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팬 아웃 웨이퍼 레벨 패키징 재배선 적용을 위한 유무기 하이브리드 유전체 연구
Study of Organic-inorganic Hybrid Dielectric for the use of Redistribution Layers in Fan-out Wafer Level Packaging 원문보기

마이크로전자 및 패키징 학회지 = Journal of the Microelectronics and Packaging Society, v.25 no.4, 2018년, pp.53 - 58  

송창민 (서울과학기술대학교 나노IT디자인융합대학원) ,  김사라은경 (서울과학기술대학교 나노IT디자인융합대학원)

초록
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집적회로 소자의 축소가 물리적 한계에 도달 한 이후 3D 패키징, 임베디드 패키징 및 팬 아웃 웨이퍼 레벨 패키징(FOWLP, fan-out wafer level packaging)과 같은 혁신적인 패키징 기술들이 활발히 연구되고 있다. 본 연구에서는 FOWLP의 다층 재배선(redistribution layer)에 사용하기 위한 유무기 하이브리드 유전체 소재의 공정을 평가하였다. 폴리이미드(PI) 또는 폴리파라페닐렌벤조비스옥사졸(PBO)과 같은 현 유기 유전체와 비교하여 폴리실세스키옥산(polysilsesquioxane, PSSQ)라고 불리는 유무기 하이브리드 유전체는 기계적, 열적 및 전기적 안정성을 향상시킬 수 있고, UV 노광을 통하여 경화 공정과 패턴 공정을 동시에 할 수 있는 장점이 있다. 폴리실세스키옥산 용액을 6 인치 Si 웨이퍼에 스핀 코팅한 후 pre-baking과 UV 노광 공정을 이용하여 패턴 및 경화를 진행하였다. 10분의 UV 노광 시간으로 경화와 $2{\mu}m$ 라인 패턴 형성이 동시에 진행됨을 확인하였고, 경화된 폴리실세스키옥산 유전체의 유전상수는 2.0에서 2.4 로 측정되었다. 폴리실세스키옥산 소재를 이용하여 고온 경화 공정없이 UV 노광 공정만으로 경화와 패턴을 할 수 있는 공정 가능성을 보였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Since the scaling-down of IC devices has been reached to their physical limitations, several innovative packaging technologies such as 3D packaging, embedded packaging, and fan-out wafer level packaging (FOWLP) are actively studied. In this study the fabrication of organic-inorganic dielectric mater...

주제어

#FOWLP   #polysilsesquioxane   #Hybrid dielectrics   #Redistribution layer   #UV curing  

표/그림 (9)

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 유무기 하이브리드 유전체인 폴리실세스키옥산은 UV 에 반응하여 경화가 되는 특성을 가지고 있어서 라인 패턴 형성과 경화를 동시에 할 수 있는 장점을 가지고 있다. 본 연구에서는 고온 경화가 필요 없으며 패턴성이 있는 폴리실세스키옥산 소재를 팬 아웃 웨이퍼 레벨 패키 징의 재배선 유전체로 사용하기 위한 공정 가능성을 연구하였다. 폴리실세스키옥산의 완전 경화 시간을 줄이기 위해서는 용액 내 photo-definable additive 양이 증가해야 하지만, 표면에 뭉침 현상없이 균일한 박막 코팅을 위해서는 photo-definable additive 양이 반대로 감소해야 하기 때문에 용액 및 UV 노광 공정의 최적화나 다른 종류의 photo-definable additive 를 이용한 합성 최적화 연구가 수행되어야 한다.
  • 그러나 유기물 기반의 유전체 소재의 경우 일반적으로 유전상수가 무기물 기반의 유전체 소재(예로 SiO2)의 유전상수보다 낮은 특성이 있으나,11) 기계적 물성이 무기물 기반의 유전체보다 좋지 않고, 높은 열팽창 계수의 특성으로 다층 재배선 제조 공정 및 신뢰성에는 적합하지 않다. 본 연구에서는 차세대 다층 재배선 구조의 FOWLP 적용에 부적합한 유기물 유전체 소재의 문제점을 해결하기 위한 방법으로 폴리실세스키옥산(Polysilsesquioxane, PSSQ)이라 불리는 유무기 하이브리드 유전체 소재의 적용을 연구하였다. 유무기 하이브리드 유전체 소재는 그 동안 광학, 세라믹 소재 등 다양한 분야에서 주목을 받고 있으며 활발한 연구가 진행 중이다.
  • 5)n으로 표시되는 폴리실세스키옥산은 Si와 결합하고 있는 관능기에 따라 여러 특성을 가지게 되는데, 대표적으로 유기관능기인 에폭시(epoxy)기에 의해 감광성의 특성을 가지게 되며 UV에 의해 가교 된다. 폴리실세스키옥산은 합성 방법에 따라서 랜덤(Random), 사다리(Ladder), 바구니(Cage)의 3가지 구조로 나눠지며,12,13) 본 연구에서는 감광성의 특성이 있는 바구니형 폴리실세스키옥산 종류에 따른 공정연구를 하였고, 다층 재배선을 가지는 FOWLP 구조에 유무기 하이브리드 유전체 적용 가능성을 살펴보았다.
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참고문헌 (15)

  1. J. H. Lau, "Fan-out wafer-level packaging", pp.145-194, Springer, Singapore (2018). 

  2. J. Azemar, and P. Garrou, "Fan-out packaging: what can explain such a great potential?", Chip Scale Review, 19(3), 5 (2015). 

  3. S. E. Kim, "Heterogeneous Device Packaging Technology for the Internet of Things Applications", J. Microelectron. Packag. Soc., 23(3), 1 (2016). 

  4. Y. Jin, and X. Baraton, "Next Generation eWLB(embedded Wafer Level BGA) Packaging", Proc. 12th IEEE Electronics Packaging Technology Conference (EPTC), 520 (2010). 

  5. M. Brunnbauer, E. Furgut, G. Beer, and T. Meyer, "Embedded Wafer Level Ball Grid Array(eWLB)", Proc. 8th IEEE Electronic Packaging Technology Conference (EPTC), 1 (2006). 

  6. X. Fan, "Wafer Level Packaging(WLP): Fan-in, Fan-out and Three-Dimensional Integration", Proc. 11th IEEE Thermal, Mechanical & Multi-Physics Simulation, and Experiments in Microelectronics and Microsystems (EuroSimE), 1 (2010). 

  7. F. X. Che, D. Ho, M. Z. Ding, and D. Rhee, "Study on Process Induced Wafer Level Warpage of Fan-Out Wafer Level Packaging", Proc. 66th IEEE Electronic Components and Technology Conference (ECTC), 1879 (2016). 

  8. S. J. Martin, J. P. Godschalx, M. E. Mills, E. O. Shaffer II, and P. H. Townsend, "Development of a Low-Dielectric-Constant Polymer for the Fabrication of Integrated Circuit Interconnect", Adv. Mater., 12(23), 1769 (2000). 

    상세보기 crossref

  9. P. S. Ho, J. Leu, and W. W. Lee, "Low Dielectric Constant Materials for IC Applications", Springer Series in Advanced Microelectronics, 9, 4 (2003). 

  10. W. Colksen, R. D. Miller, and G. Dubois, "Low dielectric constant materials", Chem. Rev., 110(1), 56 (2010). 

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  11. D. Shamiryan, T. Abell, F. lacopi, and K. Maex, "Low-k dielectric materials", Materials Today, 7(1), 34 (2004). 

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  12. M. R. Baklanov, and K. Maex, "Porous low dielectric constant materials for microelectronics", Phil. Trans. R. Soc. A, 364, 201 (2006). 

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  13. D. Gnanasekaran, K Madhavan, and B. S. R. Reddy, "Developments of polyhedral oligomeric silsesquioxanes (POSS), POSS nanocomposites and their applications: A review", J. Sci. & Ind. Res., 68, 437 (2009). 

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  14. E. Ayandele, B. Sarkar, and P. Alexandridis, "Polyhedral Oligomeric Silsesquioxane (POSS)-Containing Polmer Nanocomposites", Nanomaterials, 2, 445 (2012). 

    상세보기 crossref

  15. H. E. Lim, "Patternable low k materials based on POSS as passivation layer in flexible display (in Korean)", in M.S. Thesis, Soongsil University, Seoul (2015). 

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