1. Electroplating 방식 Bumping Process 특징
2. Electroplating 방식 Bumping Process Flow
3. 다른 형태의 Bump (Pillar + Bump)
1. Electroplating 방식 Bumping Process 특징
-. 반도체 후공정 중 Bumping 공정이란, Chip을 Bonding 하기 전에
Chip과 Chip의 회로를 전기적으로 연결해주는 '접속단자(Bump)'를 형성하는 공정이에요.
전기회로에서 전선과 같은 역할로 보면 돼요.
이전 포스팅에서 Bumping 공정에 대해서 알아보고
Evaporator Deposition 방식으로 Bump를 형성할 때 공정 흐름을 정리해 봤는데요.
이번 포스팅에서는 '전해도금(Electroplating)' 방식으로 Bump를 형성할 때 공정 흐름을 공부하고 정리해봤어요.
Bump 물질을 증착할 때 'Electroplating' 방식을 더 많이 사용하는 것 같아요.
'Evaporator'의 경우 증착 물질을 가열해서 증발시키고 '기체 상태'로 날려서 증착하는 방식인데요.
증착 물질을 기체 상태로 이리저리 날리는 방식이라서 패턴, PR Layer 위 상관 없이 Wafer 전체에 증착이 돼요.
기체 입자가 날아가다가 뚫려있는 PR 패턴 사이로 들어가서 증착이 되면 Bump가 되는 거죠.
'Electroplating'의 경우 Wafer와 증착 물질을 도금액에 담근 상태로 전압을 가해서 물질을 이온 상태로 증착하는 방식인데요.
전기적으로 연결된 영역(도금액이 닿는 영역)만 선택해서 증착 할 수 있어요. 또 비교적 PR 패턴 형태대로 증착하기 유리해요.
Bump의 경우 수 십 마이크로미터 단위 두께로 두껍게 증착을 해야되는데
패턴의 피치가 작아지고(Fine Pitch), Bump Diameter이 작아질 수록
증착 방향을 조절할 수 있는 전해도금 방식이 공정에 더 유리할 수 있어요.
그래도 Bump 사이즈가 너무 작을 때는 패턴에 Air가 갇혀서 잘 안 빠질 수 있는데
도금액 패턴에 잘 채워질 수 있도록 하는게 중요해져요.
패턴에 Air가 갇혀서 도금액이 Wafer 바닥까지 닿지 않으면 전류가 흐르지 못해서
증착이 되지 않아요.
아래부터는 'Electroplating' 방식으로 Bumping 공정을 할 때 공정 흐름을 정리해 봤어요.
2. Electroplating 방식 Bumping Process Flow
2.1) UBM Patterning
-. UBM Patterning은 이전 포스팅 'Evaporator 방식 Bumping Process Flow'에 대해 정리했을 때와 동일하기 때문에 생략했어요~
필요하시면 이전 포스팅을 참고하세요.
2.2) Seed Metal layer Deposition(Plating)
-. 'Seed Metal Layer'는 Wafer 표면에 전극을 연결했을 때
기판 표면 전체가 전기적으로 연결될 수 있도록 증착하는 '금속 물질 층'이에요.
'전해도금' 방식은 '도금 물질(Source)'과 '도금할 Wafer'에 전극을 연결한 상태에서
'전해도금 용액'에 담그고 전압을 가하면 '도금 물질'이 '이온화(산화)' 되고
'Wafer 표면'에서 '증착(환원)'이 되요.
때문에 'Seed Metal Layer'를 Plating해서 Wafer 표면 전체가 전극에 잘 연결되는 것이 중요해요.
보통 'Seed Metal Layer'은 나중에 제거할 것을 고려해서 얇게 증착해요.
Wafer 표면에 단차, 굴곡이 심하면 Seed Metal Layer가 끊어져서 단선이 될 우려가 있어요. 이럴 때 보통 Evaporator 방식보다 'Sputtering' 방식이 유리할 수 있어요.
'Sputtering' 방식을 증착할 때가 Grain size가 더 작고, Film이 치밀하게 증착이 가능해서 단차나 굴곡에서도 끊기지 않고 이어져요.
Seed Metal Layer은 보통 'Titanium(Ti)', 'Chromium(Cr)'과 같은 '부착층(Adhesion Layer)'을 먼저 깔고 그 위에 'Gold(Au)', 'Copper(Cu)', 'Nickel(Ni)'과 같은 '습윤층(Wettable Layer)'을 증착해요.
만약 Seed layer를 제거할 때 회로에 손상이 우려되는 영역이 있으면
Seed를 증착하기 전에 PR 등으로 덮어서 보호를 해요.
2.3) Bump PR Patterning (photo)
-. 노광 공정(Photo)을 통해서 PR(Photo Resist)로 Bump Patterning을 해요.
2.4) Bump Electroplating
-. Wafer 표면과 도금 물질(Source)에 전극을 연결하고
전해도금 용액에 담근 상태에서 전압을 가해 Bump를 증착(도금) 해요.
Wafer 전체의 Bump 물질 도금 속도 차이가 있어서 Bump 높이를 맞추기 어려울 수 있어요. 그래서 입자의 흐름을 조절하기 위해서 Wafer와 Source 사이에 구멍을 뚫어 놓은 판을 두기도 해요.
아니면 PR Layer 보다 두껍게 Over Deposition하고 위로 튀어나온 부분을 Polishing 해서 평평하게 높이를 맞추기도 해요. (CMP)
2.5) PR Strip
-. Bump 도금이 완료되면 PR을 제거해요.
2.6) Seed Metal Layer Etching
-. 'Seed Metal Layer'를 Etching해서 제거하고 패턴을 'Isolation' 해요.
만약 'Seed Metal Layer'가 제대로 제거되지 않고 남아서 옆 패턴과 연결되어 있으면
나중에 디바이스가 동작할 때 신호에 잡음(Noise)가 생기거나 단락(Short)이 될 수 있어요.
2.7) Reflow
-. Reflow 공정을 통해서 Ball Bump 형태로 만들어요.
만약 Seed Metal Layer가 제대로 제거되지 않은 상태에서 Reflow를 진행하면
Seed Layer의 Wettable Layer를 따라서 Bump 물질이 퍼질 수 있어요.
위 방법처럼 UBM Pattern 완료 후에 Seed Metal Layer를 따로 Plating하고 나중에 제거하는 것이 아니라.
UBM Layer를 자체를 Seed Metal Layer처럼 남겨놨다가 Bump 도금까지 완료되고 Isolation하기도 해요.
3. 다른 형태의 Bump (Pillar + Bump)
-. 필요에 따라서 Bump 보다 녹는점이 높고, 단단한 물질을 먼저 증착해서 Pillar를 만들고 그 위에 Bump를 증착하기도 해요.
패턴 간격이 좁을 때(Fine Pitch) 주로 사용해요.
보통 Cu Pillar 위에 Solder Bump(PbSn, SnAg)가 올라가요.
Pillar 물질은 Bump 물질보다 녹는점이 높아서 Reflow 공정 후에
Bump 물질만 Ball 형태로 바뀌어요.
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