UBM이란 반도체칩의 Al 또는 Cu 전극상에 직접 솔더 또는 Au 범프를 형성하기 어렵기 때문에 접착이 용이하고 칩으로의 확산을 방지하도록 전극과 범프간에 형성하는 다층 금속층으로서 접합층, 확산방지층, wettable 층의 세가지 층으로 구성됩니다.
(1) UBM의 역할과 조건
UBM층을 설계하고 제작할 때의 고려사항은 다음과 같습니다.
․ 웨이퍼상의 칩패드 최종 금속층이나 패시베이션 층과 접착력이 좋아야함
․ 칩패드 최종 금속층과 범프간에 전기저항이 낮아야함
․ 솔더의 확산을 효과적으로 방지하여야함
․ UBM의 최종층은 솔더와 Wetting성이 좋아야함
․ 외부로부터 IC 금속배선을 보호하여야함
․ Si 웨이퍼에 작용하는 응력을 최소화하여야함
․ 테스트가 끝난 probed 웨이퍼에 적용가능하여야함
(2) UBM 시스템
첫 번째는 Cr/Cr-Cu/Cu 시스템으로 Evaporation이나 스퍼터링 방법을 이용하여 증착하는 것으로 IBM, Motorola, MCNC, Unitive 등에서 많이 사용하고 있습니다. 이 구조는 60년대에 이래 오랫동안 사용되어 왔기 때문에 고용융점 솔더에서는 높은 신뢰성을 가지는 UBM 구조입니다. 그러나 증착방법을 이용하므로 범핑가격이 높고 Sn의 함량이 높은 저용융점을 솔더의 경우 Cr-Cu 합금내의 Cu와 Sn의 반응으로 금속간 화합물(IMC)을 형성하여 접착력을 약화시키고 범프의 박리와 같은 불량을 야기시키는 단점이 있습니다.
두 번째는 TiW/Cu 미니범프 시스템으로 솔더를 전해도금방식으로 증착하는 경우에 많이 사용됩니다. 이 시스템은 IZM, 모토롤라, Citizen 등에서 솔더의 증착방법으로 전해도금을 사용하는 경우에 주로 사용되는 UBM 시스템이며 여기서 Cu 미니범프는 Reflow 중 발생하는 금속간화합물의 성장을 충분히 고려하여 Cu 층을 약 5～10um 두께로 형성시킨 두꺼운 Cu 층을 말합니다. 이 재료들은 PbSn 공정솔더에서 사용되고 있으나 현재 안정성 측면에서 신뢰도가 떨어지는 것이 단점입니다. LCD 구동 IC를 전해도금방법으로 금범핑하는 경우에는 TiW/Au UBM을 많이 사용합니다.
세 번째는 Al/NiV/Cu 시스템으로 FCD(구 FCT), 앰코 등에서 적용중에 있습니다. 이 UBM 시스템은 Cu가 완전히 소모되고 난 뒤에 솔더와 Ni이 직접 만나게 되는데 Ni이 솔더와의 Wetting성이 양호하기 때문에 현재 솔더 범핑 시장에서 가장 많이 사용되고 있습니다.
네 번째는 무전해 도금된 Ni UBM 은 PacTech, ICI등에서 적용하고 있는 것을 가격이 저렴한 것이 장점이나 probed 웨이퍼에 사용이 곤란하고 신뢰성 확보와 미세피치에 대응이 어렵다는 단점이 있습니다.
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