(57)【要約】【課題】はんだバンプが形成された半導体チップ及び製造方法を提供する。【解決手段】はんだバンプが形成された半導体チップは、半導体チップ１００の電極パッド２０１上に形成された一つ以上の下部金属接着層２０３と、下部金属接着層２０３上に形成されて上面に一つ以上の凹凸部を有する接着向上層（ＡＥＬ：Ａｄｈｅｓｉｏｎ  Ｅｎｈａｎｃｅ  Ｌａｙｅｒ）３００と、接着向上層３００上に形成されたはんだバンプ４００とを含む。接着向上層３００がはんだとの接着力を増大させることで、信頼性を高めることができる利点を有し、接着向上層３００を通じてはんだ内のスズが拡散することを防止し得る長所を有する。【選択図】図４
2009524927.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップの電極パッド上に形成された少なくとも一つの下部金属接着層と、前記下部金属接着層上に形成された接着向上層と、前記接着向上層上に形成されたはんだバンプとを含むことを特徴とするはんだバンプが形成された半導体チップ。
【請求項２】
前記接着向上層が、上面に少なくとも一つの凹凸部を有することを特徴とする、請求項１に記載のはんだバンプが形成された半導体チップ。
【請求項３】
半導体チップの電極パッド上に形成された少なくとも一つの下部金属接着層と、前記下部金属接着層上に形成されて、上面に少なくとも一つの凹凸部を有する接着向上層と、前記接着向上層上に形成されたはんだバンプとを含むことを特徴とするはんだバンプが形成された半導体チップ。
【請求項４】
前記接着向上層が、銅（Ｃｕ）、銅合金（Ｃｕ−ａｌｌｏｙ）、ニッケル（Ｎｉ）、ニッケル合金（Ｎｉ−ａｌｌｏｙ）、パラジウム（Ｐｄ）、パラジウム合金（Ｐｄ−ａｌｌｏｙ）中の一つからなることを特徴とする、請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のはんだバンプが形成された半導体チップ。
【請求項５】
前記接着向上層が、スパッタリングまたはメッキ工程を通じて形成されることを特徴とする、請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のはんだバンプが形成された半導体チップ。
【請求項６】
前記少なくとも一つの凹凸部が、マスクを使用してフォトレジストパターンを前記接着向上層の上面に形成した後、前記形成されたパターン以外の部分を湿式エッチングすることで形成されることを特徴とする、請求項２または請求項３に記載のはんだバンプが形成された半導体チップ。
【請求項７】
前記少なくとも一つの下部金属接着層が、チタン（Ｔｉ）、チタン合金（Ｔｉ−ａｌｌｏｙ）、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金（Ａｌ−ａｌｌｏｙ）、ニッケル（Ｎｉ）、ニッケル合金（Ｎｉ−ａｌｌｏｙ）、銅（Ｃｕ）、銅合金（Ｃｕ−ａｌｌｏｙ）、クロム（Ｃｒ）、クロム合金（Ｃｒ−ａｌｌｏｙ）、金（Ａｕ）、金合金（Ａｕ−ａｌｌｏｙ）中の少なくとも一つからなることを特徴とする、請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のはんだバンプが形成された半導体チップ。
【請求項８】
請求項１または請求項３に記載の半導体チップと外部回路基板が電気的に接続された半導体パッケージ。
【請求項９】
半導体チップの電極パッド上に一つ以上の下部金属接着層を形成する工程と、
前記下部金属接着層上に接着向上層を形成する工程と、
前記接着向上層上にはんだバンプを形成する工程と、
を含むことを特徴とする半導体パッケージ用はんだバンプの製造方法。
【請求項１０】
前記接着向上層の上面に一つ以上の凹凸部を形成する工程をさらに含むことを特徴とする、請求項９に記載の半導体パッケージ用はんだバンプの製造方法。
【請求項１１】
半導体チップの電極パッド上に一つ以上の下部金属接着層を形成する工程と、
前記下部金属接着層上に接着向上層を形成する工程と、
前記接着向上層の上面に一つ以上の凹凸部を形成する工程と、
前記凹凸部を有する前記接着向上層上にはんだバンプを形成する工程と、
を含むことを特徴とする半導体パッケージ用はんだバンプの製造方法。
【請求項１２】
前記接着向上層を形成する工程が、スパッタリングまたはメッキを通じて行われることを特徴とする、請求項９または請求項１１に記載の半導体パッケージ用はんだバンプの製造方法。
【請求項１３】
前記一つ以上の凹凸部を形成する工程が、前記接着向上層の上面にマスクを使用してフォトレジストパターンを形成する工程と、前記形成されたパターン以外の部分を湿式エッチングする工程とからなることを特徴とする、請求項９または請求項１１に記載の半導体パッケージ用はんだバンプの製造方法。
【請求項１４】
前記一つ以上の下部金属接着層を形成する工程が、スパッタリングまたはメッキを通じて行われることを特徴とする、請求項９または請求項１１に記載の半導体パッケージ用はんだバンプの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、はんだバンプが形成された半導体チップ、及びはんだバンプの製造方法に関するもので、より詳細には、接着力を強化してはんだバンプを形成した半導体チップ、及びはんだバンプの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ワイヤボンディング（ｗｉｒｅ  ｂｏｎｄｉｎｇ）方式によって製作された半導体パッケージは、プリント回路基板の電極端子と半導体チップのパッドとが導電性ワイヤによって電気的に接続（接合）されるので、半導体パッケージのサイズが半導体チップに比べて大きく、またワイヤボンディング工程に長い時間を要することによって小型化、大量生産に限界を有している。
【０００３】
特に、前記半導体チップが、高集積化、高性能化及び高速化されるにつれて、半導体パッケージを小型化及び大量生産するための多様な努力が試みられていて、このような試みによって、最近は半導体チップのパッド上に形成されたはんだ材質や金属材質のバンプを通じて、直接的に半導体チップのパッドとプリント回路基板の電極端子とを電気的に接続させる半導体パッケージが提案された。
【０００４】
以下では、このようなはんだバンプを通じて製造された従来の半導体パッケージについて、図面を参照して説明することにする。
【０００５】
図１は、はんだバンプが形成された従来の半導体チップを示した断面図であり、図２は、図１に示されたはんだバンプを使用して電気的に接続した半導体パッケージを示した例示図で、図３は図２に示された半導体パッケージで発生し得る不良を示した例示図である。
【０００６】
図１を参照すると、はんだ材質を通じて半導体パッケージングを完了する以前、すなわち、はんだバンプ４０まで形成されている従来の半導体チップ１０が示されていることが分かる。
【０００７】
具体的に説明すると、前記半導体チップ１０上には電極パッド２１が形成されていて、前記半導体チップ１０上には保護膜２２が前記電極パッド２１の上面が露出するように形成されている。そして、前記保護膜２２によって上面が露出した前記電極パッド２１の上部には、一つ以上の金属接着層２３が形成されている。そして、前記金属接着層２３上には、はんだバンプ内のスズ（Ｓｎ）が拡散することを防止するための拡散防止層２４が形成されている。そして、前記拡散防止層２４上には、最終的にはんだ物質がＰＲパターンを通じて形成されて、リフロー（ｒｅｆｌｏｗ）を通じてはんだバンプ４０を形成している。
【０００８】
図２を参照して分かるように、このように形成された半導体チップ１０は、前記電極パッド２１と前記はんだバンプ４０を通じて外部回路基板と電気的に接続されるようになり、このような過程を半導体パッケージングと言う。
【０００９】
しかし、このような半導体パッケージは、図３を参照して分かるように、一般的に前記半導体チップ１０をなすシリコン、またはＧａＡｓなどの物質の熱膨脹係数と前記外部回路基板の熱膨脹係数との差が大きいので、温度変化が激しい場合には前記はんだバンプ４０接合の上下間に剪断応力が発生して、結局前記はんだバンプ４０の接合界面、または前記はんだバンプ４０内で割れたり、亀裂が発生したりする不良が起こり得る問題点を有している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、本発明の目的は、金属接着層とはんだバンプとの間に接着向上層（ＡＥＬ：Ａｄｈｅｒｓｉｏｎ  Ｅｎｈａｎｃｅ  Ｌａｙｅｒ）を形成することで、はんだと金属接着層との間の接合面積を増加させて最終的に接着力を増大させることにある。
【００１１】
また、本発明の目的は、前記接着向上層を前記はんだ内のスズの拡散を防止できる物質で形成することで、信頼性を高めることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記のような目的を達成するため、本発明は半導体チップの電極パッド上に形成された一つ以上の下部金属接着層と、前記下部金属接着層上に形成された接着向上層（ＡＥＬ：Ａｄｈｅｓｉｏｎ  Ｅｎｈａｎｃｅ  Ｌａｙｅｒ）と、前記接着向上層上に形成されたはんだバンプとを含むことを特徴とする、はんだバンプが形成された半導体チップを提供する。
【００１３】
これは、前記接着向上層を通じて前記はんだバンプをさらに強固に接着させることによって、半導体パッケージの信頼性を高めるためである。
【００１４】
また、本発明は、前記のような目的を達成するため、半導体チップの電極パッド上に形成された一つ以上の下部金属層と、前記下部金属接着層上に形成されて上面に一つ以上の凹凸部を有する接着向上層（ＡＥＬ：Ａｄｈｅｓｉｏｎ  Ｅｎｈａｎｃｅ  Ｌａｙｅｒ）と、前記接着向上層上に形成されたはんだバンプを含むことを特徴とする、はんだバンプが形成された半導体チップを提供する。
【００１５】
これは、前記凹凸部が形成された接着向上層を通じて接着面積を増加させて、前記はんだバンプをより強固に接着させることで、半導体パッケージの信頼性を高めるためである。
【００１６】
ここで、前記接着向上層は、銅（Ｃｕ）、銅合金（Ｃｕ−ａｌｌｏｙ）、ニッケル（Ｎｉ）、ニッケル合金（Ｎｉ−ａｌｌｏｙ）、パラジウム（Ｐｄ）、パラジウム合金（Ｐｄ−ａｌｌｏｙ）中のいずれか一つからなることが好ましい。そして、前記接着向上層は、スパッタリングまたはメッキ工程を通じて形成することが好ましい。
【００１７】
そして、前記一つ以上の凹凸部は、マスクを使用してフォトレジストパターンを前記接着向上層の上面に形成した後、前記形成されたパターン以外の部分を湿式エッチングすることで形成することが好ましい。
【００１８】
そして、前記一つ以上の下部金属接着層は、チタン（Ｔｉ）、チタン合金（Ｔｉ−ａｌｌｏｙ）、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金（Ａｌ−ａｌｌｏｙ）、ニッケル（Ｎｉ）、ニッケル合金（Ｎｉ−ａｌｌｏｙ）、銅（Ｃｕ）、銅合金（Ｃｕ−ａｌｌｏｙ）、クロム（Ｃｒ）、クロム合金（Ｃｒ−ａｌｌｏｙ）、金（Ａｕ）、金合金（Ａｕ−ａｌｌｏｙ）中の一つ以上からなることが好ましい。
【００１９】
一方、本発明は前記のような目的を達成するため、半導体チップの電極パッド上に一つ以上の下部金属接着層を形成する過程（工程）と、前記形成された下部金属接着層上に接着向上層を形成する過程（工程）と、そして前記形成された接着向上層上にはんだバンプを形成する過程（工程）とを含むことを特徴とする、半導体パッケージ用はんだバンプの製造方法を提供する。
【００２０】
ここで、前記接着向上層形成過程を遂行した後、前記接着向上層の上面に前述のように一つ以上の凹凸部を形成する過程をさらに遂行することも好ましい。
【００２１】
一方、本発明は、前記のような目的を達成するため、半導体チップの電極パッド上に一つ以上の下部金属接着層を形成する過程（工程）と、前記形成された下部金属接着層上に接着向上層を形成する過程（工程）と、前記形成された接着向上層の上面に一つ以上の凹凸部を形成する過程（工程）と、前記凹凸部を有する前記接着向上層上にはんだバンプを形成する過程（工程）とを含むことを特徴とする半導体パッケージ用はんだバンプの製造方法を提供する。
【００２２】
ここで、前記一つ以上の下部金属接着層を形成する過程は、スパッタリングまたはメッキ工程を通じて行うことが好ましい。
【００２３】
そして、前記接着向上層を形成する過程は、スパッタリングまたはメッキ工程を通じて行うことが好ましい。
【００２４】
そして、前記一つ以上の凹凸部を形成する過程は、前記接着向上層の上面にマスクを使用してフォトレジストパターンを形成する過程と、前記形成されたパターン以外の部分を湿式エッチングする過程とからなることが好ましい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明は、接着向上層（ＡＥＬ）を形成することで、はんだとの接合面積を増加させるとともに、前記接着向上層を通じてはんだ内のスズの拡散を防止して、従来技術の問題点を克服し、はんだバンプの信頼性を高める長所を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明による実施形態を添付図面を参照して説明する。
【００２７】
図４は、はんだバンプが本発明による接着向上層上に形成されている半導体チップを示す断面図である。
【００２８】
図４を参照すると分かるように、本発明ははんだバンプ４００を接着力を強化するための接着向上層３００上に形成することを特徴とする。
【００２９】
具体的には、本発明による半導体チップ１００は、上部に一つ以上の電極パッド２０１が形成されている。また、半導体チップ１００の上部には保護膜２０２が前記電極パッド２０１の上面が露出するように形成されている。そして、前記保護膜２０２によって上面が露出した前記電極パッド２０１の上部には、一つ以上の金属接着層２０３が形成されている。そして、前記金属接着層２０３の上部には接着向上層３００が形成されていて、そして前記接着向上層３００の上部に前記はんだバンプ４００が形成されている。
【００３０】
ここで、前記電極パッド２０１は、金属から構成することができ、これを通じて前記半導体チップ１００を外部回路基板と電気的に接続（接合）する。そして、前記保護膜２０２は、窒化膜または酸化膜などから構成することができ、前記電極パッド２０１を保護する。
【００３１】
そして、前記一つ以上の金属接着層２０３は、チタン（Ｔｉ）、チタン合金（Ｔｉ−ａｌｌｏｙ）、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金（Ａｌ−ａｌｌｏｙ）、ニッケル（Ｎｉ）、ニッケル合金（Ｎｉ−ａｌｌｏｙ）、銅（Ｃｕ）、銅合金（Ｃｕ−ａｌｌｏｙ）、クロム（Ｃｒ）、クロム合金（Ｃｒ−ａｌｌｏｙ）、金（Ａｕ）、金合金（Ａｕ−ａｌｌｏｙ）中の少なくとも一つから構成することができる。
【００３２】
前記接着向上層３００は、銅（Ｃｕ）、銅合金（Ｃｕ−ａｌｌｏｙ）、ニッケル（Ｎｉ）、ニッケル合金（Ｎｉ−ａｌｌｏｙ）、パラジウム（Ｐｄ）、パラジウム合金（Ｐｄ−ａｌｌｏｙ）中のいずれか一つから構成することができる。そしてこのような接着向上層３００は、接着効果を最大化して、Ｓｎ拡散防止膜としての機能を遂行し得る厚さとして、１μｍ〜１０μｍが適当である。そして、前記接着向上層３００は、前記一つ以上の金属接着層２０３と前記はんだバンプ４００との間の接着力を強化するために、図示のように広い接触面積を有するように形成される。そのために、前記接着向上層３００は、一つ以上の凹凸部を有することが好ましい。ここで、前記凹凸部は、一つ以上の穴（ｈｏｌｅ）または凹所で形成することができる。しかし、前記凹凸部は、このような形状にのみ限定されるものではなく、接触面積を広げることができるすべての可能な形態を有し得る。このような凹凸部によって、前記接着向上層３００は、少なくとも５％以上広い接触面積を有するようになる。
【００３３】
一方、このような接着向上層３００は、前記はんだバンプ４００のスズ（Ｓｎ）が拡散することを防止するための物質をさらに含むことができる。ここで、前記スズ拡散防止物質は、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、そして、これらの合金が好ましい。これによると、本発明は別途のスズ拡散防止層を形成する必要がなくなり、製造工程を簡素化することができる長所を有するようになる。
【００３４】
前記はんだバンプ４００は、鉛フリーはんだ（Ｌｅａｄ−ｆｒｅｅ  ｓｏｌｄｅｒ）又は鉛はんだ（Ｌｅａｄ  ｓｏｌｄｅｒ）のいずれか一方で構成することができる。ここで、前記鉛フリーはんだは、Ｓｎ／Ａｇ、Ｓｎ／Ｃｕ、Ｓｎ／Ｚｎ、Ｓｎ／Ｚｎ／Ｂｉ、Ｓｎ／Ａｇ／Ｃｕ、Ｓｎ／Ａｇ／Ｂｉ中の少なくとも一つで構成することが好ましく、前記鉛はんだは、高鉛はんだ（Ｈｉｇｈ  ｌｅａｄ  ｓｏｌｄｅｒ）、共晶はんだ（ｅｕｔｅｃｔｉｃ  ｌｅａｄ  ｓｏｌｄｅｒ）のいずれか一方で構成することができる。
【００３５】
一方、図５は、図４に示されたようにはんだバンプを接着向上層上に形成するための製造過程を示したフローチャートであり、図６〜図１３は、図４に示されたようにはんだバンプを接着向上層上に形成するための製造過程を示した例示図である。
【００３６】
以下、図５及び、図６〜図１３について説明する。
【００３７】
まず、図６に示されたように、半導体チップ１００上に電極パッド２０１を形成し、そして、前記半導体チップ１００の上部に前記電極パッド２０１の上面が露出するように保護膜２０２を形成する（Ｓ１０１工程）。ここで、前記一つ以上の金属接着層２０３は、前述のようにスパッタリングまたはメッキ工程を通じて形成することができる（Ｓ１０２工程）。そして、ここで、前記一つ以上の金属接着層２０３は、前述のようにチタン（Ｔｉ）、チタン合金（Ｔｉ−ａｌｌｏｙ）、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金（Ａｌ−ａｌｌｏｙ）、銅（Ｃｕ）、銅合金（Ｃｕ−ａｌｌｏｙ）などの中の少なくとも一つから構成することができる。
【００３８】
続いて、図７に示されたように、前記金属接着層２０３上に接着向上層３００を形成するため、マスクを使用してフォトレジストパターン３０１を形成する（Ｓ１０３工程）。
【００３９】
続いて、図８に示されたように、前記形成されたフォトレジストパターン３０１を使用して、接着向上層３００を形成する（Ｓ１０４工程）。そして、前記接着向上層３００が形成されると、前記フォトレジストパターン３０１を除去する。ここで、前記接着向上層３００は、スパッタリングまたはメッキ工程を通じて形成することができる。そしてここで、前記接着向上層３００は、前述のようにチタン（Ｔｉ）、チタン合金（Ｔｉ−ａｌｌｏｙ）、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金（Ａｌ−ａｌｌｏｙ）、銅（Ｃｕ）、銅合金（Ｃｕ−ａｌｌｏｙ）などの中の一つ以上からなることができる。
【００４０】
続いて、図９に示されたように、前記金属接着層２０３の上部と、前記接着向上層３００の側面、そして前記接着向上層３００の上面に、マスクを使用してフォトレジストパターン３０２を形成する（Ｓ１０５工程）。ここで、前記フォトレジストパターン３０２の高さは、後述のように湿式エッチング時、湿式エッチング溶液が充分に前記接着向上層３００に付くことができるように、３０μｍ以下が適当である。
【００４１】
続いて、図１０に示されたように、前記接着向上層３００を湿式エッチング（Ｓ１０６工程）した後、前記フォトレジストパターン３０２を除去する。そうすると、図示のように、一つ以上の凹凸部が形成される。このように形成された前記凹凸部分すなわち、凹形にへこんだ部分は、平面の時より最小で５％以上の面積増加率を達成することができる。一方、湿式エッチングで形成された前記凹凸部は、接着の役割とともに、前述のようにその物質の選択によって拡散防止層の役割も遂行し得る。
【００４２】
そして続いて、図１１に示されたように、マスクを使用してフォトレジストパターン３０３を形成した後（Ｓ１０７工程）、前記フォトレジストパターン３０３を使用してはんだバンプ４００を形成する（Ｓ１０８工程）。ここで、前記はんだバンプ４００は、電気メッキ（ｅｌｅｃｔｒｏ  ｐｌａｔｉｎｇ）工程、無電解メッキ（ｅｌｅｃｔｒｏｌｅｓｓ  ｐｌａｔｉｎｇ）工程、熱蒸着（ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）工程、ボールアタッチ（ｂａｌｌ  ａｔｔａｃｈ）工程、スクリーンプリンティング（ｓｃｒｅｅｎ  ｐｒｉｎｔｉｎｇ）工程、はんだジェット（ｓｏｌｄｅｒ  ｊｅｔ）工程等を通じて形成することができる。そして、前記はんだバンプ４００は、前述のように鉛フリーはんだ及び鉛はんだのいずれか一方からなることができる。
【００４３】
そして、図１２に示されたように、前記フォトレジストパターン３０３を除去する。そして、図１３に示されたように、前記金属接着層２０３をエッチングする。ここで、前記金属接着層２０３のエッチングは、化学薬品による湿式エッチング、または物理的方法による乾式エッチングを通じてなすことができる。最終的に、前記はんだバンプ４００をリフローを通じてボール形態に形成することで完成する。
【００４４】
以上では、本発明の好ましい実施形態を例示的に説明したが、本発明の範囲はこのような特定の実施形態にのみ限定されるものではないので、本発明は本発明の思想及び特許請求の範囲に記載された範疇内で多様な形態で修正、変更、または改善し得る。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】はんだバンプが形成された従来の半導体チップを示した断面図である。
【図２】図１に示されたはんだバンプを使用して電気的に接続した半導体パッケージを示した例示図である。
【図３】図２に示された半導体パッケージで発生し得る不良を示した例示図である。
【図４】本発明によって接着向上層上にはんだバンプが形成されている半導体チップを示した断面図である。
【図５】図４に示されたようにはんだバンプを接着向上層上に形成するための製造過程を示したフローチャートである。
【図６】図４に示されたようにはんだバンプを接着向上層上に形成するための製造過程を示した例示図（その１）である。
【図７】図４に示されたようにはんだバンプを接着向上層上に形成するための製造過程を示した例示図（その２）である。
【図８】図４に示されたようにはんだバンプを接着向上層上に形成するための製造過程を示した例示図（その３）である。
【図９】図４に示されたようにはんだバンプを接着向上層上に形成するための製造過程を示した例示図（その４）である。
【図１０】図４に示されたようにはんだバンプを接着向上層上に形成するための製造過程を示した例示図（その５）である。
【図１１】図４に示されたようにはんだバンプを接着向上層上に形成するための製造過程を示した例示図（その６）である。
【図１２】図４に示されたようにはんだバンプを接着向上層上に形成するための製造過程を示した例示図（その７）である。
【図１３】図４に示されたようにはんだバンプを接着向上層上に形成するための製造過程を示した例示図（その８）である。
【符号の説明】
【００４６】
１００：半導体チップ
２０１：電極パッド
２０２：保護膜
２０３：金属接着層
３００：接着向上層
４００：はんだバンプ
【図１】
2009524927.tif 000003
【図２】
2009524927.tif 000004
【図３】
2009524927.tif 000005
【図４】
2009524927.tif 000006
【図５】
2009524927.tif 000007
【図６】
2009524927.tif 000008
【図７】
2009524927.tif 000009
【図８】
2009524927.tif 000010
【図９】
2009524927.tif 000011
【図１０】
2009524927.tif 000012
【図１１】
2009524927.tif 000013
【図１２】
2009524927.tif 000014
【図１３】
2009524927.tif 000015
【国際調査報告】
2009524927.tif 000016
2009524927.tif 000017