*목차*
1. Bump(범프, 접속단자) 란???
2. Bumping(범핑 공정) 이란???
3. UBM(Under Bump Metallurgy) 이란???
4. Bump Deposition(증착)
1. Bump(범프, 접속단자) 란???
반도채 후공정, 패키징 공정에서 'Bump'란, 번역하면 '접속단자'로
서로 다른 반도체 Chip의 회로를 '전기적으로 연결 시켜주는 통로' 역할을 해요.
전기 회로로 치면 '점프선', '전선'의 역할을 하는 것이에요.
전기 신호가 잘 통해야 되기 때문에 당연히 전기가 통할 수 있는
금속(Metal) 물질로 형성해요.
기판 위에 Bump를 형성하면
'Flip Chip Bonding(플립칩 본딩)' 공정을 통해서 Chip을 접합해요.
Chip to Chip(C2C) 또는 Chip to Wafer(C2W) 방식으로 2개 시편 사이에 Bump를 두고
접합(Bonding)을 해요.
'Bumping(범핑 공정)'은
전선 역할을 하는 Bump를 기판 위에 형성하는 공정으로
Flip Chip Bonding 공정 전에 진행이 돼요.
2. Bumping(범핑 공정) 이란???
Bumping이란 Wafer 위에
전기가 통하는 금속 물질 [Au, Solder, Cu, In...] 같은 소재로
5~20㎛ 크기의 외부 접속단자, Bump를 형성하는 공정이에요.
보통 Wafer 위에 회로가 그려져 있고
회로에서 외부 다른 Chip과 연결해야 하는 지점에 Bump를 올려요.
Wafer 위에 PR(Photo Resist)로 Bump pattering을 하고
금속 물질을 증착(Deposition)해서 Bump를 만들어요.
Bumping 공정이 완료되면 아래 그림과 같은 느낌으로 Bump 형상이 만들어져요.
보통은 Reflow(리플로우) 공정을 통해서 Bump 형상을 동그란 Ball 형태로 재형성을 해요.
또는 Ball Bump로 만들지 않고 PR Pattern 모양 그대로 사용하기도 해요.
아니면 Bump 물질을 증착하기 전에 비교적 단단한 물질로 Pillar(기둥)을 만들고 그 위에 Bump를 올리기도 해요.
일반적으로는 Ball Bump의 형태를 사용하는데
만약 Pattern 간격, Pitch가 많이 작아지면 Ball Bump는 공정에 불리해 질 수 있어요.
Pitch가 작아지면 옆 Bump와 붙어서 Short가 되요....
Bump 끼리 닿지 않도록 가로 지름을 작게 만들면
Ball Bump는 동그랗기 때문에 높이와 가로 지름이 같아져요.
그런데 Bump 가로 지름을 너무 작게 만들면
높이도 너무 낮아져서 문제에요.
그래서 미세 Pitch Pattern에서는 Stud bump나 Pillar Bump가 유리할 수 있어요.
3. UBM(Under Bump Metallurgy) 이란???
UBM은 Under Bump Metallurgy 또는 Under Bump Metallization의 줄임말이에요.
UBM은 말 그대로 Bump를 Wafer 위에 형성하기 전에
Bump 아래 깔리는 '다층금속층'이에요.
Al Pad(Aluminium Pad) 위에 Bump를 형성 할 수 있지만
Aluminium(알루미늄)은 공기 중에 노출이 되면 쉽게 '산화막' 즉 '절연막'이 생성되서
금속 물질 간의 접합을 방해해요.
특히, Solder나 Au Bump가 형성이 잘 되지 않는 어려움이 있어요.
UBM 층은 Bump 형성에 유리하게 하고
추가로 Metal의 확산을 방지하는 역할을 해요.
보통 UBM은 접합이 강하면서 전기적으로 저항도 낮아야 유리해요.
Bump를 쌓기 전에 기초 작업을 하는 느낌이네요.
UBM은 Evaporation 또는 Sputtering 방식으로 증착 할 수 있어요.
Sputtering 방식을 주로 사용하는 것 같아요.
UBM은 보통 3가지 종류의 층으로 구성되어 있어요.
-. 접합, 습윤층(Wetting, Junction layer)
-. 확산 방지층 (Diffusion Barrier layer)
-. 접착층 (Adhesion layer)
용어가 확실한지 모르겠네요 ㅋㅋ
Wafer 위에 Adhesion -> Barrier -> Wetting 순으로 증착해요.
1) 접합, 습윤층(Wetting, Junction layer)
Bump가 바로 맞닿는 층으로
Bump 물질과 가장 접합이 좋은 물질을 최상단 Layer로 사용해요.
Bump 물질에 따라서 UBM의 접합층 물질도 달라질 수 있어요.
Gold Bump를 사용할 경우 같은 물질인 Gold(Au)를 주로 사용하고
Cu Bump도 같은 Copper(Cu)를 주로 사용해요.
Solder Bump를 사용할 경우 Copper(Cu)나 Nickel(Ni)를 사용하는 것 같네요
Indium Bump는 주로 Gold를 사용해요.
2) 확산방지층(Barrier layer)
Bump 금속물질의 확산을 막고 UBM 층 아래로 Device를 보호하는 역할을 해요.
서로 다른 금속 층이 맞닿아 있을 때, 두 금속이 섞여서 합금(Alloy)이 되고 점점 확산하게 돼요.
Chip에 열이 가해져서 온도가 높아지면 더 심해져요.
특히, UBM 최상단의 접합층은 습윤성(Wettable)이 좋기 때문에 확산이 특히 빨라요.
만약 금속 물질이 UBM 층을 뚫고 Chip 안쪽 회로까지 침범하면 회로가 손상될 수 있어요.
Barrier layer는 이러한 금속 물질의 확산을 막고 회로를 보호하는 층이에요.
주로 Nickel(Ni), Platinum(Pt), Tungsten(W)을 사용할 수 있어요.
3) 접착층(Adhesion layer)
접착층은 부착성이 좋아서 Wafer 위에 제일 먼저 깔리고
UBM 층이 Wafer 위에 잘 붙어 있도록 해주는 역할을 해요.
Wafer는 비금속인 규소(Silicon, Si)이고, 보통 위에 폴리머(Polymer, PR, PI, PID...) 층이나
절연층(Passivation layer, SiO2, SiN...)이 깔려있는데
Adhesion layer는 비금속 층 위에 UBM이 잘 붙을 수 있도록 해요.
주로 Titanium(Ti), Chromium(Cr)을 사용해요.
4. Bump Deposition(증착)
Wafer 위에 Bump를 형성하기 위한 증착(Deposition) 방법으로
한 가지는 'Evaporator' 방식을 사용해요.
'Evaporation' 방식은 증착하고자 하는 물질의 온도를 높여서
기체화(증발) 시키고 Wafer에 증기(Vapor) 상태로 증착하는 '물리적 증착법'이에요.
다른 방법으로는 '전해도금' 방식을 사용해요.
이 방법은 Bump PR Pattering을 하기 전에 Wafer 표면 전체에 전류가 흐를 수 있도록
'Seed Metal Layer'를 쭉 깔아줘요.
'전해도금' 방식은 '전기적 증착법'으로 Wafer 표면에 전압을 걸어줘야 도금이 돼요.
Evaporation은 특정 방향성 없이 증착하는 방식인데
전해도금 방식은 원하는 영역에만 증착이 가능하고 비교적 깔끔하게 증착이 돼요.
PR Pattern이 있으면 도금액이 닿는 Open Area만 증착이 되고
도금액이 닿지 않는 PR Coating Layer 위에는 도금이 되지 않아요.
한 가지 단점은 도금이 끝나면 Wafer 표면 전체에 깔아놓은
Seed Metal Layer를 제거(Etching)해야 하는 번거로움이 있어요.
만약 Seed Metal Layer을 제거하지 않으면 회로 전체가 Short가 되어버리겠죠...
Bump Pattern 간격이 좁아질 수록(Fine Pitch)
Seed Metal Layer 제거가 까다로울 수 있어요...
**공부하면서 정리해 봤는데 오류가 있다면 댓글로 수정 부탁드려요~~
댓글 없음:
댓글 쓰기