언더필 재료를 사용하는 Cu/Low-K 플립 칩 패키지 공정에서 신뢰성 향상 연구

Reliability Improvement of Cu/Low K Flip-chip Packaging Using Underfill Materials

현대 전자 산업에서Cu/Low-K공정의 도입을 통해 반도체 칩의 소형화 및 전기적 성능 향상이 가능해졌으나, Cu/Low-K는 기존의 반도체 제조 공정에 사용된 물질에 비해 물리적으로 매우 취약해진 단점을 가지고 있어 칩 제조 공정 과 패키지 공정에서 많은 문제를 유발하고 있다. 특히, 온도 사이클 후, Cu 층과 Low-K 유전층 사이의 박리현상은 주요 불량 현상의 하나이다. Cu/Low-K층은 플립 칩 패드의 상부에 위치하기 때문에 플립 칩이 받는 스트레스가 직접적으로 Cu/Low-K층에 영향을 주고 있다. 이런 문제를 해결하기 위한 언더필 공정이나 언더필 물질의 개선이 필요하게 되었고 특히, 플립 칩 에 대한 스트레스를 줄이고 솔더 범프를 보호하기 위한 언더필의 선택이 중요하게 되었다. 90 nm Cu/Low-K 플립 칩 패키지의 온도 사이클 후 발생한 박리 문제를 적합한 언더필 선택을 통해 해결하였다.

The size reduction of the semiconductor chip and the improvement of the electrical performance have been enabled through the introduction of the Cu/Low-K process in modern electronic industries. However, Cu/Low-K has a disadvantage of the physical properties that is weaker than materials used for existing semiconductor manufacture process. It causes many problems in chip manufacturing and package processes. Especially, the delamination between the Cu layer and the low-K dielectric layer is a main defect after the temperature cycles. Since the Cu/Low-K layer is located on the top of the pad of the flip chip, the stress on the flip chip affects the Cu/Low-K layer directly. Therefore, it is needed to improve the underfill process or materials. Especially, it becomes very important to select the underfill to decrease the stress at the flip-chip and to protect the solder bump. We have solved the delamination problem in a 90 nm Cu/Low-K flip-chip package after the temperature cycle by selecting an appropriate underfill.