(51) Int. Cl. (19) 대한민국특허청 (KR) (12) 등록특허공보 (B1) H01L 21/60 (2006.01) (21) 출원번호 10-2010-0028172 (22) 출원일자 2010 년 03 월 29 일 심사청구일자 2010 년 03 월 29 일 (65) 공개번호 10-2011-0108779 (43) 공개일자 2011 년 10 월 06 일 (56) 선행기술조사문헌 KR1020100020718 A* JP2008244187 A* * 는심사관에의하여인용된문헌 (45) 공고일자 2012년01월31일 (11) 등록번호 10-1109053 (24) 등록일자 2012년01월17일 (73) 특허권자 한국생산기술연구원 충청남도천안시서북구입장면홍천리 35-3 (72) 발명자 유세훈 인천광역시연수구신송로 6 번길 7, 101 동 501 호 ( 송도동, 송도성지리벨루스 ) 이창우 경기도안양시동안구갈산동 1115 샘마을임광아파트 307-1201 (74) 대리인 고영갑 전체청구항수 : 총 8 항심사관 : 김준학 (54) 관통비아홀이형성된웨이퍼및이에대한적층방법 (57) 요약 본발명의관통비아홀이형성된웨이퍼의적층방법은복수개의관통비아홀이형성된웨이퍼의하나이상의관통비아홀을포함하는전도영역에전도층을형성하는전도층형성단계, 상기전도층을포함한웨이퍼전체영역에절연층을증착하는절연층증착단계, 상기전도층의상부에감광제를도포하고, 상기관통비아홀이형성된위치에관통비아홀의단면적보다작은단면적의패턴이형성된마스크를이용하여노광및현상하여공극을형성하는제 1 공극형성단계, 상기공극하부의절연층을에칭하고, 감광제를제거하는절연층에칭단계, 상기웨이퍼의상면에시드메탈을증착하는시드메탈증착단계, 상기시드메탈의상부에감광제를도포하고, 상기마스크를이용하여노광및현상하여공극을형성하는제 2 공극형성단계, 상기시드메탈에구리를전해도금하여구리범프를형성하는구리범프형성단계및상기감광제를제거하고, 시드메탈을에칭하는시드메탈에칭단계를포함한다. 대표도 - 도 6-1 -
특허청구의범위청구항 1 복수개의관통비아홀이형성된웨이퍼의하나이상의관통비아홀을포함하는전도영역에전도층을형성하는전도층형성단계 ; 상기전도층을포함한웨이퍼전체영역에절연층을증착하는절연층증착단계 ; 상기전도층의상부에감광제를도포하고, 상기관통비아홀이형성된위치에관통비아홀의단면적보다작은단면적의패턴이형성된마스크를이용하여상기감광제를노광및현상하여상기감광제에공극을형성하는제 1공극형성단계 ; 상기공극하부의절연층을에칭하고, 감광제를제거하는절연층에칭단계 ; 상기웨이퍼의상면에시드메탈을증착하는시드메탈증착단계 ; 상기시드메탈의상부에감광제를도포하고, 상기마스크를이용하여감광제를노광및현상하여감광제에공극을형성하는제2공극형성단계 ; 상기시드메탈에구리를전해도금하여구리범프를형성하는구리범프형성단계 ; 및상기감광제를제거하고, 시드메탈을에칭하는시드메탈에칭단계 ; 를포함하는관통비아홀이형성된웨이퍼적층방법. 청구항 2 제1항에있어서, 상기전도층형성단계는, 웨이퍼에접착층을형성하는과정, 상기접착층의상부에전도층을형성하는과정, 감광제를도포, 노광및현상하여전도영역의상부에감광제층을형성하는과정, 상기전도영역이외영역의접착층및전도층을에칭하는과정및상기전도영역상부에감광제층을제거하는과정을포함하는관통비아홀이형성된웨이퍼적층방법. 청구항 3 제2항에있어서, 상기전도층과상기감광제층사이에는산화방지층을증착하는웨이퍼적층방법. 청구항 4 제1항에있어서, 상기구리범프를다른웨이퍼의관통비아홀의내부에삽입하여복수개의웨이퍼를전기적으로연결하는관통비아홀이형성된웨이퍼적층방법. 청구항 5 복수개의관통비아홀이형성된웨이퍼 ; 하나이상의관통비아홀을포함하는전도영역에형성되는전도층 ; 상기전도층에서관통비아홀이형성된위치에, 상기관통비아홀의단면적보다작은단면적으로형성된구리범프 ; 및상기구리범프가형성된부분을제외한부분에증착된절연층을포함하고, 상기웨이퍼는복수개가구비되며, 어느하나의웨이퍼의형성된구리범프의일부가다른하나의웨이퍼의관통비아홀의내부로삽입되어위치하 - 2 -
는관통비아홀이형성된웨이퍼. 청구항 6 청구항5에있어서, 상기웨이퍼와전도층사이에는접착층이형성된관통비아홀이형성된웨이퍼. 청구항 7 청구항5에있어서, 상기전도층의상면에는산화방지층이형성된관통비아홀이형성된웨이퍼. 청구항 8 청구항5에있어서, 상기웨이퍼는복수개가구비되고, 어느하나의웨이퍼의형성된구리범프의일부가다른하나의웨이퍼의관통비아홀의내부로삽입되어위치하는관통비아홀이형성된웨이퍼. 명세서 [0001] 기술분야본발명은관통비아홀이형성된웨이퍼및이에대한적층방법에관한것으로서, 보다상세하게는웨이퍼의전도층에관통비아홀의단면적보다적은단면적의구리범프를형성하여관통비아홀간의연결할수있는관통비아홀이형성된웨이퍼및이에대한적층방법에관한것이다. [0002] [0003] [0004] [0005] 배경기술최근전자기기들의소형화에따라, 전자기기에사용되는반도체패키지의초소형화가요구된다. 따라서반도체칩들을 3차원적으로적층하는 3D 팩키지 (Package) 기술이일반적으로사용된다. 그리고적층된반도체칩들은와이어본딩방식에의해서전기적으로연결될수있으나, 최근에는적층된반도체칩의두께를얇게하기위해서반도체칩을상, 하방향으로관통하는관통비아홀 (Through via hole) 을형성하고, 관통비아홀의내부에적층된반도체칩간의전기적인연결을위한필링금속을충진하고, 각반도체칩들의관통비아홀에충진된필링금속간의전기적으로연결하는것이일반적이다. 그러나종래의경우, 복수개의관통비아홀간의전기적으로연결하기위하여연결하고자하는각관통비아홀에전도층을형성하고, 각전도층간을열압착하거나, 별도의솔더를이용하여각전도층을전기적으로연결하였다. 그러나종래의관통비아홀연결방법의경우각웨이퍼에전도층을형성하여공정의시간이길어진다는단점이있었다. 그리고솔더등을이용하여전도층간을연결하는경우전체적층된웨이퍼의두께가두꺼워진다는단점이있었다. 발명의내용 [0006] [0007] 해결하려는과제본발명은상기한종래의문제점을해결하기위한것으로서, 종래의관통비아홀이형성된웨이퍼간의적층방법에비하여, 공정시간을단축하면서적층된웨이퍼의두께를얇게할수있는관통비아홀이형성된웨이퍼및이에대한적층방법을제공함에있다. 본발명은이상에서언급한과제들로제한되지않으며, 언급되지않은또다른과제들도아래의기재로부터당업자에게명확하게이해될수있을것이다. - 3 -
[0008] [0009] [0010] [0011] [0012] [0013] 과제의해결수단본발명의관통비아홀이형성된웨이퍼의적층방법은복수개의관통비아홀이형성된웨이퍼의하나이상의관통비아홀을포함하는전도영역에전도층을형성하는전도층형성단계, 상기전도층을포함한웨이퍼전체영역에절연층을증착하는절연층증착단계, 상기전도층의상부에감광제를도포하고, 상기관통비아홀이형성된위치에관통비아홀의단면적보다작은단면적의패턴이형성된마스크를이용하여노광및현상하여공극을형성하는제1공극형성단계, 상기공극하부의절연층을에칭하고, 감광제를제거하는절연층에칭단계, 상기웨이퍼의상면에시드메탈을증착하는시드메탈증착단계, 상기시드메탈의상부에감광제를도포하고, 상기마스크를이용하여노광및현상하여공극을형성하는제2공극형성단계, 상기시드메탈에구리를전해도금하여구리범프를형성하는구리범프형성단계및상기감광제를제거하고, 시드메탈을에칭하는시드메탈에칭단계를포함한다. 그리고상기전도층형성단계는웨이퍼에접착층을형성하는과정, 상기접착층의상부에전도층을형성하는과정, 감광제를도포, 노광및현상하여상기전도영역의상부에감광제층을형성하는과정, 상기전도영역이외영역의접착층및전도층을에칭하는과정및상기전도영역상부에감광제층을제거하는과정을포함할수있다. 그리고상기전도층과상기감광제층사이에는산화방지층을증착할수있다. 또한, 상기구리범프를다른웨이퍼의관통비아홀의내부에삽입하여복수개의웨이퍼를전기적으로연결할수있다. 한편, 본발명의관통비아홀이형성된웨이퍼는복수개의관통비아홀이형성된웨이퍼, 하나이상의관통비아홀을포함하는전도영역에형성되는전도층, 상기전도층에서관통비아홀이형성된위치에, 상기관통비아홀의단면적보다작은단면적으로형성된구리범프, 상기구리범프가형성된부분을제외한부분에증착된절연층을포함한다. 그리고상기웨이퍼와전도층사이에는접착층이증착된관통비아홀이형성될수있고, 상기전도층의상면에는산화방지층이증착되는관통비아홀이형성될수있다. 그리고상기웨이퍼는복수개가구비되고, 어느하나의웨이퍼의형성된구리범프의일부가다른하나의웨이퍼의관통비아홀의내부로삽입되어위치할수있다. [0014] [0015] [0016] [0017] [0018] 발명의효과상기한과제를해결하기위한본발명의관통비아홀이형성된웨이퍼및이에대한적층방법은다음과같은효과가있다. 첫째, 각각의웨이퍼의마주보는면에전도층을형성하지않고, 어느하나의웨이퍼에구리범프를형성하고, 구리범프를다른하나의웨이퍼의관통비아홀에삽입하여각관통비아홀을전기적으로연결하여공정시간이단축된다는장점이있다. 둘째, 웨이퍼의마주보는면에형성된전도층간의전기적연결을위하여열압착을위한별도의장치나, 솔더등을구비하지않고, 간단하게연결할수있다는장점이있다. 셋째, 관통비아홀간을전기적으로연결하기위한별도의전도층이형성되거나, 솔더를이용하여연결을하지않고, 어느하나의웨이퍼에세워진구리범프를다른하나의웨이퍼의관통비아홀에삽입을하여적층된웨이퍼의두께다얇아진다는장점이있다. 본발명의효과들은이상에서언급한효과들로제한되지않으며, 언급되지않은또다른효과들은아래의기재로부터당업자에게명확하게이해될수있을것이다. [0019] 도면의간단한설명 도 1 은본발명의일실시예의관통비아홀이형성된웨이퍼에전도층을형성하는과정의웨이퍼의단면도 ; 도 2 는본발명의일실시예의관통비아홀이형성된웨이퍼에전도층및절연층을형성하는과정의웨이퍼의단 - 4 -
면도및평면도 ; 도3은본발명의일실시예의관통비아홀이형성된웨이퍼에절연층에구리범프가세워지는공간을형성하는과정의웨이퍼의단면도및평면도 ; 도4는본발명의일실시예의관통비아홀이형성된웨이퍼에공극을형성하기위한마스크의평면도 ; 도5는본발명의일실시예의관통비아홀이형성된웨이퍼에구리범프가형성되는공간을형성하는과정의웨이퍼의단면도및평면도 ; 도6은본발명의일실시예의관통비아홀이형성된웨이퍼에구리범프를형성하는과정의웨이퍼의단면도및평면도 ; 도7은본발명의일실시예의복수개의웨이퍼가적층된상태를나타내는단면도 ; 도8은본발명의일실시예의관통비아홀이형성된웨이퍼의적층방법의순서를나타내는순서도 ; 도9은본발명의일실시예의웨이퍼의상면에절연층을형성하는과정을나타내는순서도. [0020] [0021] [0022] [0023] [0024] [0025] [0026] [0027] [0028] 발명을실시하기위한구체적인내용이하본발명의목적이구체적으로실현될수있는본발명의바람직한실시예를첨부된도면을참조하여설명한다. 본실시예를설명함에있어서, 동일구성에대해서는동일명칭및동일부호가사용되며이에따른부가적인설명은생략하기로한다. 도1 및도2는본발명의일실시예의관통비아홀이형성된웨이퍼적층방법중웨이퍼의상면에전도층및절연층을형성하는과정을나타내는단면도이고, 도8은본발명의일실시예의관통비아홀이형성된웨이퍼의적층방법의적층순서를나타내는순서도이고, 도9은본발명의일실시예의관통비아홀이형성된웨이퍼적층방법의전도층형성과정을나타내는순서도이다. 도8을참조하면, 본실시예의관통비아홀이형성된웨이퍼의적층방법은전도층형성단계 (S10), 절연층형성단계 (S20), 제1공극형성단계 (S30), 절연층에칭단계 (S40), 시드메탈증착단계 (S50), 제2공극형성단계 (S60), 구리범프형성단계 (S70) 및시드메탈에칭단계 (S80) 를포함한다. 도1, 도2 및도9을참조하면, 본실시예의전도층형성단계 (S10) 는복수개의관통비아홀 (Through via hole: 12) 이형성된웨이퍼 (Wafer: 10) 의하나이상의관통비아홀 (12) 을포함하는전도영역에전도층 (20) 을형성한다. 본실시예의웨이퍼 (10) 의일면에는일정두께의 SiO2 절연층 (14) 이형성된다. 그리고관통비아홀 (12) 는웨이퍼 (10) 를상, 하방향으로관통하여복수개가형성된다 ( 도1(a)). 전도영역은웨이퍼 (10) 의형성된복수개의관통비아홀 (12) 중적어도하나이상을포함하는면적으로형성되고, 전도영역의상부에는전도층이형성되어, 전도영역하부의관통비아홀 (12) 들을전기적으로연결한다. 그리고본실시예에서의전도영역 (C) 은 2개의관통비아홀 (12) 을포함하는면적으로형성되고, 전도영역 (C) 상부에전도층 (20) 이형성되어, 2개의관통비아홀 (12) 들을전기적으로연결한다. 전도층 (20) 은다양한소재및방식으로전도영역 (C) 의상면에형성될수있고, 본실시예에서의전도층형성단계 (S10) 은웨이퍼 (10) 에티타늄 (Ti) 을스퍼터링 (Sputtering) 하여접착층 (Adhesion layer:22) 을증착하는과정 (S11, 도1(b)), 접착층 (22) 의상부에구리 (Cu) 를스퍼터링하여전도층 (Conduction layer:24) 를형성하는과정 (S12:24), 감광제 (Photoresist:26) 를도포, 노광 (expose) 및현상 (developing) 하여상기전도영역 (C) 의상부에감광제층을형성하는과정 (S13, 도1(d) 및도2(a)), 전도영역 (C) 이외의영역의접착층 (22) 및전도층 (24) 을에칭하여제거하는과정 (S14, 도2(b)) 및전도영역 (C) 상부의감광제 (26) 을제거하는과정을포함한다 (S15, 도 2(c)). 한편, 상기의과정에서전도층 (24) 과감광제층 (26) 사이에는전도층을형성하는금속의산화를방지하는산화방지층 ( 미도시 ) 을증착 (Deposition) 하는과정 ( 미도시 ) 을더포함할수있다. 그리고본실시예에서는구리 (Cu) 로형성된전도층을산화를방지하기위하여금 (Au) 을사용한산화방지층이증착될수있다. 결국전도층형성단계 (S10) 가완료되면, 웨이퍼 (10) 의전도영역 (C) 의상면에는티타늄 (Ti) 으로형성된접착층 (22) 및구리 (Cu) 로형성된전도층 (24) 이형성되게된다. 그리고전도영역 (C) 에위치하는관통비아홀 (12) 은전 - 5 -
기적으로연결되게된다. [0029] [0030] [0031] [0032] [0033] [0034] [0035] [0036] [0037] [0038] [0039] [0040] [0041] 절연층증착단계 (S20) 은전도영역 (C) 에형성된전도층 (24) 을포함하는웨이퍼전체영역에절연층 (30) 을증착한다. 그리고본실시예에서는 SiO2 절연층이 CVD(Chemical vapor deposition) 법에의해서증착된다 ( 도2(d)). 따라서전도영역 (C) 는웨이퍼의다른영역과전기적으로차단되게된다. 도3, 도5 및도6은본발명의일실시예의관통비아홀이형성된웨이퍼적층방법의구리범프를형성하는과정을나타내는도면이고, 도4는본발명의일실시예의감광층에공극을형성하기위한마스크의평면도이다. 도3 내지도6을참조하면, 제1공극형성단계 (S30) 은절연층 (30) 의상부에감광제 (40) 을도포하고 ( 도3(a)), 관통비아홀 (12) 이형성된위치에관통비아홀 (12) 의단면적보다작은단면적의패턴 (52) 이형성된마스크 (80)( 도5참고 ) 를이용하여노광및현상하여공극 (S1) 을형성한다. 구체적으로마스크 (80) 를이용하여감광제 (40) 를노광및현상하면감광제 (40) 에는마스크 (80) 의패턴 (82) 형상에따라관통비아홀 (12) 의단면적보다작은단면적의원기둥형상의공극 (42) 이형성된다 ( 도3(b)). 절연층에칭단계 (S40) 은공극 (42) 의하부의절연층 (30) 을에칭한다 ( 도3(c)). 그리고감광제 (40) 를제거한다 ( 도 3(c)). 그러면절연층 (30) 에도상기공극 (42) 의형상에대응하는원기둥형상의공간 (S1) 이형성된다. 시드메탈증착단계 (S50) 은웨이퍼 (10) 의상면에시드메탈 (seed metal: 50)) 을증착한다 ( 도5(a)). 따라서절연층 (30) 에원기둥형상으로형성된공간 (S1) 에도시드메탈 (50) 이증착되고, 후술하는구리범프 (70) 를상기공간 (S1) 에전해도금할수있게된다. 제2공극형성단계 (S60) 는시드메탈 (50) 의상부에감광제 (60) 을도포한다 ( 도5(b)). 그리고마스크 (50) 를이용하여노광및현상하고, 절연층 (30) 에형성된공간 (S1) 의상부에위치하는감광제 (60) 는제거되어공간 (S1) 의상부에원기둥형상의공극 (62) 을형성한다 ( 도5(c)). 따라서원기둥형상의공간 (S1) 에전해도금되는구리범프 (70) 를상기공간 (S1) 보다높게형성할수있게된다. 구리범프형성단계 (S70) 은시드메탈 (50) 에구리 (Cu) 를전해도금하여구리범프 (70) 를형성한다 ( 도6(a)). 그리고본실시예에서의구리범프 (70) 는시드메탈 (50) 의상부의공간 (S1) 및공극 (62) 의높이에대응하여원기둥형상으로형성된다. 시드메탈에칭단계 (S80) 은감광제 (60) 를제거하고, 시드메탈 (50) 을에칭한다 ( 도6(b)). 따라서절연층 (30) 의상부에형성된감광제 (60) 및시드메탈 (50) 은제거가되고, 절연층 (30) 은외부로노출이되게된다. 즉본발명의복수개의관통비아홀 (12) 이형성된웨이퍼 (10) 일면의하나이상의관통비아홀 (12) 을포함하는전도영역 (C) 에는전도층 (24) 이형성된다. 그리고상기전도층 (24) 에서관통비아홀 (12) 이형성된부분에는관통비아홀 (12) 의단면적보다작은단면적의구리범프 (70) 가형성되게된다. 그리고구리범프 (70) 가형성된부분을제외한웨이퍼 (10) 에는절연층 (30) 이형성된다. 따라서전도영역 (C) 에위치하는하나이상의관통비아홀 (12) 은서로전기적으로연결이된다. 그리고전기적으로연결된관통비아홀 (12) 을제외한부분은전기적으로절연된다. 한편, 웨이퍼 (10) 와전도층 (24) 사이에는전도층 (24) 의접착을위한접착층 (22) 이형성될수있다. 그리고전도층 (24) 의상면에는산화방지층 ( 미도시 ) 이형성될수있다. 결국웨이퍼 (10) 의일면에는절연층 (30) 및구리범프 (70) 이노출이된다. 도7은본발명의일실시예의복수개의웨이퍼가적층된상태를나타내는단면도이다. 도7을참조하면, 본실시예의관통비아홀이형성된웨이퍼적층방법은구리범프 (70) 를다른웨이퍼 (10) 의관통비아홀 (12) 의내부로삽입하여복수개의웨이퍼 (10) 의관통비아홀 (12) 을전기적으로연결하게된다. 즉어느하나의웨이퍼 (10) 에형성된구리범프 (70) 의일부는다른하나의웨이퍼 (10) 의관통비아홀 (12) 의내부로삽입되어위치하면서복수개의웨이퍼 (10) 의관통비아홀 (12) 간을전기적으로연결하게된다. [0042] 이상과같이본발명에따른바람직한실시예를살펴보았으며, 앞서설명된실시예이외에도본발명이그취지나범주에서벗어남이없이다른특정형태로구체화될수있다는사실은해당기술에통상의지식을가진이들에게는자명한것이다. 그러므로, 상술된실시예는제한적인것이아니라예시적인것으로여겨져야하고, 이에따라본발명은상술한설명에한정되지않고첨부된청구항의범주및그동등범위내에서변경될수도 - 6 -
있다. [0043] 부호의설명 10: 웨이퍼 12: 관통비아홀 22: 접착층 24: 전도층 30: 절연층 40, 60: 감광제 50: 시드메탈 70: 구리범프 80: 마스크 도면 도면 1-7 -
도면 2-8 -
도면 3 도면 4-9 -
도면 5-10 -
도면 6 도면 7-11 -
도면 8-12 -
도면 9-13 -