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KR20090106913A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

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KR20090106913A
KR20090106913A KR1020080032310A KR20080032310A KR20090106913A KR 20090106913 A KR20090106913 A KR 20090106913A KR 1020080032310 A KR1020080032310 A KR 1020080032310A KR 20080032310 A KR20080032310 A KR 20080032310A KR 20090106913 A KR20090106913 A KR 20090106913A
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KR
South Korea
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bump
electrode pad
film
layer
semiconductor substrate
Prior art date
Application number
KR1020080032310A
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Korean (ko)
Inventor
피재현
조차제
이의형
박정우
임하영
Original Assignee
삼성전자주식회사
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Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
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Abstract

PURPOSE: A semiconductor device and a manufacturing method thereof are provided to control the thickness of a capping layer using an electroplating process. CONSTITUTION: A semiconductor device includes a semiconductor substrate(200) and a bump(154). The semiconductor substrate has an electrode pad(120). The bump is contacted with the electrode pad and is electrically connected to the semiconductor substrate. The bump is coated with a capping layer(156). The bump includes a recess region(114) dispersing the stress applied to the bump. The recess region includes a concave surface to the bump between the end of the capping layer and the electrode pad.

Description

반도체 장치 및 그 제조 방법{SEMICONDUCTOR DEVICE AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}Semiconductor device and manufacturing method therefor {SEMICONDUCTOR DEVICE AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}

본 발명은 반도체 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더 구체적으로 범프를 갖는 반도체 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a semiconductor device having a bump and a manufacturing method thereof.

반도체 소자의 고성능화 및 고속화에 대한 요구가 증가함에 따라, 반도체 칩의 입/출력 핀(input/ouput pin) 수가 많아지는 추세이다. 이러한 이유로 반도체 장치 패키지 제조 공정에 사용되는 기존의 와이어 본딩(wire bonding) 방식은 한계에 이르렀다. 따라서, 최근에는 와이어 본딩 방식을 대체할 수 있는 플립 칩(Flip Chip : F/C) 방식이 주목받고 있다. 플립 칩 방식은 본딩 와이어 대신에 범프(bump)를 사용하여 본딩하는 기술이다. As the demand for high performance and high speed of semiconductor devices increases, the number of input / output pins of semiconductor chips increases. For this reason, the existing wire bonding method used in the semiconductor device package manufacturing process has reached its limit. Therefore, in recent years, a flip chip (F / C) method that can replace the wire bonding method has attracted attention. The flip chip method is a technique of bonding using a bump instead of a bonding wire.

범프는 반도체 칩과 배선 기판을 전기적/물리적으로 연결한다. 즉, 범프는 전기적 신호의 이동 경로로서의 역할과 물리적 접합부로서의 역할을 한다. 접합 강도를 향상시키기 위하여 반도체 칩과 배선 기판 사이의 공간에는 일반적으로 언더필 물질(underfill material)이 채워진다. 언더필 물질은 반도체 장치 패키지의 전기적/물리적 신뢰성을 향상시킬 뿐만 아니라, 온도 변화에 따른 반도체 칩과 배선 기판의 열 팽창 계수의 차에 의해 발생하는 열 응력(thermal stress)에 대한 보강재로 작용한다. 플립 칩 방식의 장점을 극대화하기 위해, 범프의 재질 및 구조에 대한 연구가 되고 있다.The bumps electrically and physically connect the semiconductor chip and the wiring board. In other words, the bumps serve as movement paths and electrical junctions of electrical signals. In order to improve the bonding strength, the space between the semiconductor chip and the wiring board is generally filled with an underfill material. The underfill material not only improves the electrical / physical reliability of the semiconductor device package, but also acts as a reinforcement material for thermal stress caused by the difference in thermal expansion coefficient of the semiconductor chip and the wiring board according to temperature change. In order to maximize the advantages of the flip chip method, a study on the material and structure of the bumps.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 재질 및 구조가 향상된 범프를 제공하여 물리적/전기적 신뢰성을 향상시킬 수 있는 반도체 장치 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a semiconductor device and a method of manufacturing the same, which can improve physical and electrical reliability by providing bumps with improved materials and structures.

상술한 기술적 과제들을 해결하기 위한 반도체 장치를 제공한다. 이 장치는 전극 패드를 갖는 반도체 기판과; 상기 전극 패드와 접촉되어 상기 반도체 기판과 전기적으로 연결되는, 캡핑막으로 피복된 범프를 포함하되, 상기 범프는 상기 범프에 가해지는 응력을 분산시키는 리세스 영역을 포함한다.Provided is a semiconductor device for solving the above technical problems. The apparatus includes a semiconductor substrate having electrode pads; And a bump covered with a capping layer in contact with the electrode pad and electrically connected to the semiconductor substrate, wherein the bump includes a recessed region for dispersing stress applied to the bump.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 리세스 영역은 상기 전극 패드와 상기 캡핑막의 단부 사이에 상기 범프의 내부로 향하는 오목한 면을 가질 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the recess region may have a concave surface facing the inside of the bump between the electrode pad and the end of the capping layer.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 전극 패드와 상기 범프 사이의 언더 범프 메탈막이; 더 포함될 수 있다. 상기 언더 범프 메탈막은 상기 리세스 영역의 오목한 면의 일부인 단부면(end part surface)을 가질 수 있다. 상기 언더 범프 메탈막은 상기 범프와 동종의 시드 금속막 및 상기 시드 금속막과 상기 전극 패드 사이의 점착막을 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, an under bump metal layer between the electrode pad and the bump; It may be further included. The under bump metal layer may have an end part surface that is part of a concave surface of the recess region. The under bump metal layer may include a seed metal layer that is the same type as the bump and an adhesive layer between the seed metal layer and the electrode pad.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 반도체 기판을 실장하여 상기 범프와 접촉하는 접합 패드를 갖는 배선 기판과; 및 상기 반도체 기판과 상기 배선 기판 사이에 제공되어 상기 리세스 영역을 채우는 언더필 물질막이 더 포함될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a wiring board having a bonding pad mounted to the bump by mounting the semiconductor substrate; And an underfill material layer provided between the semiconductor substrate and the wiring substrate to fill the recess region.

상술한 기술적 과제들을 해결하기 위한 반도체 장치의 제조 방법을 제공한다. 이 방법은 전극 패드를 갖는 반도체 기판을 제공하고; 상기 반도체 기판 상에 상기 전극 패드를 노출하는 개구부를 갖는 마스크막을 형성하고; 상기 개구부를 채우는 범프를 형성하고; 상기 마스크막을 선택적으로 제거하여 상기 범프 일부를 노출시키는 마스크 패턴을 형성하고; 상기 노출된 범프 상에 전해 도금 공정을 수행하여 캡핑막을 형성하고; 상기 마스크 패턴을 제거하여 상기 전극 패드와 상기 캡핑막의 단부 사이의 범프를 노출하고; 그리고 상기 노출된 범프의 일부를 제거하여 리세스 영역을 형성하는 것을; 포함할 수 있다.Provided are a method of manufacturing a semiconductor device for solving the above technical problems. The method provides a semiconductor substrate having an electrode pad; Forming a mask film having an opening that exposes the electrode pad on the semiconductor substrate; Forming a bump filling the opening; Selectively removing the mask layer to form a mask pattern exposing a part of the bumps; Performing a plating process on the exposed bumps to form a capping film; Removing the mask pattern to expose a bump between the electrode pad and an end of the capping layer; And removing a portion of the exposed bumps to form a recessed region; It may include.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 범프를 형성하기 전에, 상기 전극 패드 상에 언더 범프 메탈막을 형성하는 것이 더 포함될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, before the bump is formed, it may further include forming an under bump metal layer on the electrode pad.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 리세스 영역을 형성하는 것은: 상기 전극 패드와 상기 캡핑막의 단부 사이의 언더 범프 메탈막의 단부 일부를 제거하는 것을 더 포함할 수 있다.In example embodiments, the forming of the recess region may further include removing a portion of an end bump metal layer between the electrode pad and an end portion of the capping layer.

본 발명의 실시예에 따르면, 접합 패드를 갖는 배선 기판을 제공하고; 상기 배선 기판 상에 상기 접합 패드에 정렬되도록 상기 범퍼를 배치하고; 그리고 상기 범프를 상기 접합 패드와 결합시킨 후, 언더필 물질막을 상기 배선 기판과 상기 반도체 기판 사이에 제공하여 상기 리세스 영역을 채우는 것을 더 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a wiring board having a bonding pad; Disposing the bumper on the wiring board such that the bumper is aligned with the bonding pad; The method may further include filling the recess region by providing an underfill material layer between the wiring substrate and the semiconductor substrate after coupling the bump with the bonding pad.

본 발명의 실시예에 따르면, 전기 도금 공정을 이용할 수 있어 캡핑막의 시드막이 필요하지 않을 수 있다. 이에 따라, 반도체 장치의 제조에 있어 생산 원가가 절감될 수 있고, 반도체 장치의 제조 공정이 단순화될 수 있다. 게다가, 전기 도금 공정은 무전해 도금 공정에 비해 캡핑막의 두께를 자유로이 조절할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, an electroplating process may be used, so that the seed film of the capping film may not be necessary. Accordingly, the production cost can be reduced in manufacturing the semiconductor device, and the manufacturing process of the semiconductor device can be simplified. In addition, the electroplating process can freely adjust the thickness of the capping film as compared with the electroless plating process.

본 발명의 실시예에 따르면, 범프에 가해지는 응력 가령, 온도 변화에 따른 반도체 칩과 배선 기판의 열 팽창 계수의 차에 의해 발생하는 열 응력(thermal stress)을 리세스 영역이 없는 것에 비해 분산시킬 수 있다. 이에 따라, 범프의 크랙(crack) 및 절단을 최소화할 수 있어 반도체 장치의 물리적/전기적 신뢰성이 향상될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, thermal stress generated by a stress applied to a bump, for example, a difference between thermal expansion coefficients of a semiconductor chip and a wiring board according to temperature change, may be dispersed as compared with no recess region. Can be. Accordingly, cracks and cutting of bumps can be minimized, thereby improving physical / electrical reliability of the semiconductor device.

첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided to ensure that the disclosed subject matter is thorough and complete, and that the spirit of the present invention to those skilled in the art will fully convey. Portions denoted by like reference numerals denote like elements throughout the specification.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 장치를 보여주는 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 반도체 장치는 배선 기판(200), 전극 패드(120)를 노출하는 제 1 절연막(140)을 갖는 반도체 기판(100), 노출된 전극 패 드(120) 상의 범프(154), 및 배선 기판(200)과 반도체 기판(100) 사이를 채우는 언더필 물질막(260)을 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 반도체 장치는 가령, 플립 칩 패키지일 수 있다.Referring to FIG. 1, a semiconductor device according to an exemplary embodiment may include a wiring substrate 200 and a semiconductor substrate 100 having a first insulating layer 140 exposing the electrode pads 120 and an exposed electrode pad 120. The bump 154 and the underfill material layer 260 filling the wiring substrate 200 and the semiconductor substrate 100 may be included. The semiconductor device according to the present invention may be, for example, a flip chip package.

배선 기판(200)은 가령, 인쇄 회로 기판을 포함할 수 있다. 배선 기판(200)은 접합 패드(220) 및 접합 패드(220)를 노출하는 제 2 절연막(240)을 가질 수 있다. 접합 패드(220)는 전도성이 우수한 금속일 수 있다. 접합 패드(220)는 배선 기판(200) 상에 인쇄되거나 전사될 수 있다.The wiring board 200 may include, for example, a printed circuit board. The wiring board 200 may have a bonding pad 220 and a second insulating layer 240 exposing the bonding pad 220. The bonding pad 220 may be a metal having excellent conductivity. The bonding pads 220 may be printed or transferred onto the wiring board 200.

반도체 기판(100)은 가령, 실리콘 기판일 수 있다. 전극 패드(120)는 반도체 기판(100)에 형성된 회로 패턴과 같은 도전물들(미도시)과 전기적으로 연결될 수 있다. 전극 패드(120)는 가령, 알루미늄(Al)과 같은 금속 물질을 포함할 수 있다. 제 1 절연막(140)은 두개의 막들을 포함할 수 있다. 제 1 절연막(140)은 가령, 전극 패드(120) 둘레를 덮는 감광성 폴리 이미드막(photo sensitive polyimide, 140a) 및 폴리 이미드막을 덮는 실리콘 질화막(140b)일 수 있다. 제 1 절연막(140)은 한개의 막인 실리콘 질화막일 수 있다.The semiconductor substrate 100 may be, for example, a silicon substrate. The electrode pad 120 may be electrically connected to conductive materials (not shown) such as a circuit pattern formed on the semiconductor substrate 100. The electrode pad 120 may include, for example, a metal material such as aluminum (Al). The first insulating layer 140 may include two layers. The first insulating layer 140 may be, for example, a photo sensitive polyimide layer 140a covering the electrode pad 120 and a silicon nitride layer 140b covering the polyimide layer. The first insulating layer 140 may be a silicon nitride film as one film.

범프(154)는 전극 패드(120)와 접합 패드(220) 사이에 배치된다. 범프(154)는 전극 패드(120)과 접합 패드(220)를 전기적으로 연결되는 전기적 매개체이다. 범프(154)는 구리, 니켈 및 주석 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 캡핑막(156)이 범프(154)를 피복하고 있다. 캡핑막(156)은 가령, 금 또는 은과 같은 도전성이 좋은 물질을 포함할 수 있다. 캡핑막(156)은 전해 도금 공정을 수행하여 형성될 수 있다. 범프(154)는 전극 패드(120)와 캡핑막(156)의 단부(156e) 사이에 리세스 영역(114)을 포함할 수 있다. 리세스 영역(114)는 범프(154)의 내부로 오목한 면을 가질 수 있다.The bump 154 is disposed between the electrode pad 120 and the bonding pad 220. The bump 154 is an electrical medium that electrically connects the electrode pad 120 and the bonding pad 220. The bump 154 may include at least one selected from copper, nickel, and tin. The capping film 156 covers the bump 154. The capping layer 156 may include, for example, a highly conductive material such as gold or silver. The capping layer 156 may be formed by performing an electrolytic plating process. The bump 154 may include a recessed region 114 between the electrode pad 120 and the end 156e of the capping layer 156. The recessed area 114 may have a concave surface into the bump 154.

언더 범프 메탈(Under Bump Metal : UBM, 152)막이 전극 패드(120)와 범프(154) 사이에 더 개재될 수 있다. 언더 범프 메탈막(152)은 시드 금속막(152a) 및 시드 금속막(152a)과 전극 패드(120) 사이에 점착막(152b)을 포함할 수 있다. 시드 금속막(152a)은 범프(154)와 동종의 금속막일 수 있다. 점착막(152b)은 범프(154)와 전극 패드(120)의 점착(wetting)을 좋게 할 수 있다. 점착막(152b)은 구리의 확산을 방지하는 역할을 할 수 있다. 점착막(152b)은 가령, 티타늄(Ti), 티타늄 텅스텐(TiW) 및 질화 티타늄(TiN) 중에서 선택된 하나를 포함할 수 있다. 리세스 영역(114)은 언더 범프 메탈막(152)의 단부(end part)로 확장될 수 있다. 언더 범프 메탈막(152)의 단부면은 전극 패드(120)와 캡핑막(156)의 단부(156e) 사이에 범프(154)의 내부로 향하는 오목한 면의 일부일 수 있다.An under bump metal (UBM) layer 152 may be further interposed between the electrode pad 120 and the bump 154. The under bump metal layer 152 may include an adhesive layer 152b between the seed metal layer 152a and the seed metal layer 152a and the electrode pad 120. The seed metal film 152a may be a metal film of the same type as the bump 154. The adhesive film 152b may improve the adhesion between the bump 154 and the electrode pad 120. The adhesive film 152b may serve to prevent diffusion of copper. The adhesive film 152b may include, for example, one selected from titanium (Ti), titanium tungsten (TiW), and titanium nitride (TiN). The recessed region 114 may extend to an end part of the under bump metal layer 152. An end surface of the under bump metal layer 152 may be a part of a concave surface facing the inside of the bump 154 between the electrode pad 120 and the end 156e of the capping layer 156.

언더필 물질막(260)은 배선 기판(200)과 반도체 기판(100) 사이에 제공되어 범프(154)의 리세스 영역(114)을 채운다.An underfill material layer 260 is provided between the wiring substrate 200 and the semiconductor substrate 100 to fill the recessed region 114 of the bump 154.

본 발명의 실시예에 따르면, 언더필 물질막(260)이 채워진 리세스 영역(114)은 범프(154)에 가해지는 응력 가령, 온도 변화에 따른 반도체 칩과 배선 기판의 열 팽창 계수의 차에 의해 발생하는 열 응력(thermal stress)을 리세스 영역(114)이 없는 것에 비해 분산시킬 수 있다. 이에 따라, 범프의 크랙(crack) 및 절단을 최소화할 수 있어 반도체 장치의 물리적/전기적 신뢰성이 향상될 수 있다.According to the exemplary embodiment of the present invention, the recess region 114 filled with the underfill material layer 260 may be formed by a stress applied to the bump 154, for example, due to a difference in thermal expansion coefficient between the semiconductor chip and the wiring board according to temperature change. Thermal stresses that occur may be dispersed as compared to the absence of the recessed regions 114. Accordingly, cracks and cutting of bumps can be minimized, thereby improving physical / electrical reliability of the semiconductor device.

도 2a 내지 도 2h는 실시예에 따른 반도체 장치를 제조 방법을 보여주는 단 면도들이다.2A through 2H are schematic views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment.

도 2a를 참조하면, 전극 패드(120)를 노출하는 절연막(140)을 갖는 반도체 기판(100)을 제공할 수 있다. 전극 패드(120)는 반도체 기판(100)에 형성된 회로 패턴과 같은 도전물들(미도시)과 전기적으로 연결될 수 있다. 전극 패드(120)는 가령, 알루미늄(Al)과 같은 금속 물질을 포함할 수 있다. 절연막(140)은 가령, 전극 패드(120) 둘레를 덮는 감광성 폴리 이미드막(photo sensitive polyimide, 140a) 및 상기 폴리 이미드막(140a)을 콘포말하게 덮는 실리콘 질화막(140b)일 수 있다. 절연막(140)은 패시베이션막인 실리콘 질화막만으로 형성될 수 있다.Referring to FIG. 2A, a semiconductor substrate 100 having an insulating layer 140 exposing the electrode pads 120 may be provided. The electrode pad 120 may be electrically connected to conductive materials (not shown) such as a circuit pattern formed on the semiconductor substrate 100. The electrode pad 120 may include, for example, a metal material such as aluminum (Al). The insulating layer 140 may be, for example, a photo sensitive polyimide layer 140a covering the electrode pad 120 and a silicon nitride layer 140b conformally covering the polyimide layer 140a. The insulating layer 140 may be formed of only a silicon nitride film which is a passivation film.

도 2b를 참조하면, 전극 패드(120)와 접촉하는 점착막(152b) 및 상기 점착막(152b) 상에 시드 금속막(152a)을 형성할 수 있다. 점착막(152b) 및 시드 금속막(152a)은 전극 패드(120)와 인접한 절연막(140) 상으로 일부 연장되게 형성될 수 있다. 즉, 시드 금속막(152a) 및 점착막(152b)은 절연막(140) 상에 단부를 가질 수 있다.Referring to FIG. 2B, a seed metal layer 152a may be formed on the adhesive layer 152b and the adhesive layer 152b in contact with the electrode pad 120. The adhesive layer 152b and the seed metal layer 152a may be partially extended onto the insulating layer 140 adjacent to the electrode pad 120. That is, the seed metal layer 152a and the adhesive layer 152b may have ends on the insulating layer 140.

점착막(152b)은 전극 패드(120)의 점착성(wetting property)을 좋게 할 수 있다. 점착막(152b)은 가령, 티타늄(Ti), 티타늄 텅스텐(TiW) 및 질화 티타늄(TiN) 중에서 선택된 하나를 포함할 수 있다. 시드 금속막(152a)은 가령, 후속으로 형성될 범프(154)의 시드막일 수 있다. 시드 금속막(152a)은 가령, 구리, 니켈 및 주석 합금 중에서 선택된 하나를 포함할 수 있다. 시드 금속막(152a)이 구리를 포함하는 경우, 점착막(152b)은 구리의 확산을 방지하는 역할을 할 수 있다. 점착막(152b) 및 시드 금속막(152a)은 언더 범프 메탈막(Under Bump Metal layer: UBM layer, 152)을 구성할 수 있다.The adhesive film 152b may improve the wetting property of the electrode pad 120. The adhesive film 152b may include, for example, one selected from titanium (Ti), titanium tungsten (TiW), and titanium nitride (TiN). The seed metal layer 152a may be, for example, a seed layer of the bump 154 to be subsequently formed. The seed metal layer 152a may include, for example, one selected from copper, nickel, and tin alloys. When the seed metal layer 152a includes copper, the adhesive layer 152b may serve to prevent diffusion of copper. The adhesive film 152b and the seed metal film 152a may form an under bump metal layer (UBM layer) 152.

도 2c를 참조하면, 시드 금속막(152a)을 노출하는 개구부(109)를 갖는 마스크막(108)을 형성한다. 마스크막(108)은 가령, 포토 레지스트막일 수 있다. Referring to FIG. 2C, a mask film 108 having an opening 109 exposing the seed metal film 152a is formed. The mask film 108 may be, for example, a photoresist film.

시드 금속막(152a)으로부터 범프 금속막을 성장시켜 개구부(109)를 채우는 범프(154)를 형성한다. 범프(154)는 구리, 니켈 및 주석 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 범프(154)은 가령, 전기 도금 공정 또는 무전해 도금 공정을 수행하여 형성될 수 있다.A bump metal film is grown from the seed metal film 152a to form a bump 154 filling the opening 109. The bump 154 may include at least one selected from copper, nickel, and tin. The bump 154 may be formed by performing an electroplating process or an electroless plating process, for example.

도 2d를 참조하면, 마스크막(108)을 선택적으로 리세스하여 범프(154)의 일부를 노출시키는 마스크 패턴(108a)을 형성한다. 리세스 공정은 가령, 건식 식각 공정일 수 있다. 상기 리세스 공정은 시드 금속막(152a) 및 점착막(152b)이 노출되지 않을 때까지 수행될 수 있다. 이에 따라, 마스크 패턴(108a)은 시드 금속막(152a) 및 점착막(152b)의 단부를 덮을 수 있다.Referring to FIG. 2D, the mask layer 108 is selectively recessed to form a mask pattern 108a exposing a part of the bump 154. The recess process may be, for example, a dry etching process. The recess process may be performed until the seed metal layer 152a and the adhesive layer 152b are not exposed. Accordingly, the mask pattern 108a may cover end portions of the seed metal layer 152a and the adhesive layer 152b.

도 2e를 참조하면, 전기 도금 공정을 수행하여 노출된 범프(154)를 캡핑막(156)으로 피복할 수 있다. 캡핑막(156)은 범프(154)의 상부면 및 측면 일부를 피복할 수 있다. 캡핑막(156)의 단부(end part, 156e)는 마스크 패턴(108a)의 상부면과 접할 수 있다. 캡핑막(156)은 범프(154)의 전도성을 향상시킬 수 있다. 캡핑막(156)은 시드 금속막(152a) 및 범프(154)에 대하여 식각 선택성을 가질 수 있다. 캡핑막(156)은 가령, 금 또는 은과 같은 도전성이 좋은 물질을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2E, an exposed bump 154 may be covered with a capping layer 156 by performing an electroplating process. The capping layer 156 may cover a portion of the upper surface and the side surface of the bump 154. An end part 156e of the capping layer 156 may contact an upper surface of the mask pattern 108a. The capping layer 156 may improve conductivity of the bump 154. The capping layer 156 may have an etch selectivity with respect to the seed metal layer 152a and the bump 154. The capping layer 156 may include, for example, a highly conductive material such as gold or silver.

한편, 무전해 도금 공정을 수행하여 캡핑막을 형성하는 경우, 캡핑막의 시드막이 필요할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 전기 도금 공정을 이용할 수 있 어 캡핑막의 시드막이 필요하지 않을 수 있다. 이에 따라, 반도체 장치의 제조에 있어 생산 원가가 절감될 수 있다. 캡핑막의 시드막을 형성하지 않으므로, 반도체 장치의 제조 공정도 단순화될 수 있다. 게다가, 전기 도금 공정은 무전해 도금 공정에 비해 캡핑막의 두께를 자유로이 조절할 수 있다.Meanwhile, when the capping film is formed by performing an electroless plating process, a seed film of the capping film may be required. According to an embodiment of the present invention, an electroplating process may be used, so that a seed film of a capping film may not be required. Accordingly, the production cost can be reduced in the manufacture of the semiconductor device. Since the seed film of the capping film is not formed, the manufacturing process of the semiconductor device can also be simplified. In addition, the electroplating process can freely adjust the thickness of the capping film as compared with the electroless plating process.

도 2f를 참조하면, 마스크 패턴(도 2e의 108a)을 제거하여 캡핑막(156)의 단부(156e) 아래 범프(154)의 측면, 시드 금속막(152a)과 점착막(152)의 단부, 및 절연막(140)을 노출할 수 있다. 마스크 패턴(108a)은 가령, 애싱 공정을 수행하여 제거될 수 있다. Referring to FIG. 2F, the mask pattern (108a of FIG. 2E) is removed to form the side surface of the bump 154 under the end portion 156e of the capping layer 156, the end portion of the seed metal layer 152a and the adhesive layer 152, And the insulating layer 140 may be exposed. The mask pattern 108a may be removed, for example, by performing an ashing process.

노출된 범프(154) 및 시드 금속막(152a)을 제거하여, 캡핑막(156)의 단부(156e)와 전극 패드(120)사이에 리세스 영역(114)을 형성할 수 있다. 상기 제거 공정은 가령, 습식 식각 공정일 수 있다. 예를 들면, 캡핑막(156)은 금을 포함하고 시드 금속막(152a) 및 범프(154)가 구리를 포함하는 경우, 식각 용액은 시드 금속막(152a) 및 범프(154)를 선택적으로 식각하는 암모니아수 또는 과산화수소수를 포함할 수 있다. 또한, 노출된 점착막(152b)을 제거하여 리세스 영역(114)을 확장할 수 있다. 예를 들면, 점착막(152b)이 티탄늄을 포함하는 경우, 식각 용액은 점착막(152b)을 선택적으로 식각하는 불화 수소(HF)를 포함할 수 있다. The exposed bump 154 and the seed metal layer 152a may be removed to form a recessed region 114 between the end portion 156e of the capping layer 156 and the electrode pad 120. The removal process may be, for example, a wet etching process. For example, when the capping film 156 includes gold and the seed metal film 152a and the bump 154 include copper, the etching solution selectively etches the seed metal film 152a and the bump 154. It may include ammonia water or hydrogen peroxide water. In addition, the exposed adhesive layer 152b may be removed to extend the recessed region 114. For example, when the adhesive film 152b includes titanium, the etching solution may include hydrogen fluoride (HF) for selectively etching the adhesive film 152b.

도 2g를 참조하면, 접합 패드(220)를 구비한 배선 기판(200)을 제공한다. 접합 패드(220)는 배선 기판(200) 상에 인쇄되거나 전사될 수 있다. 접합 패드(220)는 전도성이 우수한 금속일 수 있다. 배선 기판(200)은 접합 패드(220)를 노출하는 배선 절연막(240)을 포함할 수 있다. 범프(154)는 배선 기판(200) 상에 접합 패 드(220)에 정렬되여 배치될 수 있다. Referring to FIG. 2G, a wiring board 200 having a bonding pad 220 is provided. The bonding pads 220 may be printed or transferred onto the wiring board 200. The bonding pad 220 may be a metal having excellent conductivity. The wiring board 200 may include a wiring insulating layer 240 exposing the bonding pads 220. The bumps 154 may be arranged to be aligned with the bonding pads 220 on the wiring board 200.

도 2h를 참조하면, 범프(154)를 접합 패드(220) 상에 압착하여 결합시킨 후, 배선 기판(200)과 반도체 기판(100) 사이에 언더필 물질막(260)을 제공하여 범프(154)의 리세스 영역(114)을 언더필 물질막(260)으로 채운다. 이에 따라, 반도체 장치, 가령 플립 칩 패키지가 완성된다.Referring to FIG. 2H, after the bumps 154 are compressed and bonded to the bonding pads 220, the bumps 154 may be provided by providing an underfill material layer 260 between the wiring board 200 and the semiconductor substrate 100. The recessed region 114 of is filled with the underfill material film 260. Thus, a semiconductor device, such as a flip chip package, is completed.

본 발명의 실시예에 따르면, 언더필 물질막(260)이 채워진 리세스 영역(114)은 범프(154)에 가해지는 응력 가령, 온도 변화에 따른 반도체 칩과 배선 기판의 열 팽창 계수의 차에 의해 발생하는 열 응력(thermal stress)을 리세스 영역(114)이 없는 것에 비해 분산시킬 수 있다. 이에 따라, 범프의 크랙(crack) 및 절단을 최소화할 수 있어 반도체 장치의 물리적/전기적 신뢰성이 향상될 수 있다.According to the exemplary embodiment of the present invention, the recess region 114 filled with the underfill material layer 260 may be formed by a stress applied to the bump 154, for example, due to a difference in thermal expansion coefficient between the semiconductor chip and the wiring board according to temperature change. Thermal stresses that occur may be dispersed as compared to the absence of the recessed regions 114. Accordingly, cracks and cutting of bumps can be minimized, thereby improving physical / electrical reliability of the semiconductor device.

상기한 실시예들의 설명은 본 발명의 더욱 철저한 이해를 제공하기 위하여 도면을 참조로 예를 든 것에 불과하므로, 본 발명을 한정하는 의미로 해석되어서는 안될 것이다. 그리고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기본적 원리를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 변경이 가능함은 물론이다.The description of the above embodiments is merely given by way of example with reference to the drawings in order to provide a more thorough understanding of the present invention and should not be construed as limiting the invention. In addition, various changes and modifications are possible to those skilled in the art without departing from the basic principles of the present invention.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 장치를 보여주는 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.

도 2a 내지 도 2h는 실시예에 따른 반도체 장치를 제조 방법을 보여주는 단면도들이다.2A to 2H are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment.

Claims (10)

전극 패드를 갖는 반도체 기판과;A semiconductor substrate having electrode pads; 상기 전극 패드와 접촉되어 상기 반도체 기판과 전기적으로 연결되는, 캡핑막으로 피복된 범프를 포함하되,A bump coated with a capping layer, the bump being in contact with the electrode pad and electrically connected to the semiconductor substrate, 상기 범프는 상기 범프에 가해지는 응력을 분산시키는 리세스 영역을 포함하는 반도체 장치.The bump includes a recess region for dispersing the stress applied to the bump. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 리세스 영역은 상기 전극 패드와 상기 캡핑막의 단부 사이에 상기 범프의 내부로 향하는 오목한 면을 갖는 반도체 장치.And the recess region has a concave surface facing the inside of the bump between the electrode pad and an end of the capping film. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 전극 패드와 상기 범프 사이의 언더 범프 메탈막을;An under bump metal layer between the electrode pad and the bump; 더 포함하는 반도체 장치.A semiconductor device further comprising. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 언더 범프 메탈막은 상기 리세스 영역의 오목한 면의 일부인 단부면(end part surface)을 갖는 반도체 장치.And the under bump metal film has an end part surface that is part of a concave surface of the recess region. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 언더 범프 메탈막은 상기 범프와 동종의 시드 금속막 및 상기 시드 금속막과 상기 전극 패드 사이의 점착막을 포함하는 반도체 장치.The under bump metal film includes a seed metal film of the same type as the bump and an adhesive film between the seed metal film and the electrode pad. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 반도체 기판을 실장하여 상기 범프와 접촉하는 접합 패드를 갖는 배선 기판과; 및A wiring board on which the semiconductor substrate is mounted and has a bonding pad in contact with the bumps; And 상기 반도체 기판과 상기 배선 기판 사이에 제공되어 상기 리세스 영역을 채우는 언더필 물질막을 더 포함하는 반도체 장치.And an underfill material layer provided between the semiconductor substrate and the wiring substrate to fill the recess region. 전극 패드를 갖는 반도체 기판을 제공하고;Providing a semiconductor substrate having electrode pads; 상기 반도체 기판 상에 상기 전극 패드를 노출하는 개구부를 갖는 마스크막을 형성하고;Forming a mask film having an opening that exposes the electrode pad on the semiconductor substrate; 상기 개구부를 채우는 범프를 형성하고;Forming a bump filling the opening; 상기 마스크막을 선택적으로 제거하여 상기 범프 일부를 노출시키는 마스크 패턴을 형성하고;Selectively removing the mask layer to form a mask pattern exposing a part of the bumps; 상기 노출된 범프 상에 전해 도금 공정을 수행하여 캡핑막을 형성하고;Performing a plating process on the exposed bumps to form a capping film; 상기 마스크 패턴을 제거하여 상기 전극 패드와 상기 캡핑막의 단부 사이의 범프를 노출하고; 그리고Removing the mask pattern to expose a bump between the electrode pad and an end of the capping layer; And 상기 노출된 범프의 일부를 제거하여 리세스 영역을 형성하는 것을;Removing a portion of the exposed bumps to form a recessed region; 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.The manufacturing method of the semiconductor device containing. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 범프를 형성하기 전에, Before forming the bumps, 상기 전극 패드 상에 언더 범프 메탈막을 형성하는 것을 더 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.A method of manufacturing a semiconductor device, further comprising forming an under bump metal film on the electrode pad. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 상기 리세스 영역을 형성하는 것은:Forming the recessed region is: 상기 전극 패드와 상기 캡핑막의 단부 사이의 언더 범프 메탈막의 단부 일부를 제거하는 것을 더 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.And removing a portion of an under bump metal film between the electrode pad and an end of the capping film. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 접합 패드를 갖는 배선 기판을 제공하고;Providing a wiring board having a bonding pad; 상기 배선 기판 상에 상기 접합 패드에 정렬되도록 상기 범퍼를 배치하고; 그리고Disposing the bumper on the wiring board such that the bumper is aligned with the bonding pad; And 상기 범프를 상기 접합 패드와 결합시킨 후, 언더필 물질막을 상기 배선 기판과 상기 반도체 기판 사이에 제공하여 상기 리세스 영역을 채우는 것을 더 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.Coupling the bump with the bonding pad, and then providing an underfill material film between the wiring substrate and the semiconductor substrate to fill the recess region.
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