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반도체 웨이퍼의 3차원 배선 가공-TSV와 협피치 전극을 중심으로-

전문가 제언: ○ 최근 일본에서는 1980년부터 반도체 칩 단자의 와이어 본딩 접속을 대신하여 Solder, Au, Ag와 Solder를 혼합한 금속을 도금하여 석출시키는 애디티브 기법을 사용하여 웨이퍼 범프 가공을 실시하고 있다. 일반적인 솔더범프 가공에서는 알루미늄 단자를 보호하기 위하여 니켈 등의 확산장벽 금속층을 중간층에 형성시켜서 솔더합금을 전해도금하여 기판과의 접속을 실시하고 있다.

○ 2016년 California 대학과 일본 Tokyo대학에서는 TSV용 3차원 배선가공 기술을 발표하였다. 3차원 이상의 합금도금은 까다롭기 때문에 무연으로써 첨가금속의 정밀도가 중요하다. Tohoku대학에서는 솔더를 법핑공정에 사용하기 위해서는 장벽 금속층의 표면에 먼저 Solder Ball을 형성시켜서 리플로우 솔더링 하는 기법도 사용하였다. 액정표시 패널 등의 드라이버 칩의 접속에 이용되며 Au범프 피치도 최소 30㎛까지 미세화를 실현하였다. 장벽층의 금속으로서 티타늄텅스텐을 사용하여 전해 금도금으로 접속에 필요한 높이의 범프를 형성시켰다.

○ 2012년 Toshiba사는 반도체 인터포저 실장용 배선폭 28nm의 습식 Cu도금기술을 개발하였다. 첨가제를 사용하는데 A제는 광택제, B제는 평활제를 사용하여 도금두께를 조정하기도 한다. 반도체에 미세한 Cu배선을 제조하기 위한 공정에서는 습식전기도금이 필수적이다. 왜냐하면 무전해 도금은 많은 첨가제를 사용하기 때문에 배선의 전기저항이 증가한다. 이에 전기저항을 줄이고 신호의 고속신뢰성 확보를 위해서는 전기도금이 유리하다.

○ 2016년 한국생산기술연구원에서는 나노습식 Cu도금기술을 개발하였다. 하지만 국내의 도금현장에서는 28nm 습식Cu전기도금 제품을 대량생산 못하고 있는 실정이다. 이유는 나노첨가제를 수입에 의존하고 있는데다 도금 전문인력과 정보시스템이 부족하여 세계적인 해외기술정보를 입수하기가 어렵기 때문이다. 이에 과거의 도금현장 경험과 이론을 겸비한 퇴직전문인력을 활용함으로써 수입대체 국산화를 이룩할 수 있을 것으로 사료된다.

저자: Takafumi FUKUSHIMA, Kang-Wook LEE, Tetsu TANAKA, Mitsumasa KOYANAGI
자료유형: 니즈학술정보