전자부품소자 배선용 웨이퍼 습식금속공정 기술 개발 기술지원 · 전성욱 생기원 출원중 6.66..6. 세부지원실적 항 목 지원 건수 지 원 성

전자부품소자 배선용 웨이퍼 습식금속공정전자부품소자 배선용 웨이퍼 습식금속공정전자부품소자 배선용 웨이퍼 습식금속공정전자부품소자 배선용 웨이퍼 습식금속공정

기술 개발 기술지원기술 개발 기술지원기술 개발 기술지원기술 개발 기술지원

2007. 072007. 072007. 072007. 07

지원기관 한국생산기술연구원지원기관 한국생산기술연구원지원기관 한국생산기술연구원지원기관 한국생산기술연구원::::

지원기업 주지원기업 주지원기업 주지원기업 주: ( ) Y M T: ( ) Y M T: ( ) Y M T: ( ) Y M T

산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부

관리번호관리번호관리번호관리번호::::

종합기술지원사업 기술지원성과보고서종합기술지원사업 기술지원성과보고서종합기술지원사업 기술지원성과보고서종합기술지원사업 기술지원성과보고서

사 업 명 전자부품소자 배선용 웨이퍼 습식금속공정 기술 개발 기술지원

지원책임자소속 나노표면기술팀:

성명 이 홍 기:지원기간

부터2005. 12. 01.

까지2007. 05. 31.

사업비 규모

총 백만원370

지원기관의

참여연구원

이홍기

조계민

구석본

허진영

정 부 출 연 금 :

기업부담금현금 :

현물 :

백만원185

백만원111

백만원74

부품 소재종합기술지원사업운영요령 제 조의 규정에 의해 종합기술지원사업18ㆍ

수행에 대한 기술지원성과보고서를 제출합니다.

첨 부 기술지원성과보고서 부첨 부 기술지원성과보고서 부첨 부 기술지원성과보고서 부첨 부 기술지원성과보고서 부: 5: 5: 5: 5

년 월 일년 월 일년 월 일년 월 일2007 07 312007 07 312007 07 312007 07 31

작성자 지 원 책 임 자작성자 지 원 책 임 자작성자 지 원 책 임 자작성자 지 원 책 임 자( )( )( )( ) 이 홍 기이 홍 기이 홍 기이 홍 기::::

지원기관장 한국생산기술연구원장지원기관장 한국생산기술연구원장지원기관장 한국생산기술연구원장지원기관장 한국생산기술연구원장( )( )( )( ) 김 기 협김 기 협김 기 협김 기 협::::

확인자 참 여 기 업 대표확인자 참 여 기 업 대표확인자 참 여 기 업 대표확인자 참 여 기 업 대표( )( )( )( ) 전 성 욱전 성 욱전 성 욱전 성 욱::::

한국부품소재산업진흥원장 귀하한국부품소재산업진흥원장 귀하한국부품소재산업진흥원장 귀하한국부품소재산업진흥원장 귀하

제 출 문제 출 문제 출 문제 출 문

산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하

본 보고서를 전자부품소자 배선용 웨이퍼 습식금속공정 기술 개발 기술지원 지원“ ”(

기간 과제의 기술지원성과보고서로 제출합니다: 2005. 12. ~ 2007. 05.) .

2007. 07. 31.2007. 07. 31.2007. 07. 31.2007. 07. 31.

지원기관 한국생산기술연구원지원기관 한국생산기술연구원지원기관 한국생산기술연구원지원기관 한국생산기술연구원::::

김 기 협김 기 협김 기 협김 기 협

참여기업 주참여기업 주참여기업 주참여기업 주: ( ) YMT: ( ) YMT: ( ) YMT: ( ) YMT

전 성 욱전 성 욱전 성 욱전 성 욱

지원책임자지원책임자지원책임자지원책임자 이홍기이홍기이홍기이홍기::::

참여연구원참여연구원참여연구원참여연구원

″″″″

″″″″

조계민조계민조계민조계민::::

구석본구석본구석본구석본::::

허진영허진영허진영허진영::::

기술지원성과 요약서기술지원성과 요약서기술지원성과 요약서기술지원성과 요약서

과제고유번호 연구기간 2005. 12. 01~2007. 05. 31

연구사업명 부품소재종합기술지원사업

지원과제명 전자부품소자 배선용 웨이퍼 습식금속공정 기술개발에 관한 기술지원

지원책임자 이 홍 기 지원연구원수

총 명: 4

내부 명: 2

외부 명: 2

총

사업비

정부:

기업:

계:

천원185,000

천원185,000

천원370,000

지원기관명 한국생산기술연구원 소속부서명 나노표면기술팀

지원기업 기업명 주: ( )YMT 기술책임자 전성욱:

요약 연구결과를 중심으로 개조식 자 이내( 500 )보고서

면수95

범프 형성을 위한 층에 대한 평가항목별 개발결과1. (Bump) UBM

합금층으로 금속층 내 함량이- NiPd Ni 7~10at%.

두께편차 로 매우 고른 금속층을 형성- 1.65% .

도금속도- 0.27 /min.

의 접합강도-ENPdIC 2.I /

웨이퍼상의 금속화2. Si .

웨이퍼의 전처리 공정 확립- Si .

형성 공정 확립- Seed layer .

두께의 무전해 동 및 니켈 등 최적공정 도출- Barrier layer 0.1~0.2 .

다양한 두께의 금속층 적층 가능- .

향후 적용 특성3.

지원기업에서 생산중인 각종 관련 전처리제 및 무전해 도금 공정에 적용가능- PCB .

습식도금 방식적용 배선상에 층 형성은 등 어떠한 금속으로든지- Cu UBM Cu/Au/Sn

최종 접합층 형성 가능.

기존 고가의 장비 및 공정을 저가의 습식도금법으로 대체- Sputtering .

이하의 미세피치에도 무전해 도금방식 층이 대응- 100~200 UBM .

다양한 각종 광소자에 적용될 것이며 현 생산제품에 활용 가능- .

색 인 어

각 개 이상( 5 )

한 글 범프 하부금속층 무전해도금 금속화공정 칩 패드, , , ,

영 어 Bump, UBM, Electroless Plating Metallization chip pad

기술지원성과 요약문기술지원성과 요약문기술지원성과 요약문기술지원성과 요약문

사업목표사업목표사업목표사업목표1.1.1.1.

고 비용의 건식 금속화 공저을 대체 할 수 이쓴 습식도금공정을 적용한 금속화

기 술을 이용한 씨드층 형성 및 접합도금기술 개발지원에 있다 웨이퍼 배선용.

트랜치 및 접합표면의 습식 표면개질 처리기술과 접합층의 무전해 도금법에 의

한 금속화 공정기술 개발.

기술지원내용 및 범위기술지원내용 및 범위기술지원내용 및 범위기술지원내용 및 범위2.2.2.2.

습식도금공정을 적용한 금속화 기술 개발 및 신뢰성분석

웨이퍼에 습식 무전해 씨드층 및 접합면 형성기술- Si

무전해 니켈 또는 팔라듐 도금 이용 층 형성기술- ( ) Barrier

무전해 금도금 이용 층 형성기술- Wetting

무전해 전해 도금기술 이용 층 형성 공정기술- / Solder

층 형성을 위한 최적 공정조건 도출- Seed

접합 및 경계층간 미세조직 및 특성관련에 관한 분석기술-

신뢰성 분석 및 평가시술-

지원실적지원실적지원실적지원실적3.3.3.3.

지원항목지원내용

비고기술지원前 기술지원後

피막두께편차 - < ±3% XRF/SEM

도금속도 - > 0.3 /min XRF/SEM

접합강도 - > 2.0 / JIS-Z-3197

열충격 특성 - 200cycle IPC-TM-650

Whisker 60 50 열충격시험 병행

기술지원 성과 및 효과기술지원 성과 및 효과기술지원 성과 및 효과기술지원 성과 및 효과4.4.4.4.

해당기술 적용제품해당기술 적용제품해당기술 적용제품해당기술 적용제품1)1)1)1)

적용제품명 카메라모듈o :

모 델 명o :

품질 및 가격품질 및 가격품질 및 가격품질 및 가격2)2)2)2)

구 분 경쟁 제품해당기술적용제품

비 고지원전 지원후

경쟁제품 대비 품질 와이어본딩성 우수 미흡동등수준

상승경쟁제품은 전기도금

경쟁제품 대비 가격 약 만원15 / 약 만원12 / 약 만원8 / 공정 포함etch-back

원가절감 효과원가절감 효과원가절감 효과원가절감 효과3)3)3)3)

구 분 절 감 금 액 비 고

원부자재 절감 백만원 년40 / ( %)

인건비 절감 백만원 년30 / ( %)

계 백만원 년70 / ( %)

적용제품 시장전망 매출성과적용제품 시장전망 매출성과적용제품 시장전망 매출성과적용제품 시장전망 매출성과4) ( )4) ( )4) ( )4) ( )

구 분 당해연도매출 차년도 예상매출 전년대비 증가비율 비고

내 수 백만원 년240 / 백만원 년1600 / -%

수 출 천달러 년- / 천달러 년- / -%

계 백만원 년240 / 백만원 년1600 / -%

수입대체효과수입대체효과수입대체효과수입대체효과5)5)5)5)

모델명 당해연도 수입액 차년도수입액 수입대체금액 비 고

천달러 년/ 천달러 년/ 천달러 년/

천달러 년/ 천달러 년/ 천달러 년/

계 천달러 년/ 천달러 년/ 천달러 년/

해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과6)6)6)6)

전자부품과 인쇄회로기판을 연결하는 용 표면처리기술로서 현재는wire bonding

니켈 금도금을 전기를 이용하여 실시하는 전해소프트골드가 사용되고 있으나 전-

기도금을 하기 위한 인입선 의 설계 및 도입으로 인해 고밀도기판의(lead wire)

제조에 한계가 있고 도금 후에는 인입선을 제거하는 공정을 거쳐야 하며 완벽, ,

한 제거가 어려워 전기적 노이즈의 원인으로 작용하는 단점이 있다 이를 개선.

하기 위해 무 전해도금 기술을 이용하는 니켈 팔라듐 금도금 용액 및 공정을- -

개발 적용함으로서 을 가능하게 하였다, wire bonding .

기술적 파급효과기술적 파급효과기술적 파급효과기술적 파급효과7)7)7)7)

기존의 도금용액 및 공정과는 다른 개념의 무전해니켈 팔라듐 금도금 용액 및, ,

공정을 개발하여 새로운 분야에 적용함으로서 용액 개발 기술의 축적은 물론

등 신규 분야로의 진출도 활발히 검토될 것이다wire bonding .

적용기술 인증 지적재산권 획득여부적용기술 인증 지적재산권 획득여부적용기술 인증 지적재산권 획득여부적용기술 인증 지적재산권 획득여부5. ,5. ,5. ,5. ,

규격 인증획득규격 인증획득규격 인증획득규격 인증획득1) ,1) ,1) ,1) ,

인증명 품목 인증번호 승인기관 인증일자

지적재산권지적재산권지적재산권지적재산권2)2)2)2)

종 류 명칭 번호발명자

고안자( )권리자 실시권자

비고

등록( ,

출원)

특허무전해 니켈 필라듐 합금도금을-

이용한 제조방법UBM-

이홍기

구석본

전성욱

생기원 출원중

세부지원실적세부지원실적세부지원실적세부지원실적6.6.6.6.

항 목지원

건수지 원 성 과

기술정보제공 건3

무전해 도금공정 확립- Ni-Pd

웨이퍼 전처리 및 층 형성 공정 확립- Si Seed

및 상의 금속화 공정 확립- Si glass

시제품제작 건

양산화개발 건

공정개선 건2공정- ENIG, ENPdIG

무전해 공정- Pd

품질향상 건

시험분석 건30및 기타 분석장비 이- XPS, FIB, FE-SEM/EDS

용 도금공정의 최적 조건 확립

수출 및 해외바이어발굴 건

교육훈련 건

기술마케팅 경영자문/ 건

정책자금알선 건

논문게재 및 학술발표 건2 국제협력 공동연구 통한 저널 논문 투고- SCI

사업관리시스템

지원실적업로드 회수건

지원기업 방문회수 건8 시험분석 및 기술 정보제공을 통한 공정개선-

기 타 건

종합의견종합의견종합의견종합의견7.7.7.7.

본 연구를 통해 웨이퍼 및 동배선상의 습식금속공정은 형성을 위한Bump UBM

층 형성에 있어서 합금 도금 공정을 적용함으로써 공정의 단순화 및 고가NiPd

의 건식도금공정을 대체함으로써 저 비용의 형성이 가능하며 다양한 전자UBM ,

부품소자의 표면도금에 적용이 가능한 기술이다.

연구과제 세부과제 성과연구과제 세부과제 성과연구과제 세부과제 성과연구과제 세부과제 성과( )( )( )( )

과학기술 연구개발 성과과학기술 연구개발 성과과학기술 연구개발 성과과학기술 연구개발 성과1.1.1.1.

논문게재 성과

논문게재 세부사항

(9)

게재

년도

(10)

논문명

저자(11)(12)

학술지명

(13)

Vol.

(No.)

(14)

국내외

구분

(15)

SCI

구분주저자

교신

저자

공동

저자

2007

Electroless Gold Plating

from Tetrachloroaurate

Solutions Containing

Hexacyanoferrate(II) ions

Vrublevsk

aya O.N.

Vorobyova

T.N.

Hohg-Kee

Lee

Transactions

of the

Institule of

Metal

Finishing

투고중 국외 SCI

2007

A Comparative Study of

Corrosion Bhavior of

Cu-Sn and Ni-Sn Alloys

in Acid and Alkaline

Media

Kuzentscv

B.V.

Vorobyova

T.N.

Hohg-Kee

Lee

J. Appl.

Electrochem.투고중 국외 SCI

사업화 성과사업화 성과사업화 성과사업화 성과2.2.2.2.

특허 성과

출원된 특허의 경우

세부사항

(9)

출원년도

(10)

특허명

(11)

출원인

(12)

출원국

(13)

출원번호

등록된 특허의 경우

특허 세부사항

(9)

등록년도

(10)

특허명

(11)

등록인

(12)

등록국

(13)

등록번호

사업화 현황

사업화 세부사항

사업(9)

화명

(10)

사업화 내용

사업화 업체 개요(11) (12)

기

매출액

백만원( )

(13)

당해연도

매출액

백만원( )

(14)

매출액

합계

백만원( )

업체명 대표자 종업원수사업화

형태

ENEPIG

무전해니켈 팔-

라듐 금도금-

process

주YMT( ) 전성욱 21 4 - 예상24 ( ) 예상24 ( )

주11) 사업화 업체 개요의 사업화 형태는 연구책임자 창업 기술이전에1. , 2.

의한 창업 창업지원 기존업체에서 상품화 중에서 선택하여 번호, 3. , 4.

기입

고용창출효과

고용창출 세부사항

(9)

창업

명( )

(10)

사업체 확장

명( )

(11)

합계

명( )

주9) 창업의 경우는 사업화 성과 에서 사업화 현황의 종업원 수를 기입“2. ”

10) 사업체 확장에 의한 고용창출은 국가연구개발사업을 통해서 기업체의 팀이나 부

서의 신규 생성 및 확대에 의한 것을 의미하며 확인된 경우만 기입

세부지원실적 증빙 내용세부지원실적 증빙 내용세부지원실적 증빙 내용세부지원실적 증빙 내용

지원기업 현장방문 건지원기업 현장방문 건지원기업 현장방문 건지원기업 현장방문 건1. : 91. : 91. : 91. : 9

No. 일자 구체적 내용 증빙유무

1 2006. 01. 25 습식 무전해 형성- Si wafer Seed layer

2 2006. 03. 29 상의 및 접합면 형성- Si wafer Seed layer

3 2006. 05. 31 상의 금속층 형성- Si wafer .

4 2006. 07. 26 동배선상의 형성- Adhesion Layer/Barrier layer

5 2006. 09. 27 무전해 금도금 이용 형성- Wetting layer

6 2006. 11. 29 형성- ENIG, ENEPIG, ENPdIG

7 2007. 01. 31 상의 솔더층 형성- UBM CuSn, AuSn

8 2007. 03. 28 시스템으로 층 형성 및 평가- UBM NiPd alloy

기술정보제공 건기술정보제공 건기술정보제공 건기술정보제공 건2. : 32. : 32. : 32. : 3

NO. 일자 구체적 내용 증빙유무

1 2006. 05. 31상의 무전해금속층 형성을 위한- Si wafer

표면 전처리 및 도금공정조건 확립

2 2006. 11. 29 층으로 합금도금 공정확립- UBM NiPd .

3 2007. 01. 31형성을 위한 전해 공- Bump CuSn/AuSn

정 조건 확립.

시험분석 건시험분석 건시험분석 건시험분석 건3. : 303. : 303. : 303. : 30

NO. 일자 구체적 내용 증빙유무

1 2006.05.29 동방 상의 도금 불량 원인파악- PI Au/Ag .

2 2006.07.07 열처리에 따른 도금 표면변화- Au/Pd/Cu

3 2006.08.01 공정 조건별 도금층 비교분석- Ag/Cu

4 2006.09.28 도금 제품 비교 분석- ENIG

5 2006.11.24 도금표면 불량 원인 분석- Ag/Au

6 2006.11.08 도금 성분분석- NiP, PdP

7 2006.12.08 도금층 단면 분석 도금층 형상- Au/Pd :

8 2007.03.14 도금 시편 표면 및 성분분석- Au

9 2007.03.28 불량 원인파악 단면 표면분석- Solder : ,

10 2007.05.23 도금층의 형상분석- Au/Ag/Cu Au/Ag

목 차목 차목 차목 차

제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요1111

제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성1111

제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표2222

제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용3333

제 장 국내외 기술현황제 장 국내외 기술현황제 장 국내외 기술현황제 장 국내외 기술현황2222

제 장 기술지원 수행 내용 및 결과제 장 기술지원 수행 내용 및 결과제 장 기술지원 수행 내용 및 결과제 장 기술지원 수행 내용 및 결과3333

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행1111

실리콘 웨이퍼 상의 금속화실리콘 웨이퍼 상의 금속화실리콘 웨이퍼 상의 금속화실리콘 웨이퍼 상의 금속화1.1.1.1.

층 형성층 형성층 형성층 형성2. UBM(Under Bump Metallurgy)2. UBM(Under Bump Metallurgy)2. UBM(Under Bump Metallurgy)2. UBM(Under Bump Metallurgy)

신뢰성 분석 및 평가신뢰성 분석 및 평가신뢰성 분석 및 평가신뢰성 분석 및 평가3.3.3.3.

제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과2222



동배선상의 층 형성동배선상의 층 형성동배선상의 층 형성동배선상의 층 형성(1) UBM(1) UBM(1) UBM(1) UBM

층의 물리적 특성층의 물리적 특성층의 물리적 특성층의 물리적 특성(2) UBM(2) UBM(2) UBM(2) UBM

제 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도제 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도제 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도제 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도4444

제 장 기술지원결과의 활용계획제 장 기술지원결과의 활용계획제 장 기술지원결과의 활용계획제 장 기술지원결과의 활용계획5555

제 장 참고문헌제 장 참고문헌제 장 참고문헌제 장 참고문헌6666

부 록부 록부 록부 록

기술지원일지기술지원일지기술지원일지기술지원일지A.A.A.A.

분석지원분석지원분석지원분석지원B.B.B.B.

표 차례표 차례표 차례표 차례< >< >< >< >

Table 1 Composition and Condition of Degreasing SolutionTable 1 Composition and Condition of Degreasing SolutionTable 1 Composition and Condition of Degreasing SolutionTable 1 Composition and Condition of Degreasing Solution

Table 2 Composition and Condition of Etching SolutionTable 2 Composition and Condition of Etching SolutionTable 2 Composition and Condition of Etching SolutionTable 2 Composition and Condition of Etching Solution

Table 3 Composition and Condition of Sensitizing SolutionTable 3 Composition and Condition of Sensitizing SolutionTable 3 Composition and Condition of Sensitizing SolutionTable 3 Composition and Condition of Sensitizing Solution

Table 4 Composition and Condition of Activation Plating Solution.Table 4 Composition and Condition of Activation Plating Solution.Table 4 Composition and Condition of Activation Plating Solution.Table 4 Composition and Condition of Activation Plating Solution.

Table 5 Composition and Condition of Electroless Nickel Plating Solution.Table 5 Composition and Condition of Electroless Nickel Plating Solution.Table 5 Composition and Condition of Electroless Nickel Plating Solution.Table 5 Composition and Condition of Electroless Nickel Plating Solution.

Table 6 Composition and Condition of Activation Plating SolutionTable 6 Composition and Condition of Activation Plating SolutionTable 6 Composition and Condition of Activation Plating SolutionTable 6 Composition and Condition of Activation Plating Solution

Table 7 Composition and Condition of Electroless Nickel-Palladium PlatingTable 7 Composition and Condition of Electroless Nickel-Palladium PlatingTable 7 Composition and Condition of Electroless Nickel-Palladium PlatingTable 7 Composition and Condition of Electroless Nickel-Palladium Plating

SolutionSolutionSolutionSolution

Table 8 Composition and Condition of Immersion Gold Plating SolutionTable 8 Composition and Condition of Immersion Gold Plating SolutionTable 8 Composition and Condition of Immersion Gold Plating SolutionTable 8 Composition and Condition of Immersion Gold Plating Solution

Table 9 Ahesion Strength of Each UBMTable 9 Ahesion Strength of Each UBMTable 9 Ahesion Strength of Each UBMTable 9 Ahesion Strength of Each UBM

Table 10 Physical characteristic of ENPdIG UBM layerTable 10 Physical characteristic of ENPdIG UBM layerTable 10 Physical characteristic of ENPdIG UBM layerTable 10 Physical characteristic of ENPdIG UBM layer

그림 차례그림 차례그림 차례그림 차례< >< >< >< >

Fig. 1 Process Flow Diagram of Metallization on Silicon waferFig. 1 Process Flow Diagram of Metallization on Silicon waferFig. 1 Process Flow Diagram of Metallization on Silicon waferFig. 1 Process Flow Diagram of Metallization on Silicon wafer

Fig. 2 Under Bump Metallurgy(UBM) of Flip Chip Solder BumpFig. 2 Under Bump Metallurgy(UBM) of Flip Chip Solder BumpFig. 2 Under Bump Metallurgy(UBM) of Flip Chip Solder BumpFig. 2 Under Bump Metallurgy(UBM) of Flip Chip Solder Bump

Fig. 3 Process Flow Diagram of Formation of UBMFig. 3 Process Flow Diagram of Formation of UBMFig. 3 Process Flow Diagram of Formation of UBMFig. 3 Process Flow Diagram of Formation of UBM

Fig. 4 Focused Ion Beam system (FEI, Nova 600)Fig. 4 Focused Ion Beam system (FEI, Nova 600)Fig. 4 Focused Ion Beam system (FEI, Nova 600)Fig. 4 Focused Ion Beam system (FEI, Nova 600)

Fig. 5 X-ray Photoelectron Spectroscope Spectra systemFig. 5 X-ray Photoelectron Spectroscope Spectra systemFig. 5 X-ray Photoelectron Spectroscope Spectra systemFig. 5 X-ray Photoelectron Spectroscope Spectra system

Fig. 6 Non Contact 3D Measuring system (INSIA AF)Fig. 6 Non Contact 3D Measuring system (INSIA AF)Fig. 6 Non Contact 3D Measuring system (INSIA AF)Fig. 6 Non Contact 3D Measuring system (INSIA AF)

Fig. 7 Bonding Tester(Dage-4000)Fig. 7 Bonding Tester(Dage-4000)Fig. 7 Bonding Tester(Dage-4000)Fig. 7 Bonding Tester(Dage-4000)

Fig. 8 Thermal shock and Humidity Test systemFig. 8 Thermal shock and Humidity Test systemFig. 8 Thermal shock and Humidity Test systemFig. 8 Thermal shock and Humidity Test system

Fig. 9 Scanning electron micrograph of silicon wafer surface with (a) rawFig. 9 Scanning electron micrograph of silicon wafer surface with (a) rawFig. 9 Scanning electron micrograph of silicon wafer surface with (a) rawFig. 9 Scanning electron micrograph of silicon wafer surface with (a) raw

material and (b) KOH etchingmaterial and (b) KOH etchingmaterial and (b) KOH etchingmaterial and (b) KOH etching

Fig. 10 Surface roughness of silicon wafer with (a) raw material and (b) KOHFig. 10 Surface roughness of silicon wafer with (a) raw material and (b) KOHFig. 10 Surface roughness of silicon wafer with (a) raw material and (b) KOHFig. 10 Surface roughness of silicon wafer with (a) raw material and (b) KOH

etchingetchingetchingetching

Fig. 11 Si 2p core level spectra of Silicon wafer with (a) raw material, (b)Fig. 11 Si 2p core level spectra of Silicon wafer with (a) raw material, (b)Fig. 11 Si 2p core level spectra of Silicon wafer with (a) raw material, (b)Fig. 11 Si 2p core level spectra of Silicon wafer with (a) raw material, (b)

Sensitization and (c) Activation processSensitization and (c) Activation processSensitization and (c) Activation processSensitization and (c) Activation process

Fig. 12 Sn 3d core level spectra of Silicon wafer with (a) Sensitization andFig. 12 Sn 3d core level spectra of Silicon wafer with (a) Sensitization andFig. 12 Sn 3d core level spectra of Silicon wafer with (a) Sensitization andFig. 12 Sn 3d core level spectra of Silicon wafer with (a) Sensitization and

(b) Activation process(b) Activation process(b) Activation process(b) Activation process

Fig. 13 Pd 3d core level spectra of silicon wafer with activation processFig. 13 Pd 3d core level spectra of silicon wafer with activation processFig. 13 Pd 3d core level spectra of silicon wafer with activation processFig. 13 Pd 3d core level spectra of silicon wafer with activation process

Fig. 14 Scanning electron micrograph of deposited Thin Nickel layer surfaceFig. 14 Scanning electron micrograph of deposited Thin Nickel layer surfaceFig. 14 Scanning electron micrograph of deposited Thin Nickel layer surfaceFig. 14 Scanning electron micrograph of deposited Thin Nickel layer surface

and cross section on silicon wafer.and cross section on silicon wafer.and cross section on silicon wafer.and cross section on silicon wafer.

Fig. 15 Scanning electron micrograph of deposited thick Nickel layer surfaceFig. 15 Scanning electron micrograph of deposited thick Nickel layer surfaceFig. 15 Scanning electron micrograph of deposited thick Nickel layer surfaceFig. 15 Scanning electron micrograph of deposited thick Nickel layer surface

and cross section on silicon waferand cross section on silicon waferand cross section on silicon waferand cross section on silicon wafer

Fig. 16 Depth profile of deposited Nickel layer on silicon waferFig. 16 Depth profile of deposited Nickel layer on silicon waferFig. 16 Depth profile of deposited Nickel layer on silicon waferFig. 16 Depth profile of deposited Nickel layer on silicon wafer

Fig. 17 Scanning electron micrograph of deposited Immersion Gold and NickelFig. 17 Scanning electron micrograph of deposited Immersion Gold and NickelFig. 17 Scanning electron micrograph of deposited Immersion Gold and NickelFig. 17 Scanning electron micrograph of deposited Immersion Gold and Nickel

layer surface and cross section on silicon waferlayer surface and cross section on silicon waferlayer surface and cross section on silicon waferlayer surface and cross section on silicon wafer

Fig. 18 Depth profile of deposited Immersion Gold and Nickel layer surfaceFig. 18 Depth profile of deposited Immersion Gold and Nickel layer surfaceFig. 18 Depth profile of deposited Immersion Gold and Nickel layer surfaceFig. 18 Depth profile of deposited Immersion Gold and Nickel layer surface


Fig. 19 Scanning electron micrograph of Electrodeposited Copper-Tin AlloyFig. 19 Scanning electron micrograph of Electrodeposited Copper-Tin AlloyFig. 19 Scanning electron micrograph of Electrodeposited Copper-Tin AlloyFig. 19 Scanning electron micrograph of Electrodeposited Copper-Tin Alloy

and Electroless deposited Nickel layer surface and cross section on siliconand Electroless deposited Nickel layer surface and cross section on siliconand Electroless deposited Nickel layer surface and cross section on siliconand Electroless deposited Nickel layer surface and cross section on silicon

waferwaferwaferwafer

Fig. 20 Depth profile of Electrodeposited Copper-Tin Alloy and ElectrolessFig. 20 Depth profile of Electrodeposited Copper-Tin Alloy and ElectrolessFig. 20 Depth profile of Electrodeposited Copper-Tin Alloy and ElectrolessFig. 20 Depth profile of Electrodeposited Copper-Tin Alloy and Electroless

deposited Nickel layer surface and cross section on silicon waferdeposited Nickel layer surface and cross section on silicon waferdeposited Nickel layer surface and cross section on silicon waferdeposited Nickel layer surface and cross section on silicon wafer

Fig. 21 Scanning electron micrograph of Electroless deposited Palladium onFig. 21 Scanning electron micrograph of Electroless deposited Palladium onFig. 21 Scanning electron micrograph of Electroless deposited Palladium onFig. 21 Scanning electron micrograph of Electroless deposited Palladium on

CopperCopperCopperCopper

Fig. 22 Depth profile of Electroless deposited Palladium on Copper foilFig. 22 Depth profile of Electroless deposited Palladium on Copper foilFig. 22 Depth profile of Electroless deposited Palladium on Copper foilFig. 22 Depth profile of Electroless deposited Palladium on Copper foil

Fig. 23 Scanning electron micrograph of Electroless deposited NiPd alloy onFig. 23 Scanning electron micrograph of Electroless deposited NiPd alloy onFig. 23 Scanning electron micrograph of Electroless deposited NiPd alloy onFig. 23 Scanning electron micrograph of Electroless deposited NiPd alloy on


Fig. 24 Scanning electron micrograph of deposited ENPdIG on CopperFig. 24 Scanning electron micrograph of deposited ENPdIG on CopperFig. 24 Scanning electron micrograph of deposited ENPdIG on CopperFig. 24 Scanning electron micrograph of deposited ENPdIG on Copper

Fig. 25 Depth profile of Electroless deposited Nickel-Palladium alloy onFig. 25 Depth profile of Electroless deposited Nickel-Palladium alloy onFig. 25 Depth profile of Electroless deposited Nickel-Palladium alloy onFig. 25 Depth profile of Electroless deposited Nickel-Palladium alloy on

Copper foilCopper foilCopper foilCopper foil

Fig. 26 Scanning electron micrograph of deposited ENIG on CopperFig. 26 Scanning electron micrograph of deposited ENIG on CopperFig. 26 Scanning electron micrograph of deposited ENIG on CopperFig. 26 Scanning electron micrograph of deposited ENIG on Copper

Fig. 27 Scanning electron micrograph of Electrodepositedl CUSn and ENIG onFig. 27 Scanning electron micrograph of Electrodepositedl CUSn and ENIG onFig. 27 Scanning electron micrograph of Electrodepositedl CUSn and ENIG onFig. 27 Scanning electron micrograph of Electrodepositedl CUSn and ENIG on


Fig. 28 Scanning electron micrograph of Electroless depositedFig. 28 Scanning electron micrograph of Electroless depositedFig. 28 Scanning electron micrograph of Electroless depositedFig. 28 Scanning electron micrograph of Electroless deposited

Nickel-Palladium and Nickel on CopperNickel-Palladium and Nickel on CopperNickel-Palladium and Nickel on CopperNickel-Palladium and Nickel on Copper

Fig. 29 Depth profile of Electroless deposited Nickel-Palladium and Nickel onFig. 29 Depth profile of Electroless deposited Nickel-Palladium and Nickel onFig. 29 Depth profile of Electroless deposited Nickel-Palladium and Nickel onFig. 29 Depth profile of Electroless deposited Nickel-Palladium and Nickel on


Fig. 30 Scanning electron micrograph of deposited ENEPIG on CopperFig. 30 Scanning electron micrograph of deposited ENEPIG on CopperFig. 30 Scanning electron micrograph of deposited ENEPIG on CopperFig. 30 Scanning electron micrograph of deposited ENEPIG on Copper

Fig. 31 Scanning electron micrograph of Electroless Ni-Pd alloy plating withFig. 31 Scanning electron micrograph of Electroless Ni-Pd alloy plating withFig. 31 Scanning electron micrograph of Electroless Ni-Pd alloy plating withFig. 31 Scanning electron micrograph of Electroless Ni-Pd alloy plating with

Ni2+ and Pd2+ ion ratio in plating solution. : (a) 1 : 3, (b) 1 : 2Ni2+ and Pd2+ ion ratio in plating solution. : (a) 1 : 3, (b) 1 : 2Ni2+ and Pd2+ ion ratio in plating solution. : (a) 1 : 3, (b) 1 : 2Ni2+ and Pd2+ ion ratio in plating solution. : (a) 1 : 3, (b) 1 : 2

Fig. 32 Scanning electron micrograph of before and after Ball Shear testFig. 32 Scanning electron micrograph of before and after Ball Shear testFig. 32 Scanning electron micrograph of before and after Ball Shear testFig. 32 Scanning electron micrograph of before and after Ball Shear test

Fig. 33 Result of Ball shear test about ENIGFig. 33 Result of Ball shear test about ENIGFig. 33 Result of Ball shear test about ENIGFig. 33 Result of Ball shear test about ENIG

Fig. 34 Result of Ball shear test about ENEPIGFig. 34 Result of Ball shear test about ENEPIGFig. 34 Result of Ball shear test about ENEPIGFig. 34 Result of Ball shear test about ENEPIG

Fig. 35 Result of Ball shear test about ENEPICFig. 35 Result of Ball shear test about ENEPICFig. 35 Result of Ball shear test about ENEPICFig. 35 Result of Ball shear test about ENEPIC

Fig. 36 Scanning electron micrograph after Thermal Shock Test : UBM - NiPdFig. 36 Scanning electron micrograph after Thermal Shock Test : UBM - NiPdFig. 36 Scanning electron micrograph after Thermal Shock Test : UBM - NiPdFig. 36 Scanning electron micrograph after Thermal Shock Test : UBM - NiPd

Fig. 37 Scanning electron micrograph after Thermal Shock Test : Bump -Fig. 37 Scanning electron micrograph after Thermal Shock Test : Bump -Fig. 37 Scanning electron micrograph after Thermal Shock Test : Bump -Fig. 37 Scanning electron micrograph after Thermal Shock Test : Bump -

CuSnCuSnCuSnCuSn

제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요1111

제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성1111

습식 금속공정기술 개발을 이용한 씨드층 형성 및 접합도금기술 개발은 년대1960

접합기술로부터 시작되며 고비용의 건식 금속화 공정을 대체할 수 있는 기술이다.

관련 기술 적용제품들의 현 국내 외 동향 및 추세에 비추어 높은 제조원가 및 고가

의 공정장비의 대체는 기업 경쟁력의 기반이며 시급하다 현재 국내 실정은 대부분.

건식공정으로 웨이퍼 배선용 트랜치 및 접합 표면의 습식 표면 개질 처리기술과 접

합층의 무전해 도금법에 의한 금속화 공정 기술 개발 및 광학용 칩의 패키지 접합

계면을 위한 씨드층 도금피막 및 경계면의 신뢰성 분석평가 기술이 필수적이다 이.

에 에서는 본 기술의 핵심인 비전도성 물질의 금BSU(Belarusian State University)

속화기술 및 무전해 니켈도금을 이용한 층 형성기술에 대한 연구를 오래전부Barrier

터 수행하여 왔으며 니켈 팔라듐 금도금 및 웨이퍼상에 씨드층 솔더층 형성에, , Si ,

대한 선진공정기술을 보유중이다 또한 접합 및 경계층간의 미세조직 및 특성에 관.

련된 분석 및 평가기술도 체계적으로 대단히 우수하다 따라서 이의 국내기술로의.

도입 및 활용은 다각적 측면에서 시급성이 있으며 충분한 가치가 있다고 판단된다.

지원대상 기업인 주 는 관련 약품 및 표면처( )YMT PCB Lead Frame, Silicon-wafer

리용 고순도 약품 등의 자체 개발에 성공 무전해 니켈 무전해 금 무전해 주석, , , ,

무전해 은 등의 국산화 생산을 시작한 기술개발 전문업체이다 현재 전자 및 화공.

소모자재 기타 화학제품 전자재료 관련 표면 처리 액 무전해 동 무전해 니, , PCB , ,

켈 무전해 금 침 은 합금 침지 주석 침지 은 침지 합금 박리제 공정, , , , , OXIDE ,

공정 기타 표면처리약품 등을 통하여 이후 부품의 소재사업에 진출DESMEAR , PCB

하였으며 소재의 단계에 필수 소재인 표면처리용 약품을 생산하고 있으PCB finish

며 향후 정보전자 부품 산업의 첨단기술 개발에 지속적으로 투자를 하고 있다.

그러나 고가의 제품에 따른 제조설비의 고비용 및 기술에 대한 부족을 느끼고 있,

었으며 현재 국내에서 이루어지고 있는 연구 및 제품에 대한 문제점들에 대한 체,

계적이며 원천적인 해결방안을 제시하기 위하여 이와 같은 다분야에서의 지식을 요

하는 어려운 구급기술의 습득 및 상용화를 목표로 할 수 있다 일반 중소기업의 규.

모에서 막대한 기술도입 비용과 노력을 투입하여 개발하기 어려운 실정을 감안하여

본 연구가 필행 되어져야 하며 수요가 증가하는 최근 추세 고려시 시급성 및 경쟁

력 기술력 확보차원에서 효과적으로 준비가 가능할 것으로 판단된다, .

제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표2222

고비용의 건식 금속화 공정을 대체 할 수 있는 습식도금 공정을 적용한 금속화기술

을 이용한 씨드층 형성 및 접합도금기술 개발지원 및 웨이퍼 배선용 트렌치 및 접

합 표면의 습식 표면개질처리기술과 접합층의 무전해 도금법에 의한 금속화 공정기

술 및 반도체 칩의 패키지 접합계면을 위한 씨드층 도금피막 및 경계면의 신뢰성,

분석평가기술 확립.

세부목표 습식도금공정을 적용한 금속화기술 및 신뢰성 분석o : .

웨이퍼의 습식 무전해 씨드층 및 접합면 형성기술 확보- Si .

무전해 니켈 팔라둔 도금 이용 층 형성기술 확보- (or ) Barrier .

무전해 금도금 이용 층 형성기술 확보- Wetting .

무전해 전해 도금기술 이용 층 형성 공정기술 확보- / Solder .

충 형성을 위한 최적 공정조건 도출- Seed .

접합 및 경계층간 미세조직 및 특성관련에 관한 분석- .

신뢰성 분석 및 평가- .

상세 목표o

도금층 두께편차- : ±3%＜

도금속도- : 0.3 /min＞

접합강도- : 2.0 /＞

열충격 특성 이상- : 200cycle

시험- Whisker : 50

제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용3333

본 연구원에서는 전기 무전해 표면처리 신 원료 개발 및 표면처리액 제어기술 표,ㆍ

면처리 관련 환경오염물질 대체원료 및 재활용 청정생산공정기술 표면처리 생산라,

인 공정분석 개선을 위한 엔지니어링 기술 기계가공제품 대체 초정밀 고속 표면,ㆍ

처리기술 전자 통신부품용 미소소자 부품 소재 표면가공기술 각종 소재의 신 표, ,ㆍ ㆍ

면처리기술 정밀 고기능성 표면처리기술 정밀 표면기술 응용에 의한 기능금속재, ,

제조기술 플라즈마 및 각종 물리적 표면처리 장치 및 공정기술 나노급 응용정밀, ,

기능성 표면처리 기술 등을 보유 및 기술지원에 대하여 진행하고 있다.

관련 보유기술 및 최근 사업으로 의 연속 습식제조 기술개발에 대한[Flexible-CDL

폴리이미드 표면 개질 및 금속화기술 합금도금액 초박막 동전], [Barrier/Seeding ,

해액 및 공정 기술개발을 통한 난도금성 폴리머 금속공정기술 통신 부품 소재], [ ㆍ

의 전자파 차폐용 무전해도금 용액 합성 및 공정 기술개발을 통한 무전해 도금공정

및 소재 합성기술 유전체상의 감광선택적 금속공정 개발 및 접합면 신], [ ], [Bump

뢰성 평가기술 개발 등을 수행하고 있으며 그 동안 기술개발을 통하여 본 연과와], ,

관련하여 다음과 같은 기술 지원이 가능하다.

각종 합금금속에 대한 무전해 및 전해도금o

비전도성 물질의 금속화 공정기술o

표면소재 조합물의 계면층 및 구조와 표면조직에 대한 물리화학적 연구o

신뢰성 분석평가와 기초 연구자료 등에 대한 기술지원o . (X-ray photoelectron,

분석 분석Phase , Auger spectroscopy, FE-SEM, Thermal , Electrochemical,

분석 및Calorimetric Bonding Test)

공정적용 최적조건 도출o

이상의 기술을 통해 지원기업에 아래사항에 대한 기술지원을 하였다.

피막의 미세조직 분석o : FE-SEM, STEM, FIB

도금피막의 물리화학적 특성 평가 접합강도 측정o : , Solderability , Ion Migration

측정 및 성능

도금액의 불순물 혼입에 따른 도금 영향 분석 등 전기화학셀 이용 혼입o : SERA

불순물 영향 분석

또한 본 연구를 통해 상의 금속화 및 무전해 도금법을 이용한 층 형성Si wafer UBM

에 대해 아래와 같이 기술지원을 하였다.

상의 습식 무전해 씨드층 및 접합면 형성기술o Si wafer

무전해 니켈 팔라듐 도금 이용 층 형성기술o ( ) Barrier

무전해 금도금층 이용 층 형성기술o Wetting

무전해 전해 도금기술 이용 층 형성 공정기술 및 최적 공정조건 도출o / Solder .

접합 및 경계층간 미세조직 및 특성에 관한 분석 및 평가o .

제 장 국내외 기술현황제 장 국내외 기술현황제 장 국내외 기술현황제 장 국내외 기술현황2222

은 반도체칩의 또는 전극상에 직접 솔더 또는UBM(Under Bump Metalurgy) Al Cu

범프를 형성하기 어렵기 때문에 접착이 용이하고 칩으로서의 확산을 방지하도Au

록 전극과 범프간에 형성하는 다층금속층으로서 접합층 확산방지층 젖음층의 세가, ,

지 층으로 구성된다.

일반적으로 을 구성에 있어서 박막은 접착력 및 확산 방지막으로 쓰이는 물질UBM

은 등이 있으며 두께는 이다 술더 젖음막으Cr, Ti, Ti/W, Ni, Pd, Mo 0.15~0.2 .

로 사용되는 물질은 등이 있으며 의 두께를 가진다 산화 방지막Cu, Ni, Pd 1~5 .

으로는 가 쓰이며 의 두께이다 따라서 으로 사용되는 물질들의Au 0.05~0.1 . UBM

조합은 다양하며 현재 사용되는 시스템은UBM Ti/Cu, Ti/Cu/Ni, TiW/Cu/Au,

그리고 등이 있다 산업의 규제로 인해Cr/Cu/Au, Ni/Au, Ti/Ni/Pd Mo/Pd . PCB Pb

의 비율이 높아지며 에 을 넣기 시작했다 는 솔더의 과 반응하여Sn UBM Ni . Cu Sn

다량의 를 형성하지만 은 보다 분해속도가 약IMC(Inter-Metallic Compound) Ni Cu

배가량 느려 과의 반응이 적기 때문에 근래 많이 사용되는 경향이 있다50 Sn .

적층법으로는 현재 및 법이 널리UBM Sputtering, Evaporation Electroless plating

사용되며 법은 진공중에서 박막층들을 연속적으로 증착할 수 있으며 그, Sputtering

후 공정을 통해 패턴을 형성하고 에칭 작업을 하면 패드부분에만Photolithograph

이 올라가도록 할 수 있다 법은 과 마찬가지로UUM . Evaporation Sputtering

으로 박막 층들을 증착하고 공정을 사용한다 또 다른Evaporation Photolithograph .

방법은 금속 마스크 혹은 을 이용하여 박막 층을 연속적으로 증착하는 것이다PR .

이 방법은 뿐만 아니라 솔더 범프도 법으로 올릴 때 주로 사용된UBM Evaporation

다 무전해 도금법은 을 형성하고자 할 때 사용하며 마스카가 필요하지 않. Ni UBM

은 습식 공정이다 무전해 도금법은 패턴 및 에칭 공정을 하지 않고 진공 장비가.

필요하지 않기 때문에 비용이 저렴하여 솔더 범프의 공정과 같이Screen Printing

사용되고 있다.

시스템의 종류로 첫 번째는 시스템으로 이나 스퍼UBM Cr/Cr-Cu/Cu Evaporation

터링 방법을 이용하여 증착하는 것으로 등에서 많IBM, Motorola, MCNC, Unitive

이 사용하고 있다 이 구조는 년대 이래 오랫동안 사용되어 왔기 때문에 고용융. 60

점 솔더에서는 높은 신뢰성을 가지는 구조이다 그러나 증착방법을 이용하므로 범.

핑가격이 높고 의 함량이 높은 저 용융 점 솔더의 경우 합금내의 와Sn Cr-Cu Cuㄹ

의 반응으로 금속간화합물을 형성하여 접착력을 약화시키고 범프의 박리와 같은Sn

불량을 야기시키는 단점이 있다.

전해도금방식으로 형성된 시스템은 등에서 사용하고TiW/Cu IZM, Motorola, Citizen

있으며 이 시스템에서는 범프가 중 발생하는 금속간화합물의 성장을 충, Cu reflow

분히 고려하여 두께를 두께로 형성시켜야 한다5~10 .

이는 공정에 사용되고 있으나 현재 안정성측면에서 신뢰도가 떨어지는 단점PbSn

이 있다 구동 의 경우 전해도금방법으로 을 많이 사용한다. LCD IC TiW/Au UBM .

다음 시스템은 등에서 적용중에 있다 이 시스템은 가 완Al/NiV/Cu FCD, Amkor . Cu

전히 소모되고 난 뒤에 솔더와 이 직접 만나게 되는데 이 솔더와의 젖음성이Ni Ni

양호하기 때문에 현재 솔더 범핑시장에서 가장 많이 사용되고 있고 가격이 저렴한

것이 장점이나 프로브 테스트된 웨이퍼에 사용이 곤란하고 신뢰성 확보와 미세피치

에 대응이 어렵다는 단점이 있다.

제 장 기술지원 수행 내용 및 결과제 장 기술지원 수행 내용 및 결과제 장 기술지원 수행 내용 및 결과제 장 기술지원 수행 내용 및 결과3333

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행1111


고비용의 건식 금속화 공정을 대체 할 수 있는 습식 도금공정을 적용하여 실리콘

웨이퍼의 배선용 트랜치 및 접합 표면에 습식표면개질 처리를 통해 씨드층(Seed

및 접합층 형성함으로써 리소그라피 공정 없이 선택적으로layer) (Adhesion layer)

패드 하부 층을 형성 할 수 있어 공정이 크게 줄며 솔더 화산 방지 솔더I/O UBM ,

와의 젖음성 웨이퍼 크기에 자유로운 공정을 개발하고자 하였다, .

실리론은 전자산업에 오랫동안 사용되어져 왔으며 실리콘의 표면처리방법은 많이,

연구되어 있다 산성 및 알카리액 속에서 실리콘의 화학적 에칭은 검파나 접합기술.

뿐만아니라 마이크로 혹는 나노 전자의 차원 구조형성을 위해 폭넓게 적용되어져3

왔다 구조의 실리콘 표면은 농도에 따라 표면 형상이 달라진다고 알려져. 100 KOH

있다 높은 농도 에서 표면은 부드러운 에칭이 되는 반면 그 이하의 농도. ( 40%)＞

에서는 표면이 거친 에칭이 된다 실리콘 웨이퍼상의 무전해 도금기술은 이제껏 많.

이 연구되어지지 않았다 이는 실리콘 웨이퍼상에 형성된 금속층의 두께가 이하. 1

였으며 그 이상이 되면 접착력이 현저히 떨어진다.

이에 본 연구에서는 의 비전도성 물질의 금속화 기술을 토대로 기술 지원 기업BSU

인 주 의 기존 도금공정 조건에 적용할 수 있도록 개선하여 실리콘 웨이퍼에( )YMT

무전해 층 및 접합면을 형성하였다Seed .

본 연구에서 사용한 기판은 비저항 두께1~30 , Dopant Boron, 650~700Ωㆍ

인 웨이퍼를 사용하였으며 습식도금공정을 적용한 실리콘 웨이퍼P TYPE Si(100) ,

표면의 금속화를 위해 고농도의 알카리 수용액에 실리콘 웨이퍼를 침척하여KOH

표면을 에칭하여 및 이온 처리를 통해 표면 금속화를 위한 촉매를Sn Pd Seeding

하여 접합층으로 무전해 니켈층을 형성하였다.

각 공정별 처리액의 조성 및 공정조건 과 공정순서를 아래 와 에Table 1~5 Fig. 1

나타내었다.

Table 1 Composition and Condition of Degreasing Solution.Table 1 Composition and Condition of Degreasing Solution.Table 1 Composition and Condition of Degreasing Solution.Table 1 Composition and Condition of Degreasing Solution.

Table 2 Composition and Condition of Etching Solution.Table 2 Composition and Condition of Etching Solution.Table 2 Composition and Condition of Etching Solution.Table 2 Composition and Condition of Etching Solution.

Table 3 Composition and Condition of Sensitizing Solution.Table 3 Composition and Condition of Sensitizing Solution.Table 3 Composition and Condition of Sensitizing Solution.Table 3 Composition and Condition of Sensitizing Solution.


Table 5 Composition and Condition of Electroless Nickel Plating Solution.Table 5 Composition and Condition of Electroless Nickel Plating Solution.Table 5 Composition and Condition of Electroless Nickel Plating Solution.Table 5 Composition and Condition of Electroless Nickel Plating Solution.

Fig. 1 Process flow Diagram of Metallization on Silicon waferFig. 1 Process flow Diagram of Metallization on Silicon waferFig. 1 Process flow Diagram of Metallization on Silicon waferFig. 1 Process flow Diagram of Metallization on Silicon wafer


반도체칩의 또는 전극상에 직접 또는 범프를 형성하기 어렵기Al Cu, Solder Au

때문에 접착이 용이하고 칩으로의 확산을 방지하도록 전극과 범프간에 형성하는 다

층 금속층으로서 접합층 확산방지층 젖음층의 세가지로 구성되는, , UBM(Under

이 필요하다 반도체 집적회로 소자의 미세화 고집적화 및 고속Bump Metallurgy) . ,

화가 요구됨에 따라 다층 배선 기술이 요구되고 다층 배선 기술 중에서 충간 절연,

막의 재료와 그 형성 기술이 소자의 특성을 향상 시켜주는 중요한 요소로 지적되고

있다 최소선폭 구동속도 가 됨에 따라 배선물질도 알루미늄 배선에서. 130 , 2.1

전기저항이 낮은 구리로 바뀌어지고 있다 구리배선은 알루미늄 보다 비저항이 낮.

고 에 대한 내성이 더 강하기 때문에 을 대신하여 집적회로의 배electromigration Al

선재료로 사용되고 있다.

현재 범프 공정에서 사용되고 있는 무연솔더는 대부분 주석을 다량 함유하고 있다.

주석은 구리와 반응속도가 빠르므로 플립칩을 리플로하는 과정이나 칩의 사용중에,

발생하는 열에 의해 솔더의 주석과 의 구리가 반응하여 그 계면에는 금속간UBM

화합물이 생성되고 구리는 소진된다 이처럼 금속간 화합물이 이상 성정하거나.

층 내의 구리가 완전히 소모되면 솔더와 패드간의 접합강도가 급격히 감소한UBM ,

다.

따라서 상기 문제는 젖음층을 이상으로 두꺼운 니켈층을 형성하여 확산방지층을5

형성하여 해결할 수 있으나 무전해 층은 무연솔더와 반응하여 니켈층이 취화, Ni-P

되는 단점을 갖고 있다.

본 연구에서는 동배선상에 구조층 으로 무전해니켈 팔라듐 또는 무전UBM (Fig. 2) /

해 니켈 팔라듐 합금도금을 통해 층을 형성한 후 젖음층으로 금도금하여 상- Barrier

기 문제점을 해결하고자 했다.

각 세부 공정 조건 및 순서는 과 에 나타내었다 산세공정에서Table 6~8 Fig. 3 .

염산 를 사용하여 웨이퍼상에 형성된 동배선의 산화피막을 제거하기(35%) 10v/v%

위해 산화피막을 제거한후 동배선상에 니켈이 원활히 석출되도록 팔라듐 촉매를 이

용하여 배선 표면을 활성화 시켰다 이후 환원도금법을 이용 무전해 니켈 팔라듐. ,

또는 니켈 팔라듐 합금도금을 공정 조건에 맞게 수행하였다 이후 치환금도금법을- .

이용 층 상에 금 도금층을 형성하였다Barrier .

Fig. 2 Under Bump Metallurgy(UBM) of flip Chip Solder BumpFig. 2 Under Bump Metallurgy(UBM) of flip Chip Solder BumpFig. 2 Under Bump Metallurgy(UBM) of flip Chip Solder BumpFig. 2 Under Bump Metallurgy(UBM) of flip Chip Solder Bump


Table 7 Composition and Condition of Electroless Nickel-Palladium PlatingTable 7 Composition and Condition of Electroless Nickel-Palladium PlatingTable 7 Composition and Condition of Electroless Nickel-Palladium PlatingTable 7 Composition and Condition of Electroless Nickel-Palladium Plating

Solution.Solution.Solution.Solution.

Table 8 Composition and Condition of Immersion Gold Plating Solution.Table 8 Composition and Condition of Immersion Gold Plating Solution.Table 8 Composition and Condition of Immersion Gold Plating Solution.Table 8 Composition and Condition of Immersion Gold Plating Solution.

Fig. 3 Process Flow Diagram of Formation of UBMFig. 3 Process Flow Diagram of Formation of UBMFig. 3 Process Flow Diagram of Formation of UBMFig. 3 Process Flow Diagram of Formation of UBM

신뢰성 분석 및 평가신뢰성 분석 및 평가신뢰성 분석 및 평가신뢰성 분석 및 평가3.3.3.3.

본 연구를 통해 형성된 실리콘 웨이퍼 상의 금속층 형성 및 반도체 칩의 범프 형성

을 위한 층에 대한 접합 및 경계층간 미세조직 및 특성과 신뢰성 분석을 위UBM

해 아래 분석 장비를 이용하여 분석 및 평가를 실시하였다.

(1) FIB (Focused Ion Beam)(1) FIB (Focused Ion Beam)(1) FIB (Focused Ion Beam)(1) FIB (Focused Ion Beam)

실리콘 웨이퍼의 표면에칭 전후의 표면형상변화 및 무전해 도금법에 의해 형성된

층의 표면형상 단면형상 및 성분 분석을 아래 그림의 장비를 이용하여 분UBM , FIB

석하였다 각 분석은. Ion Beam - 30 , 0.31 milling, Electro Beam - 10 ,

로 분석하였다0.13 .

Fig. 4 Focused Ion Beam system (FEl, Nova 600)Fig. 4 Focused Ion Beam system (FEl, Nova 600)Fig. 4 Focused Ion Beam system (FEl, Nova 600)Fig. 4 Focused Ion Beam system (FEl, Nova 600)

(2) XPS(X-ray Photoelectron Spectroscope Spectra)(2) XPS(X-ray Photoelectron Spectroscope Spectra)(2) XPS(X-ray Photoelectron Spectroscope Spectra)(2) XPS(X-ray Photoelectron Spectroscope Spectra)

실리콘 웨이퍼의 알카리 에칭에 의한 표면처리 전후의 의 결합구조 변화 및 활성Si

화 공정을 통한 표면의 촉매 에 의한 웨이퍼 표면의 금속촉매 흡착변화 정seeding

도를 화인하기 위하여 아래 장비를 이용하여 분석을 실시하였다 스펙트럼XPS . XPS

은 Mg Kα 를 이용하여 결합에너지 에서 간격으로x-ray Source 0 ~1100eV 1eV

하여 얻은 결과를 바탕으로 로 각 원Prescan pass energy 20eV, step size 0.01eV

소별 스펙트럼을 얻었다.

Fig. 5 X-ray Photoelectron Spectroscope Spectra system (Thermo, MultilabFig. 5 X-ray Photoelectron Spectroscope Spectra system (Thermo, MultilabFig. 5 X-ray Photoelectron Spectroscope Spectra system (Thermo, MultilabFig. 5 X-ray Photoelectron Spectroscope Spectra system (Thermo, Multilab

2000)2000)2000)2000)

(3) 3D-profiler (Non Contact 3D Measuring system)(3) 3D-profiler (Non Contact 3D Measuring system)(3) 3D-profiler (Non Contact 3D Measuring system)(3) 3D-profiler (Non Contact 3D Measuring system)

에칭 전후 웨이퍼 표면 및 무전해 도금법에 의해 형성된 층의 평균조도는UBM Non

을 이용하여 각 시료의 표면을 측정범위Contact 3D Measuring System(INSIA AF)

간격으로 측정 하였다10 , 20 .

Fig. 6 Non Contact 3D Measuring system (INSIA AF)Fig. 6 Non Contact 3D Measuring system (INSIA AF)Fig. 6 Non Contact 3D Measuring system (INSIA AF)Fig. 6 Non Contact 3D Measuring system (INSIA AF)

(4) Bonding tester(4) Bonding tester(4) Bonding tester(4) Bonding tester

무전해 도금법으로 형성된 층에 솔더볼을 접합시켜 도금피막과 솔더볼의 접합UBM

강도는 를 이용 의 힘을 가해 의 속도로 볼을 밀어 떨Bonding tester 50g 500 /ser

어지는 강도를 측정하였다.

Fig. 7 Bonding Tester(Dage-4000)Fig. 7 Bonding Tester(Dage-4000)Fig. 7 Bonding Tester(Dage-4000)Fig. 7 Bonding Tester(Dage-4000)

열충격기 및 항온항습기열충격기 및 항온항습기열충격기 및 항온항습기열충격기 및 항온항습기(5)(5)(5)(5)

무전해 니켈 팔라듐 니켈 팔라듐도금으로 형성된 층에 대한 신뢰성 평가를, , - UBM

위해 열충격기와 항온항습기를 사용하였다 열충격 시험은 에. -65 ± 5 , 125±5

서 각 채류시간 분으로 하여 이상 시험후 표면 분석을 통해 휘스커 시15 100cycle

험을 실시하였으며 고온고습특성은 항온항습기를 이용하여 온 습도를 로, / 85 /85%

시간 유지후 분석을 실시하였다168 .

Fig. 8 Thermal shock and Humidity Test system (TSA-41L-A, SH-641)Fig. 8 Thermal shock and Humidity Test system (TSA-41L-A, SH-641)Fig. 8 Thermal shock and Humidity Test system (TSA-41L-A, SH-641)Fig. 8 Thermal shock and Humidity Test system (TSA-41L-A, SH-641)

제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과2222


웨이퍼상이 습식 무전해 씨드층 및 접합면 형성을 위한 표면 금속화 공정은Si

에 의한 알카리 수용액에 에칭하여 표면 개질 후KOH SnCl2와 PdCl2 용액으로 에

칭표면의 촉매혈성을 위한 활성화 공정을 통해 촉매 씨드층을 형성하였으며 형Pd ,

성된 씨드층에 무전해 니켈 도금하여 금속층을 형성하였다Ni-P .

초기 실험에서 산성 에칭액에 의한 웨이퍼 표면의 형상은 표면이 매우 거칠고Si

불균일하게 나타났으며 에 의한 알카리 액에서는 산성액 보다 표면이 부드럽, KOH

고 균일한 에칭면을 갖는 것으로 나타났다 이에 농도에 따른 시험결과 고농. KOH

도 일수록 더 균일한 표면을 얻을수 있었다 이에 웨이퍼의 표면 에칭은. Si 80 ,

수용액에 분간 침적처리 하였다 에칭 전후의 표면형상60wt% KOH 10 .

및 거칠기 변화를 및(Morphology) (Roughness) Fe-SEM Auto Focused 3D

으로 각각 측정하여 그림 과 에 나타내었다Measuring System 8 9 .

에칭 처리 전후의 평균 표면조도 값은 살펴보면 웨이퍼 표면 이Ra Si Ra 0.0145

었으나 에칭후 로 표면조도는 처리전보다 상승하여 무전해 도금시 필, Ra 0.128

요한 촉매의 흡착 사이트 제공하여 금속층과 웨이퍼사이의 밀착력을 증가시킬 수

있는 균일한 표면을 얻을 수 있었다.

Fig. 9 Scanning electron micrograph of silicon wafer surface with (a) rawFig. 9 Scanning electron micrograph of silicon wafer surface with (a) rawFig. 9 Scanning electron micrograph of silicon wafer surface with (a) rawFig. 9 Scanning electron micrograph of silicon wafer surface with (a) raw

material and (b) KOH etchingmaterial and (b) KOH etchingmaterial and (b) KOH etchingmaterial and (b) KOH etching

Fig. 10 Surface roughness of silicon wafer with (a) raw material and (b) KOHFig. 10 Surface roughness of silicon wafer with (a) raw material and (b) KOHFig. 10 Surface roughness of silicon wafer with (a) raw material and (b) KOHFig. 10 Surface roughness of silicon wafer with (a) raw material and (b) KOH

etchingetchingetchingetching

씨드층 형성을 위해 과 와 같은 조성의 활성화액으로 에칭표(Seed layer) Table 3 4

면에 촉매를 표면에 흡착 시켰다 활성화 공정은Pd (Seeding) . SnCl2액에 분15~20

간 충분히 침적하여 에칭된 웨이퍼 표면의 작용기에 이 결합하도록 하였으며Si Sn ,

이후 PdCl2의 활성화액에서 분 처리하여 촉매를 표면에 흡착 시켰4~5 Pd (Seeding)

다 에 활성화공정을 거치면서 표면의 결합구조 변화를 나타내었다. Fig. 11~13 Si .

분석결과 의 결합에너지가 에서 활성화 처리를 거쳐 로XPS Si 2p 99.7eV 100.7eV

약 상승한 결합에너지를 보여주고 있다 이는 웨이퍼의 표면이 구1eV . Si Si-O-Si

조에서 에칭에 의해 와 의 작용기로 변하며 의 흡착으로Si-OH Si-H Silanol Sn

의 표면은 변화된 것으로 판단된다 와 에 활성화 공정에 따른Si-O-Sn . Fig. 12 13

과 의 웨이퍼 표면에 흡착에 의한 표면 변화를 나타내었다 처리후 액Sn Pd . Sn Pd

에 처리함에 따라 활성화 공정후 이 감소한 반면 이 웨이퍼 표면에서Sn (Fig. 12) Pd

상당량 검출 되고 있다 이는 활성화 공정을 거치면서 과 이 치환되어(Fig. 13) . Sn Pd

표면에 이 흡착되어 웨이퍼 표면에 씨드층 를 형성한 것으로 판단Pd Si (Seed layer)

된다.

Fig. 11 Si 2p core level spectra of Silicon wafer with (a) raw material, (b)Fig. 11 Si 2p core level spectra of Silicon wafer with (a) raw material, (b)Fig. 11 Si 2p core level spectra of Silicon wafer with (a) raw material, (b)Fig. 11 Si 2p core level spectra of Silicon wafer with (a) raw material, (b)

Sensitization and (c) Activation ProcessSensitization and (c) Activation ProcessSensitization and (c) Activation ProcessSensitization and (c) Activation Process

Fig. 12 Sn 3d core level spectra of Silicon wafer with (a) Sensitization andFig. 12 Sn 3d core level spectra of Silicon wafer with (a) Sensitization andFig. 12 Sn 3d core level spectra of Silicon wafer with (a) Sensitization andFig. 12 Sn 3d core level spectra of Silicon wafer with (a) Sensitization and

(b) Activation process(b) Activation process(b) Activation process(b) Activation process

Fig. 13 Pd 34 core level spectra of silicon wafer with activation processFig. 13 Pd 34 core level spectra of silicon wafer with activation processFig. 13 Pd 34 core level spectra of silicon wafer with activation processFig. 13 Pd 34 core level spectra of silicon wafer with activation process

웨이퍼 상에 접합면 형성을 위한 층은 를 기본조성으로 한Barrier Table 5 150~200

두께의 니켈층을 형성한후 니켈 두께도금을 통해 약 두께의 니켈층을 재차4

형성하였다 웨이퍼 상에 형성된 무전해 니켈층의 깊이 방향에 따른 금.(Fig. l4, 15)

속층의 분포를 로 분석하여 에 나타내었다 과 에 니켈상GD-OES Fig. 15 . Fig. 17 18

에 치환 금도금층 형성후 단면 형상과 성분분포를 나타내었으며 과 에, Fig. 19 20

전해도금법에 의한 형성결과를 나타내었다 층으로 형성된 니켈층Cu-Sn . Barrier

에 뿐만아니라 전기 동 도금층 및 등 양호한 밀착력을(T-200 ) Ni Ni-Pd, Cu-Sn

갖는 다양한 금속층을 형성이 가능하여 차후 웨이퍼의 이용 용도에 따라 적용가능,

할 것으로 판단된다.

Fig. 14 Scanning electron micrograph of deposited Thin Nickel layer surfaceFig. 14 Scanning electron micrograph of deposited Thin Nickel layer surfaceFig. 14 Scanning electron micrograph of deposited Thin Nickel layer surfaceFig. 14 Scanning electron micrograph of deposited Thin Nickel layer surface

and cross section on silicon wafer.and cross section on silicon wafer.and cross section on silicon wafer.and cross section on silicon wafer.

Fig. 15 Scanning electron micrograph of deposited thick Nickel layer surfaceFig. 15 Scanning electron micrograph of deposited thick Nickel layer surfaceFig. 15 Scanning electron micrograph of deposited thick Nickel layer surfaceFig. 15 Scanning electron micrograph of deposited thick Nickel layer surface


Fig. 16 Depth profile of deposited Nickel layer on silicon waferFig. 16 Depth profile of deposited Nickel layer on silicon waferFig. 16 Depth profile of deposited Nickel layer on silicon waferFig. 16 Depth profile of deposited Nickel layer on silicon wafer

Fig. 17 Scanning electron micrograph of deposited Immersion Gold and NickelFig. 17 Scanning electron micrograph of deposited Immersion Gold and NickelFig. 17 Scanning electron micrograph of deposited Immersion Gold and NickelFig. 17 Scanning electron micrograph of deposited Immersion Gold and Nickel

layer surface and cross section on silicon waferlayer surface and cross section on silicon waferlayer surface and cross section on silicon waferlayer surface and cross section on silicon wafer

Fig. 18 Depth profile of deposited Immersion Gold and Nickel layer surfaceFig. 18 Depth profile of deposited Immersion Gold and Nickel layer surfaceFig. 18 Depth profile of deposited Immersion Gold and Nickel layer surfaceFig. 18 Depth profile of deposited Immersion Gold and Nickel layer surface


Fig. 19 Scanning electron micrograph of Electrodeposited Copper-Tin AlloyFig. 19 Scanning electron micrograph of Electrodeposited Copper-Tin AlloyFig. 19 Scanning electron micrograph of Electrodeposited Copper-Tin AlloyFig. 19 Scanning electron micrograph of Electrodeposited Copper-Tin Alloy

and Electroless deposited Nickel layer surface and cross section on siliconand Electroless deposited Nickel layer surface and cross section on siliconand Electroless deposited Nickel layer surface and cross section on siliconand Electroless deposited Nickel layer surface and cross section on silicon

waferwaferwaferwafer

Fig. 20 Depth profile of Electrodeposited Copper-Tin Alloy and ElectrolessFig. 20 Depth profile of Electrodeposited Copper-Tin Alloy and ElectrolessFig. 20 Depth profile of Electrodeposited Copper-Tin Alloy and ElectrolessFig. 20 Depth profile of Electrodeposited Copper-Tin Alloy and Electroless

deposited Nickel layer surface and cross section on silicon waferdeposited Nickel layer surface and cross section on silicon waferdeposited Nickel layer surface and cross section on silicon waferdeposited Nickel layer surface and cross section on silicon wafer


동배선상의 층 형성동배선상의 층 형성동배선상의 층 형성동배선상의 층 형성(1) UBM(1) UBM(1) UBM(1) UBM

반도체 칩의 동 배선상에 솔더 또는 범프 형성을 위한 층이 필요하며 층UBM , UBM

은 솔더 또는 범프의 접착이 용이하게 하는 접착층 칩으로의 확산을 방지하는 확,

산방지층 및 젖음성을 좋게 하는 솔더 젖음층 등으로 구성되어 있다.

층 형성은 이나 스퍼터링법을 이용한 시스템 솔더UBM Evaporation Cr/Cr-Cu/Cu ,

를 전해도금방식으로 증착하는 미니범프 시스템 시스템 및 무전TiW/Cu , Al/Ni/Cu

해 등이 있다Ni UBM .

본 연구에서는 지원기업의 관련 표면처리 및 생산 공정에 적용할 수 있PCB ENIG

는 무전해 도금법을 이용하여 접착층 및 확산방지층(Adhesion layer) (Barrier

로 또는 과 젖음층 로 또는 을 사용하여layer) Ni Ni-Pd (Wetting layer) Au Pd

및 또는 구조로 된 시스템Au/Ni/Cu, Au/Ni-Pd/Cu Au/Pd/Ni/Cu Pd/Ni/Cu UBM

형성을 형성하였다.

층 형성은 의 도금공정에서 볼 수 있듯이 산세 활성화 무전해도금UBM Fig.3 (Ni,→ →

치환 금도금 순으로 이루어졌다 동소재는 전해 동박 필름을 사용하였NiPd, Pd) .→

으며 염산에 산세하여 표면 산화피막을 제거한 후 원화한 금속층 형성을10v/v%

위해 액으로 동표면을 활성화처리하였다Pd .

전처리된 동표면에 및 의 의 금속층 형성한 후 치환형 금도금 공Ni, NiPd Pd 3~4

정을 통해 의 도금층을 형성하였다 은 각 금속층의 표면0.1~0.2 . Fig. 21 ~ 30

및 단면형상을 나타내었으며 주요 층의 깊이 방향에 따른 성분분포를 나타낸UBM

것이다.

동배선상에 무전해 팔라듐 도금층을 형성한 수 도금층의 표면형상 및 단면 형상을

살펴보았다 에서와 같이 도금층은 수십 수백 크기의 무수히 많은 핀흘이. Fig 21 ~

있으며 도금층의 성장에 따라 이는 도금층내의 보이드 를 형성하여 이후(void) UBM

층으로 형성시 층의 물리적 특성을 저하시키는 원인으로 작용할 것으로 판단UBM

된다.

시스템의 층 형성을 위한 합금도금층 형성에 있어 도금액ENPdIG UBM NiPd NiPd

의 조성 및 공정조건 PdCl2 2g/L, HCI 4 / , NH ℓ 4OH 160 / , NH ℓ 4Cl 27g/ .ℓ

NaH2PO2 Hㆍ 2O 12g/ , NiClℓ 2 6Hㆍ 2O 20g/ , Ethylendiamine 26 / , pH 8.5~10,ℓ ℓ

을 기초로 한 도금액내 의 농도비에 따라 도금층 내 의 함Temp.50~60 Pd : Ni Ni

량은 로 나타났으며 이때 로 층이 존재하여야 한다 이는5~19at% , under layer Ni .

의 동층에 환원시 과 이 환원이 이루어지는 동시에 동상에 환원된 일부NiPd Ni Pd

은 과 치환되는 반응을 나타낸다 따라서 에 이 없을시 동상에Ni Pd . under layer Ni

의 환원이 우세하여 의 환원이 원활이 이루어지지 않는 경향을 나타었다Pd Ni . Fig.

의 층에 대한 성분분포를 나타내었다25 ENPdIG UBM .

의 분포를 살펴보면 상부층에는 이 존재하지 않는 것을 볼수 있다 이는 와Ni Ni . Au

에 의해 도금층의 상부에 존재하는 이 거의 치환된고 초기 하부층에 형성된Pd Ni Ni

만이 존재하는 것을 볼 수 있다 가 없을시 도금층내 함량은. Under layer Ni

로 낮아졌다5~10aat% .

형성 및 상에 층 형성을 하였으며 과 에 나타내었다ENIG ENIG CuSn Fig. 26 27 .

Fig. 21 Scanning electron micrograph of Electroless deposited Pallaum onFig. 21 Scanning electron micrograph of Electroless deposited Pallaum onFig. 21 Scanning electron micrograph of Electroless deposited Pallaum onFig. 21 Scanning electron micrograph of Electroless deposited Pallaum on


Fig. 22 Depth profile of Electroless deposited Palladium on Copper foilFig. 22 Depth profile of Electroless deposited Palladium on Copper foilFig. 22 Depth profile of Electroless deposited Palladium on Copper foilFig. 22 Depth profile of Electroless deposited Palladium on Copper foil

언언언언Fig. 23 Scanning electron micrograph of Electroless deposit NiPd alloy onFig. 23 Scanning electron micrograph of Electroless deposit NiPd alloy onFig. 23 Scanning electron micrograph of Electroless deposit NiPd alloy onFig. 23 Scanning electron micrograph of Electroless deposit NiPd alloy on


Fig. 24 Scanning electron micrograph of deposited ENPdIG on CopperFig. 24 Scanning electron micrograph of deposited ENPdIG on CopperFig. 24 Scanning electron micrograph of deposited ENPdIG on CopperFig. 24 Scanning electron micrograph of deposited ENPdIG on Copper

Fig. 25 Depth profile of Electroless deposited Nickel-Palladium alloy onFig. 25 Depth profile of Electroless deposited Nickel-Palladium alloy onFig. 25 Depth profile of Electroless deposited Nickel-Palladium alloy onFig. 25 Depth profile of Electroless deposited Nickel-Palladium alloy on

Copper foil.Copper foil.Copper foil.Copper foil.

Fig. 26 Scanning electron micrograph of deposited ENIG on CopperFig. 26 Scanning electron micrograph of deposited ENIG on CopperFig. 26 Scanning electron micrograph of deposited ENIG on CopperFig. 26 Scanning electron micrograph of deposited ENIG on Copper

Fig. 27 Scanning electron micrograph of Electrodepositedl CuSn and ENIG onFig. 27 Scanning electron micrograph of Electrodepositedl CuSn and ENIG onFig. 27 Scanning electron micrograph of Electrodepositedl CuSn and ENIG onFig. 27 Scanning electron micrograph of Electrodepositedl CuSn and ENIG on


Fig. 28 Scanning electron micrograph of Electroless depositedFig. 28 Scanning electron micrograph of Electroless depositedFig. 28 Scanning electron micrograph of Electroless depositedFig. 28 Scanning electron micrograph of Electroless deposited

Nickel-Palladium and Nickel on Copper.Nickel-Palladium and Nickel on Copper.Nickel-Palladium and Nickel on Copper.Nickel-Palladium and Nickel on Copper.

Fig. 29 Depth profile of Electroless deposited Nickel-Palladium and Nickel onFig. 29 Depth profile of Electroless deposited Nickel-Palladium and Nickel onFig. 29 Depth profile of Electroless deposited Nickel-Palladium and Nickel onFig. 29 Depth profile of Electroless deposited Nickel-Palladium and Nickel on


Fig. 30 Scanning electron micrograph of deposited ENEPIG on CopperFig. 30 Scanning electron micrograph of deposited ENEPIG on CopperFig. 30 Scanning electron micrograph of deposited ENEPIG on CopperFig. 30 Scanning electron micrograph of deposited ENEPIG on Copper

층의 물리적 특성층의 물리적 특성층의 물리적 특성층의 물리적 특성(2) UBM(2) UBM(2) UBM(2) UBM

본 연구를 통해 최적화된 및 층에 대한Au/Ni/Cu, Au/Ni-Pd/Cu Au/Pd/Ni/Cu UBM

특성 평가를 위해 를 이용 단면 절단후 두께 측정을 통해 두께 편차 및 도금속FIB

도를 알아보았으며 자체 제작된 쿠폰 직경의 원형 통패턴 에 솔더볼, (0.7 ) (0.75 ,

을 위치시켜 챔버내에서 솔더링을 실시한 후Sn63/Pb37 alloy) 245 Bending

로 접합강도를 측정하였다 또한 고온 고습 시간 및 열충격Tester . (85 /85%, 168 )

시험후 휘스커 성장 및 표면 상태 변화를(-45 15min, 125 15min, 200cycle)

살펴보았다.

에 본 연구의 주된 층인 합금도금층으로 분동안 도금후 형성된Fig. 31 UBM NiPd 10

금속층의 단면을 나타내었다 합금도금층의 도금속도 및 두께편차를 살NiPd . NiPd

펴보면 도금액내 Pd2+: Ni

2+비가 일때 평균두께 두께편차1 : 2 : 4.29 , 5.66%

도금속도 로 나타났으며 일 때 평균 두께편차0.43 /min , 1 : 3 : 2.66 , 1.65%

도금속도 으로 나타났다0.27 /min .

및 층에 대한 솔더링에 대한 접합강도Au/Ni/Cu, Au/Ni-Pd/Cu Au/Pd/Ni/Cu UBM

를 측정하기 위해 각 접합층을 형성한후 치환 금도금을 분실시하여 동일3~4 10

조건의 층을 형성하였다 형성된 도금피막에 플럭스를 바른후UBM . 0.75 ,

솔더볼을 떨어뜨려 챔버내에서 초동안 유지시켜 도금표Sn63/Pb37 alloy 245 20

면과 솔더볼을 접합시킨 후 시험기 로 를 실Bonding (Dage 4000) Ball Shear Test

시하였다 접합강도 측정은 의 속도로 씩 하중을 증가시켜 측정한 결과. 500 /s 50g

도금층 합금도금층 및 도금층 으로 각각 측정Ni 1496.4g, NiPd 807g Pd/Ni 578.8g

되었다 각 에 대한 단위면적당 접합강도는 와 같이. UBM ( ) Table 9 ENIG 3.89 /

로 나타났다 는 각 층에, ENPdIC 2.1 / , ENEPIG 1.5 / . Fig. 33~35 UBM

대한 접합강도 측정 결과 나타내었다.

에 층에 솔더링 한 이미지와 접합강도 측정후 파단된 표면이미지Fig. 32 NiPd UBM

를 나타내었다 도금층 전체에 솔더의 일부분이 도금층에 붙어 존재하는 것을 관찰.

할 수 있다 이는 솔더링시 도금층의 젖음성이 우수하여 도금층과 솔더의 접합이.

상다히 우수한 것으로 판단할 수 있다.

본 연구를 통해 개발하고자 한 합금도금층으로 한 층 의NiPd UBM (Au/Ni-Pd/Cu)

표면저항을 로 측정하였으며 및 층이 각각4-point probe , Au/NiPd/Cu, Nipd/Cu

이었다 개발된 층 및 층에 대한 열충1.164 / 1.22 / . NiPd UBM CuSn Bump ㅁ ㅁ

격 시험후 표면 형상 및 휘스커 성장 분석결과 과 에 나타내었다 열충격Fig. 36 37 .

시험은 규격에 따라 에서 가각 분 유지IPC-TM-659 -45±5 , 125±5 15 1cycle

로 동안 시험하였다200cycle .

층의 경우 열충격 시험 전후 표면이 거의 유사한 경향을 나타내고 있으NiPd UBM

며 휘스커 성장 또한 거의 나타나지 않았으며 층으로 도금층은 일부, Bump CuSn

부분에서 이하의 성장 모습을 관찰할 수 있었다defect 50 .

Fig. 31 Scanning electron micrograph of Electroless Ni-Pd alloy plating withFig. 31 Scanning electron micrograph of Electroless Ni-Pd alloy plating withFig. 31 Scanning electron micrograph of Electroless Ni-Pd alloy plating withFig. 31 Scanning electron micrograph of Electroless Ni-Pd alloy plating with

NiNiNiNi2+2+2+2+ and Pdand Pdand Pdand Pd

2+2+2+2+ ion ratio in plating solution. : (a) 1 : 3, (b) 1 : 2ion ratio in plating solution. : (a) 1 : 3, (b) 1 : 2ion ratio in plating solution. : (a) 1 : 3, (b) 1 : 2ion ratio in plating solution. : (a) 1 : 3, (b) 1 : 2

Table 9 Ahesion Strength of Each UBMTable 9 Ahesion Strength of Each UBMTable 9 Ahesion Strength of Each UBMTable 9 Ahesion Strength of Each UBM

Fig. 32 Scanning electron micrograph of before and after Ball Shear testFig. 32 Scanning electron micrograph of before and after Ball Shear testFig. 32 Scanning electron micrograph of before and after Ball Shear testFig. 32 Scanning electron micrograph of before and after Ball Shear test

Fig. 33 Result of Ball shear test about ENIGFig. 33 Result of Ball shear test about ENIGFig. 33 Result of Ball shear test about ENIGFig. 33 Result of Ball shear test about ENIG

Fig. 34 Result of Ball shear test about ENPdIGFig. 34 Result of Ball shear test about ENPdIGFig. 34 Result of Ball shear test about ENPdIGFig. 34 Result of Ball shear test about ENPdIG

Fig. 35 Result of Ball shear test about ENEPIGFig. 35 Result of Ball shear test about ENEPIGFig. 35 Result of Ball shear test about ENEPIGFig. 35 Result of Ball shear test about ENEPIG

Fig. 36 Scanning electron micrograph after Thermal Shock Test : UBM - NiPdFig. 36 Scanning electron micrograph after Thermal Shock Test : UBM - NiPdFig. 36 Scanning electron micrograph after Thermal Shock Test : UBM - NiPdFig. 36 Scanning electron micrograph after Thermal Shock Test : UBM - NiPd

Fig. 37 Scanning electron micrograph after Thermal Shock Test : Sump -Fig. 37 Scanning electron micrograph after Thermal Shock Test : Sump -Fig. 37 Scanning electron micrograph after Thermal Shock Test : Sump -Fig. 37 Scanning electron micrograph after Thermal Shock Test : Sump -

CuSnCuSnCuSnCuSn

제 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도제 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도제 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도제 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도4444

본 연구를 통해 개발된 범프 형성을 위한 층에 대한 평가항목별 개발결(Bump) UBM

과를 아래 에 나타내었다 개발 대상 층은 합금층으로 금속층Table 10 . UBM NiPd

내 함량이 로 최소 두께편차 로 매우 고른 금속층을 형성하였으Ni 7~10at% 1.65%

며 이때도금속도는 으로 나타났다 형성된 상의 솔더링 후, 0.27 /min . ENPdIG

결과 접합강도는 이었다 열충격 실험후 휘스커 성장은 도shear test 2.1 / . NiPd

금층으로 된 층은 거의 성장하지 않았으며 층상에 형성된 범프층UBM , UBM CuSn

의 경우 최대 크기의 휘스커가 성장였다 층 과 도30~40 . UBM (Au/NiPd/Cu) NiPd

금층의 표면저항은 이었다1.16 / , 1.22 / . ㅁ ㅁ

웨이퍼상의 금속화를 위한 웨이퍼의 전처리 공정 및 씨드층 형성에 관한 연구를Si

수행하여 두께의 무전해 동 및 니켈 등 금속화를 위한 최적공정을 도출0.1~0.2

하였으며 이후 전해 및 무전해 도금을 통해 다양한 두께의 금속층 형성이 가능하,

였다.

습식도금 공정을 이용 형성된 층 형성 및 상의 금속화 공정을 위한 전UBM Si wafer

처리 및 도금공정은 주 에서 생산중인 각종 관련 전처리제 및 무전해 도( )YMT PCB

금 공정에 적용할 수 있으며 용도에 따라 선택적 사용이 가능 할 것이다.

습식도금 방식을 사용하는 배선상에 층 형성은 등 어떠한 금속Cu UBM Cu/Au/Sn

으로든지 최종 접합층 형성이 가능하여 기존 고가의 장비 및 공정을 저Sputtering

가의 습식 도금법으로 대체하고 생산제품에 대한 신뢰성을 인증받아 기업체의 비용

절감에 더욱 유연해 질 것이다.

본 기술은 이하의 미세피치에도 무전해 도금방식 층이 대응 될 것100~200 UBM

이다 이를 통하여 현재 대부분의 건식 금속화 방식의 공정을 대체하여 다양한 각.

종 광소자에 적용될 것이며 현 생산제품에 활용 될 수 있을 것이다.

Table 10 Physical characteristic of ENPdIG UBM layerTable 10 Physical characteristic of ENPdIG UBM layerTable 10 Physical characteristic of ENPdIG UBM layerTable 10 Physical characteristic of ENPdIG UBM layer

제 장 기술지원결과의 활용계획제 장 기술지원결과의 활용계획제 장 기술지원결과의 활용계획제 장 기술지원결과의 활용계획5555

웨이퍼 및 기판 소재의 배선용 표면의 습식도금공정을 이용한 금속화 및 소자 접o

합면의 층 형성과 접합 습식처리기술을 이용 저비용의 전자부품소자의 접합용Seed

표면도금소재 및 제품개발

용 전처리액 및 공정기술 습득과 관련 를 보유o PCB, Glass, Wafer Preclean data

하여 본 사업 목표 이외 현재 연구원 진행중인 및 접합면 신뢰성 평가기술[Bump

개발 에 관한 연구과제의 기반 마련 및 심도 있는 실험진행에 활용] .

무전해 도금층과 형성된 다층 층 접합솔더 피막 층간의 여러 계면 반응을o UBM ,

다양하게 평가하기 위하여 조성 미세구조 조직 및 성분분석 등에 대한 기초 데이, ,

터를 얻었으며 이를 활용하여 지원기업의 무전해도금 공정에 적용함으로써 지원기,

업의 기술력 및 경쟁력 확보.

제 장 참고문헌제 장 참고문헌제 장 참고문헌제 장 참고문헌6666

1. Mallory G.O., Hajdu J.B. Electroless Plating: Fundamentals & Applications

// American Electroplaters and Surface Finishers Society: Orlando. F 1, 1990.

273 P

2. Ronald J. Morrissey, Palladium and Palladium-Nickel Alloy Plating, Technic

Inc., 275

3. Sergei S Kruglikov, et al, Electroless Deposition of

Palladium-Nickel-Phosphorous Alloy,.

4. Yung-Chi Lin, Effect of surfactant on electrodeposited Ni-P layer as an

under bump metallization, J, Alloys and Compounds,.

5. Nao Takano, Daisuke Niwa, Nickel deposition behavior on n-type silicon

wafer for fabricafon of minute nickel dots., Electrochemical Acta, 3263-3268.

6. Sviridov V.V., Vorobyova T.N., Gaevskaya T.V., Stepanova L.I. Electroless

Metal Deposition from Water Solution // Mn.: University, 1987. 270 P. (In

Russian).

7. Sviridov V. V., Gaevskaya T. V., Stepanova L. I., Vorobyova T. N. A

Collection of Papers.

Chemical Problems of the Development of New Materials and Technologies //

Mn,: University: V.1. Minsk, 2003. P 9-59.

8. Vorobyova T.N. Adhesion Interaction Between Electrolessly Deposited

Copper Film and Polyimide // J. Adhes. and Sci. Technol., 1997 V. 11, 2.

P. 167-182.

9. Talanin V.I., Talanin I.E. The Microdefects Classification in Semiconducting

Silicon //Semiconductor Physics, Quantum Electronics and Optoelectronics,

2003. V.6, 4, P.431- 436.

10. Wen Cho, Wei-Kuo Chin, Ching-Tung Kuo, Effects of Alcoholic

Moderators on Anisotropic Etching of Silicon in Aqueous Potassium Hydroxide

Solutions // Sensors and Actuators A., 2004. V. 116. P.353-366.

11. Vazsonyi E., Vertesy Z., Toth A. et at. Anisotropic Etching of Silicon in a

Two-Component Alkaline Solution// Micromechanics and Microengineering,

2003. V 13. P. 164-169.

12.. Moldovan C., losub N., Dascalu N, et al. Anisotropic Etching of Silicon in

a Complexant Redox Alkaline System// Sensors and Actuators A,1999. V. 58,

1. P.438-449.

13. Xia X. H., Kelly J.J, The Influence of Oxidizing Agents on the Etching and

Passivation on Silicon in KOH Solution // Elecrochim. Acta,2000. V. 45.

P.4646-4653.

14. Zubel I., Kramkowska M. Etch Rates and Morphology of Silicon (hkl)

Surfaces Etched in KOH and KOH Saturated with Isopropanol Solutions. //

Sensors and Actuators A, 2004. V.

15. Boonekamp E.P., KelIy J.J. Adsorbtion of Nanometer-Sized Palladium

Particles on Si (100) Surfaces // Langmuir, 1994. V. 10. P. 4089-4094.

16. Athavale S.N., Totlani M.K. Electroless Plating of Palladium // Metal

Finish., 1989. V.87, 1. P. 23-27.

17. Ikeda Y., Nawafune H., Mizumoto S. Cure-adhesion of Rubber to

Electroless Pd-P Alloy Deposit: Effect of P Content in Alloy // J. of Adhesion

and Adhesives, 2001. V. 21, 3. P 233-239.

18 Lim V.W., Kang E.T., Neoh K.G. Electroless Plating of Palladium and

Copper on Poly pyroll Films // Synthetic Metals, 2001. V.123. P. 107-115.

19. Kruglikov S.S., Sinyakov D.Yu., Golovchanskaya R.G. Electroless

Deposition of Palladium-Nickel-Phosphorous Alloy //AESF SUR/FIN, 2000. P

1008-1014.

20. Babich M., Nakonechna O., Semen'ko M. et. al. Correlation Between

Resistivity Characteristics and Electronic Structure Parameters of the Ni-Pd-P

Amorphous Alloys // Materials Research Society Symposium. Proceedings,

2001. V.644, P.L12.1.1-L12.1.6.

21. Okinaka Y. Hoshino H. Some Recent Topics in Gold Plating for

Electronics Applications // Gold Bull., 1998. V.31, 1. P.3-15.

22. Knoedler A, Raub E., Pfeiffer W. Gold Elecectrodeposites from

Cyanoaurate ( ) Solutions and Some Characteristics of the CyanoaurateⅢ

complexes // Plating, 1966. V.53, 6. P.765.

23. Masaberidze T.G, Burkadze Z.K., Arevadze N.G, Supatashvili G.D. Express

Method of Extraction-Photometric Determining of Gold( ) Microquantity withⅢ

Rhodamine C Usage // Georgian Engineering News. 2001. 2. C.95-98.

Documents

전자부품소자 배선용 웨이퍼 습식금속공정 기술 개발 기술지원 · 전성욱 생기원 출원중 6.66..6. 세부지원실적 항 목 지원 건수 지 원 성