• 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.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제27권3호
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• pp.137-140
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• 2014

With the recent advent of through silicon via (TSV) technology, wafer level-TSV interconnection become feasible in high volume manufacturing. To increase the manufacturing productivity, it is required to develop equipment for backside passivation layer deposition for TSV wafer bonding process with high deposition rate and low film stress. In this research, we investigated the relationship between process parameters and the induced wafer stress of PECVD silicon nitride film on 300 mm wafers employing statistical and artificial intelligence modeling. We found that the film stress increases with increased RF power, but the pressure has inversely proportional to the stress. It is also observed that no significant stress change is observed when the gas flow rate is low.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2008년도 추계학술대회 초록집
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• pp.18-18
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• 2008

3차원 패키징 System In Package (SIP)구조에서 Chip to Chip 단위 Interconnection 역할을 하는 Through Silicon Via(TSV)를 형성하기 위하여 Pulsating RF bias가 장착된 Inductively Coupled Plasma Etcher 장비를 이용하였다. 이 Pulsating 플라즈마 공정 방법은 주기적인 펄스($50{\sim}500Hz$)와 듀티($20{\sim}99%$) cycle 조절이 가능하며, 플라즈마 에칭특성에 영향을 주는 플라즈마즈마 발생 On/Off타임을 조절할 수 있다. 예를 들면, 플라즈마 발생 Off일 경우에는 이온(SFx+, O+)과 래디컬(SF*, F*, O*)의 농도 및 활성도를 급격하게 줄이는 효과를 얻을 수가 있는데, 이러한 효과는 식각 에칭시, 이온폭격의 손상을 급격하게 줄일 수 있으며, 실리콘 표면과 래디컬의 화학적 반응을 조절하여 에칭 측벽 식각 보호막 (SiOxFy : Silicon- Oxy- Fluoride)을 형성하는데 영향을 미친다. 그리고, TSV 형성에 있어서 큰 문제점으로 지적되고 있는 언더컷과 수평에칭 (Horizontal etching)을 개선하기 위한 방법으로, Black-Siphenomenon을 이번 실험에 적용하였다. 이 Black-Si phenomenon은 Bare Si샘플을 이용하여, 언더컷(Undercut) 및 수평 에칭 (Horizontal etching)이 최소화 되는 공정 조건을 간편하게 평가 할 수 있는 방법으로써, 에칭 조건 및 비율을 최적화하는 데 효율적이었다. 결과적으로, Pulsating RF bias가 장착된 Inductively Coupled Plasma Etcher 장비를 이용한 에칭실험은 펄스 주파수($50{\sim}500Hz$)와 듀티($20{\sim}99%$) cycle 조절이 가능하여, 이온(SFx+, O+)과 래디컬(SF*, F*, O*)의 농도와 활성화를 조절 하는데 효과적이었으며, Through Silicon Via (TSV)를 형성 하는데 있어서 Black-Si phenomenon 적용은 기존의 Continuous 플라즈마 식각 결과보다 향상된 에칭 조건 및 에칭 프로파일 결과를 얻는데 효과적이었다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제22권2호
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• pp.27-31
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• 2015

고성능 소자의 전력밀도가 증가함에 따라 소자의 열 관리는 주요 핵심 기술로 부각되었고, 기존의 heat sink나 TIM(thermal interface material)으로는 소자의 열 문제를 해결하는데 한계가 있다. 이에 최근에는 열 유속(heat flux)을 증가시키고자 액체 냉각 시스템에 관한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 본 연구에서는 TSV(through Si via)와 microchannel을 이용하여 칩 레벨 액체 냉각 시스템을 제작하고 시스템의 냉각 특성을 분석하였다. TSV와 microchannel은 Si 웨이퍼에 DRIE(deep reactive ion etching)을 이용하여 공정하였고, 3가지 다른 형상의 TSV를 제작하여 TSV 형상이 냉각 효율에 미치는 영향을 분석하였다. TSV와 microchannel 내 액체흐름 형상은 형광현미경으로 관찰하였고, 액체 냉각에 대한 효율은 실온에서 $300^{\circ}C$까지 시편을 가열하면서 적외선현미경을 이용하여 온도를 측정 분석하였다.

• 대한금속재료학회지
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• 제48권7호
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• pp.667-673
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• 2010

Copper filling into TSV (through-silicon-via) and reduction of the filling time for the three dimensional chip stacking were investigated in this study. A Si wafer with straight vias - $30\;{\mu}m$ in diameter and $60\;{\mu}m$ in depth with $200\;{\mu}m$ pitch - where the vias were drilled by DRIE (Deep Reactive Ion Etching) process, was prepared as a substrate. $SiO_2$, Ti and Au layers were coated as functional layers on the via wall. In order to reduce the time required complete the Cu filling into the TSV, the PPR (periodic pulse reverse) wave current was applied to the cathode of a Si chip during electroplating, and the PR (pulse-reverse) wave current was also applied for a comparison. The experimental results showed 100% filling rate into the TSV in one hour was achieved by the PPR electroplating process. At the interface between the Cu filling and Ti/ Au functional layers, no defect, such as a void, was found. Meanwhile, the electroplating by the PR current showed maximum 43% filling ratio into the TSV in an hour. The applied PPR wave form was confirmed to be effective to fill the TSV in a short time.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2015년도 추계학술대회 논문집
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• pp.191-191
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• 2015

반도체 소자 성능 향상을 위한 3차원 TSV배선 공정이 연구되었다. 전기도금을 이용한 TSV 공정 시 기존에는 황산 구리 수용액내에 억제제, 가속제, 평탄제등을 첨가한 복잡한 전해질이 사용되었지만 본 연구에서는 억제제만을 이용하여 Cu bottom-up filling에 성공하여 전해질의 조성을 단순화 시켰다.

• 한국표면공학회지
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• 제47권2호
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• pp.68-74
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• 2014

The seed step-coverage enhancement process (SSEP) using Pd/Cu/PVP colloids was investigated for the filling of through silicon via (TSV) without void. TEM analysis showed that the Pd/Cu nano-particles were well dispersed in aqueous solution with the average diameter of 6.18 nm. This Pd/Cu nano-particles were uniformly deposited on the substrate of Si/$SiO_2$/Ti wafer using electrophoresis with the high frequency Alternating Current (AC). After electroless Cu deposition on the substrate treated with Pd/Cu/PVP colloids, the adhesive property between deposited Cu layer and substrate was evaluated. The Cu deposit obtained by SSEP with Pd/Cu/PVP colloids showed superior adhesion property to that on Pd ion catalyst-treated substrate. Finally, by implementing the SSEP using Pd/Cu/PVP colloids, we achieved 700% improvement of step coverage of Cu seed layer compared to PVD process, resulting in void-free filling in high aspect ratio TSV.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제20권3호
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• pp.1-6
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• 2013

TSV는 그동안 3D IC 적층을 하는데 핵심 기술로 많이 연구되어 왔고, RC delay를 줄여 소자의 성능을 향상시키고, 전체 시스템 사이즈를 줄일 수 있는 기술로 각광을 받아왔다. 최근에는 TSV를 전기적 연결이 아닌 소자의 열관리를 위한 구조로 연구되고 있다. TSV를 이용한 liquid cooling 시스템 개발은 TSV 제조, TSV 디자인 (aspect ratio, size, distribution), 배선 밀도, microchannel 제조, sealing, 그리고 micropump 제조까지 풀어야 할 과제가 아직 많이 남아있다. 그러나 TSV를 이용한 liquid cooling 시스템은 열관리뿐 아니라 신호 대기시간(latency), 대역폭(bandwidth), 전력 소비(power consumption), 등에 크게 영향을 미치기 때문에 3D IC 적층 기술의 장점을 최대로 이용한 차세대 cooling 시스템으로 지속적인 개발이 필요하다.

• 대한용접접합학회:학술대회논문집
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• 대한용접접합학회 2007년 추계학술발표대회 개요집
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• pp.229-231
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• 2007

Recently, 3D-electronic packaging by TSV is in interest. TSV(Through Silicon Via) is a interconnection hole on Si-wafer filled with conducting metal such as Copper. In this research, chips with TSV are connected by electroplated Sn bump without PR. Then chips with TSV are put together and stacked by the methode of Reflow soldering. The stacking was successfully done and had no noticeable defects. By eliminating PR process, entire process can be reduced and makes it easier to apply on commercial production.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제16권3호
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• pp.19-24
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• 2009

3차원 패키지용 고종횡비 TSV(through-Si via)를 이용한 배선 공정에서 via 충진을 위한 대표적인 방법중의 하나가 via 내부에 $SiO_2$ 절연막을 형성한 다음 Sputtering법으로 접착/확산방지막 및 씨앗층을 형성하고 전해도금법으로 Cu를 충진하는 방법이다. 본 연구에서는 Cu 박막과 $SiO_2$ 절연막 사이에 reactive sputtering법으로 증착한 $TaN_x$ 박막의 조성에 따른 접착특성 및 확산방지막특성을 연구하였다. $TaN_x$ 박막의 질소함량에 따른 Cu 박막과 $SiO_2$ 절연막사이의 접착력을 $180^{\circ}$ peel test와 topple test를 이용하여 정량적으로 측정하였다. $TaN_x$ 박막 내 질소함량이 증가함에 따라 접착력은 더욱 증가하였는데, 이는 질소함량이 증가함에 따라 $TaN_x$ 박막과 $SiO_2$ 절연막사이의 계면에서 계면반응물의 생성이 증가하였기 때문으로 해석된다. 고온에서 열처리를 통하여 Cu에 대한 확산방지막으로서의 특성을 조사한 결과, $TaN_x$ 박막은 Ta 박막에 비하여 우수한 Cu에 대한 확산방지 특성을 보였으며 N/Ta성분비 1.4까지는 $TaN_x$ 박막내 질소함량의 증가에 따라 확산방지특성도 향상되었다.