반도체 제작공정은 미세화 공정을 통해 집적도를 지속적으로 높이고 있었으며, 최근에는 다층구조의 수직적 형태로 적층수의 증가를 통해 고밀도화를 가능하게 하고 있다. 이를 위해 Cu 필라솔더범프를 이용한 C2(chip connection)공법의 개발을 통해 chip간 접합을 진행하고 있으며, 최근 반도체 소자에서의 WLP(wafer level package)의 요구에 부응하기 위해 Cu 필라 솔더 범프의 두께 균일도를 통한 평탄화는 wafer간 접합에 있어 중요한 요소가 되고 있다. 또한, 솔더 범프의 높이 ...
반도체 제작공정은 미세화 공정을 통해 집적도를 지속적으로 높이고 있었으며, 최근에는 다층구조의 수직적 형태로 적층수의 증가를 통해 고밀도화를 가능하게 하고 있다. 이를 위해 Cu 필라솔더범프를 이용한 C2(chip connection)공법의 개발을 통해 chip간 접합을 진행하고 있으며, 최근 반도체 소자에서의 WLP(wafer level package)의 요구에 부응하기 위해 Cu 필라 솔더 범프의 두께 균일도를 통한 평탄화는 wafer간 접합에 있어 중요한 요소가 되고 있다. 또한, 솔더 범프의 높이 산포가 적어야 접합시 발생하는 들뜸 접합 불량을 줄일 수 있기 때문에 프린트 배선 기판과의 갭단차를 보다 엄격하게 관리하는 것이 필수적이다. 본 논문은 Cu 필라 솔더 범프의 평탄화를 truncated sphere 모델을 기초로 하는 부분구 모델을 통해 설명하고 WIW(with-in-wafer)에 대한 전해도금시 발생하는 Cu 필라 범프 도금두께 불균일성을 개선하기 위해 리플로우시 솔더의 부분구 형성 메커니즘을 연구하였다. 구리 도금시 사용된 도금액은 sulfuric acid를 기반으로 하는 황산구리욕, 주석 도금시에 사용된 도금액은 MSA(methane sulfonic acid)에 기반을 둔 상용제품을 사용하였으며 자체 제작한 도금시스템을 사용하였다. Cu 필라 두께 산포 평가를 위해 약 1 : 1의 종횡비(폭 48 ㎛)를 갖는 PR 패턴을 제작하여 전해도금을 실시하였고, 240 ℃, 90 sec간 리플로우를 진행하였다. 분석샘플은 총 두께가 55 ㎛가 되게 하기 위해 Cu를 10, 15, 25, 35, 45 ㎛로 도금 하였으며, 각각의 조건에 대해 순차적으로 솔더의 두께를 45, 40, 30, 20, 10 ㎛로 전착하여 5가지의 샘플을 제작하였다. 실험 결과로 두께변화는 리플로우 후 초기 솔더 도금층 두께 10~20 ㎛에서 최대의 높이를 나타내고 다시 감소하여 40 ㎛ 이상에서는 리플로우 전보다 오히려 두께가 감소하는 것을 알 수 있었다. 이를 통해 Cu 필라 상부 단면의 원형 직경에 의해 리플로우 후 솔더 형상의 하부면이 결정되며, 따라서 솔더 범프의 최소직경은 Cu 필라 직경의 1/3 값을 가질 때로 관측되었으며 이 때 리플로우 전후의 두께 변화가 최대가 되는 것을 알 수 있었다. 결국 리플로우 후의 솔더 범프의 높이 산포는 최초의 도금직후인 리플로우 전 도금층의 두께에 의해서 산포가 결정되며, 도금공정의 최적화를 통해 두께 산포의 평탄화가가 필요한 것을 확인하였다.
반도체 제작공정은 미세화 공정을 통해 집적도를 지속적으로 높이고 있었으며, 최근에는 다층구조의 수직적 형태로 적층수의 증가를 통해 고밀도화를 가능하게 하고 있다. 이를 위해 Cu 필라 솔더 범프를 이용한 C2(chip connection)공법의 개발을 통해 chip간 접합을 진행하고 있으며, 최근 반도체 소자에서의 WLP(wafer level package)의 요구에 부응하기 위해 Cu 필라 솔더 범프의 두께 균일도를 통한 평탄화는 wafer간 접합에 있어 중요한 요소가 되고 있다. 또한, 솔더 범프의 높이 산포가 적어야 접합시 발생하는 들뜸 접합 불량을 줄일 수 있기 때문에 프린트 배선 기판과의 갭단차를 보다 엄격하게 관리하는 것이 필수적이다. 본 논문은 Cu 필라 솔더 범프의 평탄화를 truncated sphere 모델을 기초로 하는 부분구 모델을 통해 설명하고 WIW(with-in-wafer)에 대한 전해도금시 발생하는 Cu 필라 범프 도금두께 불균일성을 개선하기 위해 리플로우시 솔더의 부분구 형성 메커니즘을 연구하였다. 구리 도금시 사용된 도금액은 sulfuric acid를 기반으로 하는 황산구리욕, 주석 도금시에 사용된 도금액은 MSA(methane sulfonic acid)에 기반을 둔 상용제품을 사용하였으며 자체 제작한 도금시스템을 사용하였다. Cu 필라 두께 산포 평가를 위해 약 1 : 1의 종횡비(폭 48 ㎛)를 갖는 PR 패턴을 제작하여 전해도금을 실시하였고, 240 ℃, 90 sec간 리플로우를 진행하였다. 분석샘플은 총 두께가 55 ㎛가 되게 하기 위해 Cu를 10, 15, 25, 35, 45 ㎛로 도금 하였으며, 각각의 조건에 대해 순차적으로 솔더의 두께를 45, 40, 30, 20, 10 ㎛로 전착하여 5가지의 샘플을 제작하였다. 실험 결과로 두께변화는 리플로우 후 초기 솔더 도금층 두께 10~20 ㎛에서 최대의 높이를 나타내고 다시 감소하여 40 ㎛ 이상에서는 리플로우 전보다 오히려 두께가 감소하는 것을 알 수 있었다. 이를 통해 Cu 필라 상부 단면의 원형 직경에 의해 리플로우 후 솔더 형상의 하부면이 결정되며, 따라서 솔더 범프의 최소직경은 Cu 필라 직경의 1/3 값을 가질 때로 관측되었으며 이 때 리플로우 전후의 두께 변화가 최대가 되는 것을 알 수 있었다. 결국 리플로우 후의 솔더 범프의 높이 산포는 최초의 도금직후인 리플로우 전 도금층의 두께에 의해서 산포가 결정되며, 도금공정의 최적화를 통해 두께 산포의 평탄화가가 필요한 것을 확인하였다.
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