(Ta) 또는 질화탈탄륨(TaN) 중에서 어느 하나의 막질을 이용하여 단일막으로 형성하거나 복수의 막질을 이용하여 복합막으로 형성할 수 있으며, 금속 시드층(109)은 구리(Cu), 금(Au), 주석(Sn), 납(Pb), 은(Ag), 비스무트(Bi) 중의 하나 또는 복수의 합금으로 형성할 수 있고, 장벽 금속층(107)과 금속 시드층(109)을 스퍼터링(sputtering) 방식을 이용하여 1000Å 내지 5000Å의 두께로 연속(in-situ)하여 증착할 수 있다.As shown in FIG. 2B, the
도 2c와 같이 금속 시드층(109)의 상부에 금속 플레이트 형성 영역을 정의하는 패턴막(111)을 형성한다. 예컨대, 패턴막(111)은 감광막 패턴을 15㎛ 내지 20㎛의 두께로 형성할 수 있다.As shown in FIG. 2C, a
도 2d와 같이 금속 시드층(109) 상부의 금속 플레이트 형성 영역에 금속 플레이트(113)를 형성한다. 예컨대, 금속 플레이트(113)는 전해 도금 방식을 이용하여 구리(Cu)를 5㎛ 내지 20㎛의 두께로 성장시켜 형성할 수 있다. 전해 도금 방식의 특성상 패턴막(111)이 제거된 금속 플레이트 형성 영역에만 구리가 성장된다. 이러한 금속 플레이트(113)는 구리(Cu), 금(Au), 주석(Sn), 납(Pb), 은(Ag), 비스무트(Bi) 중의 하나 또는 복수의 합금으로 형성할 수 있다.As shown in FIG. 2D, the
도 2e와 같이 잔류하는 패턴막(111)을 제거한다.The remaining
도 2f와 같이 금속 플레이트(113)가 형성된 반도체 기판(101)의 상부에 필러 형성 영역을 정의하는 패턴막(117)을 형성한다. 이때, 노출된 금속 플레이트(113)의 표층에는 자연산화막(115)이 형성된 상태이다. 예컨대, 패턴막(117)은 감광막 패턴을 100㎛ 내지 120㎛의 두께로 형성할 수 있다. As shown in FIG. 2F, a
도 2g와 같이 패턴막(117)에 의해 오픈된 필러 형성 영역에 노출되어진 금속 플레이트(113)상의 자연산화막(115)을 제거한다. 예컨대, 자연산화막(115)은 아르곤 가스를 이용한 플라즈마 식각 또는 습식 식각으로 제거할 수 있다.As shown in FIG. 2G, the
도 2h와 같이 자연산화막(115)이 제거된 필러 형성 영역의 금속 플레이트(113) 상부에 필러(119)와 솔더 캡(121)을 연속(in-situ)하여 형성한다. 예컨대, 전해 도금 방식으로 필러(119)와 솔더 캡(121)을 성장시켜 형성할 수 있으며, 필러(119)는 구리(Cu), 금(Au), 주석(Sn), 납(Pb), 은(Ag), 비스무트(Bi) 중의 하나 또는 복수의 합금을 50㎛ 내지 100㎛의 두께로 형성할 수 있고, 솔더 캡(121)은 주석과 은의 합금(Sn-Ag) 등을 10㎛ 내지 50㎛의 두께로 형성할 수 있다. 여기서, 필러(119)와 솔더 캡(121)을 형성할 수 있는 것은 이전 공정에서 노출된 자연산화막(115)을 제거하였기에 가능한 것이며, 금속 플레이트(113)와 필러(119)가 직접 접촉되며 동일한 재질로 형성할 수 있기 때문에 접촉 저항을 감소시킬 수 있다.As shown in FIG. 2H, the
도 2i와 같이 잔류하는 패턴막(117)을 제거한다. 이때, 금속 플레이트(113)의 표면에 노출된 자연산화막(115)을 함께 제거할 수 있다. 하지만, 이처럼 노출된 자연산화막(115)을 제거하는 공정을 수행하지 않을 수도 있다.The remaining
도 2j와 같이 패시베이션막(105)의 상부에 노출된 금속 시드층(109)을 제거한다. 예컨대, 습식 식각을 수행하여 노출된 금속 시드층(109)을 제거할 수 있다.As illustrated in FIG. 2J, the
도 2k와 같이 금속 플레이트(113) 및 필러(119)의 측벽에 산화를 방지하는 보호막(123)을 형성한다. 예컨대, 질소 및 수소가 함유된 가스 또는 암모니아 계열의 가스를 이용하여 금속 플레이트(113) 및 필러(119)의 측벽에 대한 플라즈마 처리를 실시하여 보호막(123)을 질소가 포함된 화합물층(CuxNy 등)으로 형성할 수 있다. 즉, 금속 플레이트(113)와 동일한 금속성분이 포함된 화합물층을 보호막(123)으로 형성하는 것이다. 이때, 플라즈마 처리를 100℃ 내지 350℃의 온도 조건에서 수행할 수 있다. 또는 결함의 발생을 방지하기 위하여 플라즈마 처리를 -50℃ 내지 50℃의 저온에서 실시할 수도 있다.A
도 2l과 같이 패시베이션막(105)의 상부에 노출된 장벽 금속층(107)을 제거한다. 예컨대, 습식 식각을 수행하여 노출된 장벽 금속층(107)을 제거할 수 있다. 이때, 보호막(123)은 금속 플레이트(113)의 측면에 언더컷 현상이 발생하는 것을 방지하며, 보호막(123)에 의해 금속 플레이트(113) 및 필러(119)의 산화가 방지된다.As shown in FIG. 2L, the
도 2m과 같이 리플로우 열처리 공정을 실시하여 솔더 캡(121)을 반구형으로 변형시킨다. 예컨대, 리플로우 열처리는 156℃ 내지 400℃의 온도 범위에서 실시할 수 있다. 이후, 백 그라인드(back grind) 및 패키지 등의 후속 공정을 진행할 수 있다.
As shown in FIG. 2M, the reflow heat treatment process is performed to deform the
도 3a 내지 도 3h는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 금속 플레이트가 있는 본딩 구조물을 형성하는 방법을 설명하기 위한 반도체 소자의 단면도이다. 이를 참조하여 본딩 구조물의 형성 과정을 설명하면 다음과 같다.3A to 3H are cross-sectional views of a semiconductor device for describing a method of forming a bonding structure with a metal plate according to a second embodiment of the present invention. The process of forming the bonding structure with reference to this is as follows.
먼저, 도 3a와 같이 반도체 기판(101)상에 최상위의 금속 배선(103)을 형성하며, 금속 배선(103)이 형성된 반도체 기판(101)의 상부에 패시베이션막(105)을 형성한 후에 금속 배선(103)의 표면 일부가 노출되도록 패시베이션막(105)을 패터닝하여 본드 패드를 형성시킨다. 예컨대, 금속 배선(103)은 알루미늄으로 형성할 수 있으며, 패시베이션막(105)는 화학기상증착(CVD) 방식으로 증착할 수 있고, 감광막 패턴을 이용하여 패시베이션막(105)을 패터닝할 수 있다.First, as shown in FIG. 3A, the
도 3b와 같이 노출된 금속 배선(103)과 패시베이션막(105)의 상부에 장벽 금속층(107)을 형성하며, 장벽 금속층(107)의 상부에 금속 시드층(109)을 형성한다. 예컨대, 장벽 금속층(110)은 티타늄(Ti), 질화티타늄(TiN), 티타늄과 텅스텐의 화합물(TiW), 탈탄륨(Ta) 또는 질화탈탄륨(TaN) 중에서 어느 하나의 막질을 이용하여 단일막으로 형성하거나 복수의 막질을 이용하여 복합막으로 형성할 수 있으며, 금속 시드층(109)은 구리(Cu), 금(Au), 주석(Sn), 납(Pb), 은(Ag), 비스무트(Bi) 중의 하나 또는 복수의 합금으로 형성할 수 있고, 장벽 금속층(107)과 금속 시드층(109)을 스퍼터링 방식을 이용하여 1000Å 내지 5000Å의 두께로 연속(in-situ)하여 증착할 수 있다.As shown in FIG. 3B, a
도 3c와 같이 금속 시드층(109)의 상부에 금속 플레이트 형성 영역을 정의하는 패턴막(111)을 형성한다. 예컨대, 패턴막(111)은 감광막 패턴을 15㎛ 내지 20㎛의 두께로 형성할 수 있다.As shown in FIG. 3C, a
도 3d와 같이 금속 시드층(109) 상부의 금속 플레이트 형성 영역에 금속 플레이트(113)를 형성하며, 금속 플레이트(113)의 상부에 산화 방지층(201) 및 와이어 접촉층(203)을 적층한다. 예컨대, 금속 플레이트(113)는 전해 도금 방식을 이용하여 구리(Cu)를 5㎛ 내지 20㎛의 두께로 성장시켜 형성할 수 있다. 전해 도금 방식의 특성상 패턴막(111)이 제거된 금속 플레이트 형성 영역에만 구리가 성장된다. 이러한 금속 플레이트(113)는 구리(Cu), 금(Au), 주석(Sn), 납(Pb), 은(Ag), 비스무트(Bi) 중의 하나 또는 복수의 합금으로 형성할 수 있다. 산화 방지층(201)은 니켈(Ni) 등으로 형성할 수 있으며, 와이어 접촉층(203)은 금(Au) 등으로 형성할 수 있다.As shown in FIG. 3D, the
도 3e와 같이 패턴막(111)을 제거한다.The
도 3f와 같이 패시베이션막(105)의 상부에 노출된 금속 시드층(109)을 제거한다. 예컨대, 습식 식각을 수행하여 노출된 금속 시드층(109)을 제거할 수 있다.As shown in FIG. 3F, the
도 3g와 같이 금속 플레이트(113)의 측벽에 보호막(205)을 형성한다. 예컨대, 질소 및 수소가 함유된 가스 또는 암모니아 계열의 가스를 이용하여 금속 플레이트(113)의 측벽에 대한 플라즈마 처리를 실시하여 보호막(205)을 질소가 포함된 화합물층(CuxNy 등)으로 형성할 수 있다. 즉, 금속 플레이트(113)와 동일한 금속성분이 포함된 화합물층을 보호막(205)으로 형성하는 것이다. 이때, 플라즈마 처리를 100℃ 내지 350℃의 온도 조건에서 수행할 수 있다. 또는 결함의 발생을 방지하기 위하여 플라즈마 처리를 -50℃ 내지 50℃의 저온에서 실시할 수도 있다.A
도 3h와 같이 패시베이션막(105)의 상부에 노출된 장벽 금속층(107)을 제거한다. 예컨대, 습식 식각을 수행하여 노출된 장벽 금속층(107)을 제거할 수 있다. 이때, 보호막(205)은 금속 플레이트(113)에 언더컷 현상이 발생하는 것을 방지하며, 보호막(205)에 의해 금속 플레이트(113)의 산화가 방지된다.
As shown in FIG. 3H, the
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those skilled in the art to which the present invention pertains may make various modifications and variations without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are intended to illustrate rather than limit the scope of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.
101 : 반도체 기판 103 : 금속 배선
105 : 패시베이션막 107 : 장벽 금속층
109 : 금속 시드층 111, 117 : 패턴막
113 : 금속 플레이트 115 : 자연산화막
119 : 필러 121 : 솔더 캡
123, 205 : 보호막 201 : 산화 방지막
203 : 와이어 접촉층101
105: passivation film 107: barrier metal layer
109:
113: metal plate 115: natural oxide film
119: filler 121: solder cap
123 and 205: protective film 201: antioxidant film
203: wire contact layer
Claims (10)
자연산화막이 형성된 상기 금속 플레이트 및 상기 금속 시드층의 상면에 필러 형성 대상 영역이 오픈된 패턴막을 형성하는 단계와,
상기 필러 형성 대상 영역의 상기 자연산화막을 제거하는 단계와,
상기 필러 형성 대상 영역에 필러를 형성하는 단계와,
상기 패턴막을 제거하는 단계를 포함하는
반도체 소자의 본딩 구조물 형성 방법.Forming a metal plate exposing a portion of the metal seed layer on the barrier metal layer and the metal seed layer stacked on the passivation film to open the bond pad formed on the upper surface of the semiconductor substrate;
Forming a pattern film having an open filler forming region on an upper surface of the metal plate and the metal seed layer on which a natural oxide film is formed;
Removing the natural oxide film of the filler forming region;
Forming a filler in the filler forming region;
Removing the pattern layer
Method for forming a bonding structure of a semiconductor device.
상기 패턴막의 제거에 의한 상기 금속 시드층의 노출 부분을 제거하는 단계와,
상기 금속 플레이트 및 상기 필러의 측벽에 보호막을 형성하는 단계와,
상기 금속 시드층의 노출 부분 제거에 의한 상기 장벽 금속층의 노출 부분을 제거하는 단계를 더 포함하는
반도체 소자의 본딩 구조물 형성 방법.The method of claim 1,
Removing the exposed portion of the metal seed layer by removing the pattern film;
Forming a protective film on sidewalls of the metal plate and the filler;
Removing the exposed portion of the barrier metal layer by removing the exposed portion of the metal seed layer.
Method for forming a bonding structure of a semiconductor device.
상기 자연산화막을 제거하는 단계는, 플라즈마 식각 또는 습식 식각으로 상기 자연산화막을 제거하는
반도체 소자의 본딩 구조물 형성 방법.3. The method according to claim 1 or 2,
The removing of the natural oxide layer may include removing the natural oxide layer by plasma etching or wet etching.
Method for forming a bonding structure of a semiconductor device.
상기 보호막을 형성하는 단계는, 상기 금속 플레이트와 동일한 금속성분이 포함된 화합물층을 상기 보호막으로 형성하는
반도체 소자의 본딩 구조물 형성 방법.3. The method of claim 2,
The forming of the passivation layer may include forming a compound layer including the same metal component as the metal plate as the passivation layer.
Method for forming a bonding structure of a semiconductor device.
상기 보호막을 형성하는 단계는, 질소 및 수소가 함유된 가스 또는 암모니아 계열의 가스를 이용하여 상기 금속 플레이트의 측벽에 대한 플라즈마 처리를 실시하여 질소가 포함된 상기 화합물층을 형성하는
반도체 소자의 본딩 구조물 형성 방법.5. The method of claim 4,
The forming of the passivation layer may include performing a plasma treatment on the sidewall of the metal plate using a gas containing nitrogen and hydrogen or an ammonia-based gas to form the compound layer containing nitrogen.
Method for forming a bonding structure of a semiconductor device.
상기 보호막을 형성하는 단계는, 100℃ 내지 350℃의 온도 조건 또는 -50℃ 내지 50℃의 온도 조건에서 상기 플라즈마 처리를 실시하는
반도체 소자의 본딩 구조물 형성 방법.The method of claim 5, wherein
The forming of the protective film may be performed by performing the plasma treatment at a temperature condition of 100 ° C. to 350 ° C. or a temperature condition of −50 ° C. to 50 ° C.
Method for forming a bonding structure of a semiconductor device.
오픈한 상기 본드 패드 및 상기 패시베이션막 상에 장벽 금속층과 금속 시드층을 적층하는 단계와,
상기 금속 시드층의 상부를 특정 패턴으로 오픈하는 패턴막을 형성하는 단계와,
상기 패턴막에 의한 상기 금속 시드층의 오픈 영역에 금속을 성장시켜 금속 플레이트를 형성하는 단계와,
상기 패턴막을 제거하는 단계와,
상기 패턴막의 제거에 의한 상기 금속 시드층의 노출 부분을 제거하는 단계와,
상기 금속 플레이트의 측벽에 보호막을 형성하는 단계와,
상기 금속 시드층의 노출 부분 제거에 의한 상기 장벽 금속층의 노출 부분을 제거하는 단계를 포함하는
반도체 소자의 본딩 구조물 형성 방법.Patterning the passivation film formed on the upper surface of the semiconductor substrate to open the bond pads;
Stacking a barrier metal layer and a metal seed layer on the open bond pad and the passivation film;
Forming a pattern film that opens an upper portion of the metal seed layer in a specific pattern;
Forming a metal plate by growing a metal in an open region of the metal seed layer by the pattern layer;
Removing the pattern layer;
Removing the exposed portion of the metal seed layer by removing the pattern film;
Forming a protective film on sidewalls of the metal plate;
Removing the exposed portion of the barrier metal layer by removing the exposed portion of the metal seed layer.
Method for forming a bonding structure of a semiconductor device.
상기 보호막을 형성하는 단계는, 상기 금속 플레이트와 동일한 금속성분이 포함된 화합물층을 상기 보호막으로 형성하는
반도체 소자의 본딩 구조물 형성 방법.The method of claim 7, wherein
The forming of the passivation layer may include forming a compound layer including the same metal component as the metal plate as the passivation layer.
Method for forming a bonding structure of a semiconductor device.
상기 보호막을 형성하는 단계는, 질소 및 수소가 함유된 가스 또는 암모니아 계열의 가스를 이용하여 상기 금속 플레이트의 측벽에 대한 플라즈마 처리를 실시하여 질소가 포함된 상기 화합물층을 형성하는
반도체 소자의 본딩 구조물 형성 방법.The method of claim 8,
The forming of the passivation layer may include performing a plasma treatment on the sidewall of the metal plate using a gas containing nitrogen and hydrogen or an ammonia-based gas to form the compound layer containing nitrogen.
Method for forming a bonding structure of a semiconductor device.
상기 보호막을 형성하는 단계는, 100℃ 내지 350℃의 온도 조건 또는 -50℃ 내지 50℃의 온도 조건에서 상기 플라즈마 처리를 실시하는
반도체 소자의 본딩 구조물 형성 방법.The method of claim 9,
The forming of the protective film may be performed by performing the plasma treatment at a temperature condition of 100 ° C. to 350 ° C. or a temperature condition of −50 ° C. to 50 ° C.
Method for forming a bonding structure of a semiconductor device.
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