• 한국정밀공학회지
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• 제26권12호
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• pp.9-17
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• 2009

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제54권6호
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• pp.723-733
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• 2016

반도체 배선 미세화에 의한 한계를 극복하기 위해 실리콘 관통 비아(through silicon via, TSV)를 사용한 소자의 3차원 적층에 대한 연구가 진행되고 있다. TSV 내부는 전해도금을 통해 구리로 채우며, 소자의 신뢰성을 확보하기 위해 결함 없는 TSV의 채움이 요구된다. TSV 입구와 벽면에서는 구리 전착을 억제하고, TSV 바닥에서 선택적으로 구리 전착을 유도하는 바닥 차오름을 통해 무결함 채움이 가능하다. 전해 도금액에 포함되는 유기 첨가제는 TSV 위치에 따라 국부적으로 구리 전착 속도를 결정하여 무결함 채움을 가능하게 한다. TSV의 채움 메커니즘은 첨가제의 거동에 기반하여 규명되므로 첨가제의 특성을 이해하는 연구가 선행되어야 한다. 본 총설에서는 첨가제의 작용기작을 바탕으로 하는 다양한 채움 메커니즘, TSV 채움 효율을 개선하기 위한 평탄제의 개발과 3-첨가제 시스템에서의 연구, 첨가제 작용기와 도금 방법의 수정을 통한 채움 특성의 향상에 관한 연구를 소개한다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제23권2호
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• pp.73-78
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• 2016

집적회로(Integrated Circuit) 소자의 트랜지스터(transistor) 밀도 증가는 소자에서 발생하는 열 방출(heat dissipation)의 급격한 상승을 초래하여 열 문제를 발생시키고, 이는 소자의 성능과 열적 신뢰성에 영향을 크게 미친다. 열문제의 해결방안 중 본 연구에서는 냉매를 이용한 액체 냉각방법을 연구하였으며, 실리콘 웨이퍼에 관통실리콘비아(through Si via)와 마이크로 채널(microchannel)을 딥 반응성 이온 애칭(deep reactive ion etching)로 구현한 후 유리기판과 어노딕본딩을 통하여 액체 냉각 구조를 제작하였다. 제작된 마이크로 채널 위에 Ag, Cu 또는 Cr/Au/Cu bump를 스크린프린팅(screen printing) 방법으로 형성하였고, 범프의 유무를 통해 액체 냉각 전후의 냉각 모듈의 실리콘 표면온도의 변화를 적외선현미경으로 분석하였다. Cr/Au/Cu bump가 탑재된 액체 냉각 모듈의 경우 가열온도 $200^{\circ}C$에서 냉각 전후의 실리콘 표면 온도 차이는 약 $45.2^{\circ}C$이고, 전력밀도 감소는 약 $2.8W/cm^2$ 이었다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2012년도 추계총회 및 학술대회 논문집
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• pp.123-123
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• 2012

최근 연구되고 있는 TSV(Through Silicon Via) 기술은 Si 웨이퍼 상에 직접 전기적 연결 통로인 관통홀을 형성하는 방법으로 칩간 연결거리를 최소화 할 수 있으며, 부피의 감소, 연결부 단축에 따른 빠른 신호 전달을 가능하게 한다. 이러한 TSV 기술은 최근의 초경량화와 고집적화로 대표되는 전자제품의 요구를 만족시킬 수 있는 차세대 실장법으로 기대를 모으고 있다. 한편, 납땜 재료의 주 원료인 주석은 주로 반도체 소자의 제조, 반도체 칩과 기판의 접합 및 플립 칩 (Flip Chip) 제조시의 범프 형성 등 반도체용 배선재료에 널리 사용되고 있다. 최근에는 납의 유해성 때문에 대부분의 전자제품은 무연솔더를 이용하여 제조되고 있지만, 주석을 이용한 반도체 소자가 고밀도화, 고 용량화 및 미세피치(Fine Pitch)화 되고 있기 때문에, 반도체 칩의 근방에 배치된 주석으로부터 많은 알파 방사선이 방출되어 메모리 셀의 정보를 유실시키는 소프트 에러 (Soft Error)가 발생되는 위험이 많아지고 있다. 이로 인해, 반도체 소자 및 납땜 재료의 주 원료인 주석의 고순도화가 요구되고 있으며, 특히 알파 방사선의 방출이 낮은 로우알파솔더 (Low Alpha Solder)가 요구되고 있다. 이에 따라 본 연구는 4인치 실리콘 웨이퍼상에 직경 $60{\mu}m$, 깊이 $120{\mu}m$의 비아홀을 형성하고, 비아 홀 내에 기능 박막증착 및 전해도금을 이용하여 전도성 물질인 Cu를 충전한 후 직경 $80{\mu}m$의 로우알파 Sn-1.0Ag-0.5Cu 솔더를 접합 한 후, 접합부 신뢰성 평가를 수행을 위해 고속 전단시험을 실시하였다. 비아 홀 내 미세구조와 범프의 형상 및 전단시험 후 파괴모드의 분석은 FE-SEM (Field Emission Scanning Electron Microscope)을 이용하여 관찰하였다. 연구 결과 비아의 입구 막힘이나 보이드(Void)와 같은 결함 없이 Cu를 충전하였으며, 고속전단의 경우는 전단 속도가 증가할수록 취성파괴가 증가하는 경향을 보였다. 본 연구를 통하여 전해도금을 이용한 비아 홀 내 Cu의 고속 충전 및 로우알파 솔더 볼의 범프 형성이 가능하였으며, 이로 인한 전자제품의 소프트에러의 감소가 기대된다.

• 대한금속재료학회지
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• 제48권6호
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• pp.557-564
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• 2010

Formation of Sn through-silicon-via (TSV) and its interconnection processes were studied in order to form a three-dimensional interconnection structure of chip-stack packages. Different from the conventional formation of Cu TSVs, which require a complicated Cu electroplating process, Sn TSVs can be formed easily by Sn electroplating and reflow. Sn via-filling behavior did not depend on the shape of the Sn electroplated layer, allowing a much wider process window for the formation of Sn TSVs compared to the conventional Cu TSV process. Interlocking joints were processed by intercalation of Cu bumps into Sn vias to form interconnections between chips with Sn TSVs, and the mechanical integrity of the interlocking joints was evaluated with a die shear test.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제21권4호
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• pp.91-96
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• 2014

TSV기술은 실리콘 칩에 관통 홀(through silicon via)을 형성하고, 비아 내부에 전도성 금속으로 채워 수직으로 쌓아 올려 칩의 집적도를 향상시키는 3차원 패키징 기술로서, 와이어 본딩(wire bonding)방식으로 접속하는 기존의 방식에 비해 배선의 거리를 크게 단축시킬 수 있다. 이를 통해 빠른 처리 속도, 낮은 소비전력, 높은 소자밀도를 얻을 수 있다. 본 연구에서는 웨이퍼 레벨에서의 TSV 충전 경향을 조사하기 위하여, 실리콘의 칩 레벨에서부터 4" 웨이퍼까지 전해 도금법을 이용하여 Cu를 충전하였다. Cu 충전을 위한 도금액은 CuSO4 5H2O, H2SO4 와 소량의 첨가제로 구성하였다. 양극은 Pt를 사용하였으며, 음극은 $0.5{\times}0.5 cm^2{\sim}5{\times}5cm^2$ 실리콘 칩과 4" 실리콘 wafer를 사용하였다. 실험 결과, $0.5{\times}0.5cm^2$ 실리콘 칩을 이용하여 양극과 음극과의 거리에 따라 충전률을 비교하여 전극간 거리가 4 cm일 때 충전률이 가장 양호하였다. $5{\times}5cm^2$ 실리콘 칩의 경우, 전류 공급위치로부터 0~0.5 cm 거리에 위치한 TSV의 경우 100%의 Cu충전률을 보였고, 4.5~5 cm 거리에 위치한 TSV의 경우 충전률이 약 95%로 비아의 입구 부분이 완전히 충전되지 않는 경향을 보였다. 전극에서 멀리 떨어져있는 TSV에서 Cu 충전률이 감소하였으며, 안정된 충전을 위하여 전류를 인가하는 시간을 2 hrs에서 2.5 hrs로 증가시켜 4" 웨이퍼에서 양호한 TSV 충전을 할 수 있었다.

• 한국레이저가공학회지
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• 제14권4호
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• pp.14-20
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• 2011

The advantage of using lasers for through silicon via (TSV) drilling is that they allow higher flexibility during manufacturing because vacuums, lithography, and masks are not required; furthermore, the lasers can be applied to metal and dielectric layers other than silicon. However, conventional nanosecond lasers have disadvantages including that they can cause heat affection around the target area. In contrast, the use of a picosecond laser enables the precise generation of TSVs with a smaller heat affected zone. In this study, a comparison of the thermal and crystallographic defect around laser-drilled holes when using a picosecond laser beam with varing a fluence and repetition rate was conducted. Notably, the higher fluence and repetition rate picosecond laser process increased the experimentally recast layer, surface debris, and dislocation around the hole better than the high fluence and repetition rate. These findings suggest that even the picosecond laser has a heat accumulation effect under high fluence and short pulse interval conditions. To eliminate these defects under the high speed process, the CDE (chemical downstream etching) process was employed and it can prove the possibility to applicate to the TSV industry.

• 한국정밀공학회지
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• 제31권10호
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• pp.865-871
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• 2014

Paradigm shift to 3-D chip stacking in electronic packaging has induced a lot of integration challenges due to the reduction in wafer thickness and pitch size. This study presents a hybrid bonding technology by self-alignment effect in order to improve the flip chip bonding accuracy with ultra-thin wafer. Optimization of Cu pillar bump formation and evaluation of various factors on self-alignment effect was performed. As a result, highly-improved bonding accuracy of thin wafer with a $50{\mu}m$ of thickness was achieved without solder bridging or bump misalignment by applying reflow process after thermo-compression bonding process. Reflow process caused the inherently-misaligned micro-bump to be aligned due to the interface tension between Si die and solder bump. Control of solder bump volume with respect to the chip dimension was the critical factor for self-alignment effect. This study indicated that bump design for 3D packaging could be tuned for the improvement of micro-bonding quality.

• 한국정밀공학회지
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• 제31권10호
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• pp.857-863
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• 2014

In this work, we introduce various bonding technologies for 3D package and suggest Insert-Bump bonding (ISB) process newly to stack multi-layer chips successively. Microstructure of Insert-Bump bonding (ISB) specimens is investigated with respect to bonding parameters. Through experiments, we study on find optimal bonding conditions such as bonding temperature and bonding pressure and also evaluate in the case of fluxing and no-fluxing condition. Although no-fluxing bonding process is applied to ISB bonding process, good bonding interface at $270^{\circ}C$ is formed due to the effect of oxide layer breakage.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제15권3호
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• pp.47-52
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• 2008

높은 종횡비를 갖는 비아 및 트렌치 상에 절연 막으로서 $SiO_2$를 증착하고 증착 특성 및 막의 특성을 연구하였다. 실리콘 관통 전극에서 절연 막은 전극의 벽면과 그 내부에 충진 된 물질간의 상호 확산 감소와 물질 간 접착, 전기적 절연, 디바이스로의 전기적 누수 차단 등의 역할을 해야 한다. 따라서 이러한 특성을 확인하기 위해 3종의 화학 기상 증착법인 PECVD, PETEOS, ALD을 선정하고 절연 막 증착 후 특성평가를 진행 하였다. 특성평가 항목 중 step coverage는 PECVD : <30%, PETEOS : 45%, ALD : 75%, 표면 거칠기는 PECVD : 27.8 nm, PETEOS : 2.1 nm, ALD : <2.0 nm으로 측정되어 막질의 특성은 ALD가 가장 우수하게 평가 되었으나, 실제 기술의 적용에서 가장 중요한 요소인 증착률에서 ALD는 $18\;\AA/1cycle$로서 $10\;\AA/min$ 이라는 대략적 시간이 소요되어 $5000\;\AA/min$의 증착률을 보인 PETEOS에 비해 매우 낮은 수준으로 최소 $1000\;\AA$ 이상의 두께가 요구되는 절연 막의 적용에는 어려움이 있고, 따라서 PETEOS가 본 연구에서 최적의 recipe라 평가되었다.