• 전자공학회논문지
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• 제50권1호
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• pp.131-136
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• 2013

칩 적층기술의 발달로 TSV(Through Silicon Via) 기반 3D IC가 개발되었다. 3D IC의 높은 신뢰성과 수율을 얻기 위해서는 pre-bond 와 post-bond 수준에서 다양한 TSV 테스트가 필수적이다. 본 논문에서는 pre-bond 다이의 TSV 연결부에서 발생하는 미세한 고장과 post-bond 적층된 3D IC의 TSV 연결선에서 발생하는 다양한 고장을 테스트할 수 있는 설계기술을 소개한다. IEEE 1500 표준 기반의 래퍼셀을 보완하여 TSV 기반 3D IC pre-bond 및 post-bond의 at speed test를 통하여 known-good-die와 무결점의 3D IC를 제작하고자 한다.

• 전기학회논문지
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• 제63권12호
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• pp.1710-1715
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• 2014

In this paper, we propose a novel on-chip test logic for TSV fault detection in 3-dimensional integrated circuits. The proposed logic called OTT realizes the input signal delay-based TSV test method introduced earlier. OTT only includes one F/F, two MUXs, and some additional logic for signal delay. Thus, it requires small silicon area suitable for TSV testing. Both pre-bond and post-bond TSV tests are able to use OTT for short or open fault as well as small delay fault detection.

• JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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• 제16권2호
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• pp.226-235
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• 2016

The yield of 3D stacked IC manufacturing improves with the pre-bond integrity testing of through silicon vias (TSVs). In this paper, an efficient pre-bond test method is presented based on IEEE std. 1500, which can precisely diagnose any happening of TSV defects. The IEEE std. 1500 wrapper cells are augmented for the proposed method. The pre-bond TSV test can be performed by adjusting the driving strength of TSV drivers and the test clock frequency. The experimental results show the advantages of the proposed approach.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2016년도 추계학술대회 논문집
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• pp.128-128
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• 2016

Cu 배선폭 미세화 기술은 반도체 디바이스의 성능 향상을 위한 핵심 기술이다. 현재 배선 기술은 lithography, deposition, planarization등 종합적인 공정 기술의 발전에 따라 10x nm scale까지 감소하였다. 하지만 지속적인 feature size 감소를 위하여 요구되는 높은 공정 기술 및 비용과 배선폭 미세화로 인한 재료의 물리적 한계로 인하여 배선폭 미세화를 통한 성능의 향상에는 한계가 있다. 배선폭 미세화를 통한 2차원적인 집적도 향상과는 별개로 chip들의 3차원 적층을 통하여 반도체 디바이스의 성능 향상이 가능하다. 칩들의 3차원 적층을 위해서는 별도의 3차원 배선 기술이 요구되는데, TSV(through-Si-via)방식은 Si기판을 관통하는 via를 통하여 chip간의 전기신호 교환이 최단거리에서 이루어지는 가장 진보된 형태의 3차원 배선 기술이다. Si 기판에 $50{\mu}m$이상 깊이의 via 및 seed layer를 형성 한 후 습식전해증착법을 이용하여 Cu 배선이 이루어지는데, via 내부 Cu ion 공급 한계로 인하여 일반적인 공정으로는 void와 같은 defect가 형성되어 배선 신뢰성에 문제를 발생시킨다. 이를 해결하기 위해 각종 유기 첨가제가 사용되는데, suppressor를 사용하여 Si 기판 상층부와 via 측면벽의 Cu 증착을 억제하고, accelerator를 사용하여 via 바닥면의 Cu 성장속도를 증가시켜 bottom-up TSV filling을 유도하는 방식이 일반적이다. 이론적으로, Bottom-up TSV filling은 sample 전체에서 Cu 성장을 억제하는 suppressor가 via bottom의 강한 potential로 인하여 국부적 탈착되고 via bottom에서만 Cu가 증착되어 되어 이루어지므로, accelerator가 없이도 void-free TSV filling이 가능하다. Accelerator가 Suppressor를 치환하여 오히려 bottom-up TSV filling을 방해한다는 보고도 있었다. 본 연구에서는 유기 첨가제의 치환으로 인한 TSV filling performance 저하를 방지하고, 유기 첨가제 조성을 단순화하여 용액 관리가 용이하도록 하기 위하여 suppressor만을 이용한 TSV filling 연구를 진행하였다. 먼저, suppressor의 흡착, 탈착 특성을 이해하기 위한 연구가 진행되었고, 이를 바탕으로 suppressor만을 이용한 bottom-up Cu TSV filling이 진행되었다. 최종적으로 $60{\mu}m$ 깊이의 TSV를 1000초 내에 void-free filling하였다.

• 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.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2018년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.140-140
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• 2018

The 3D interconnect technologies have been appeared, as the density of Integrated Circuit (IC) devices increases. Through Silicon Via (TSV) process is an important technology in the 3D interconnect technologies. And the process is used to form a vertically electrical connection through silicon dies. This TSV process has some advantages that short length of interconnection, high interconnection density, low electrical resistance, and low power consumption. Because of these advantages, TSVs could improve the device performance higher. The fabrication process of TSV has several steps such as TSV etching, insulator deposition, seed layer deposition, metallization, planarization, and assembly. Among them, TSV metallization (i.e. TSV filling) was core process in the fabrication process of TSV because TSV metallization determines the performance and reliability of the TSV interconnect. TSVs were commonly filled with metals by using the simple electrochemical deposition method. However, since the aspect ratio of TSVs was become a higher, it was easy to occur voids and copper filling of TSVs became more difficult. Using some additives like an accelerator, suppressor and leveler for the void-free filling of TSVs, deposition rate of bottom could be fast whereas deposition of side walls could be inhibited. The suppressor was adsorbed surface of via easily because of its higher molecular weight than the accelerator. However, for high aspect ratio TSV fillers, the growth of the top of via can be accelerated because the suppressor is replaced by an accelerator. The substitution of the accelerator and the suppressor caused the side wall growth and defect generation. The suppressor was used as Single additive electrodeposition of TSV to overcome the constraints. At the electrochemical deposition of high aspect ratio of TSVs, the suppressor as single additive could effectively suppress the growth of the top surface and the void-free bottom-up filling became possible. Generally, copper was used to fill TSVs since its low resistivity could reduce the RC delay of the interconnection. However, because of the large Coefficients of Thermal Expansion (CTE) mismatch between silicon and copper, stress was induced to the silicon around the TSVs at the annealing process. The Keep Out Zone (KOZ), the stressed area in the silicon, could affect carrier mobility and could cause degradation of the device performance. Cobalt can be used as an alternative material because the CTE of cobalt was lower than that of copper. Therefore, using cobalt could reduce KOZ and improve device performance. In this study, high-aspect ratio TSVs were filled with cobalt using the electrochemical deposition. And the filling performance was enhanced by using the suppressor as single additive. Electrochemical analysis explains the effect of suppressor in the cobalt filling bath and the effect of filling behavior at condition such as current type was investigated.

• 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.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제47권11호
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• pp.23-29
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• 2010

메모리칩의 제조 과정에서 발생하는 불량 칩 중 한 두개 비트의 결함이 있는 여러 개의 칩들을 모아서 정상 동작하는 메모리 시스템을 구성하는 방법을 제시한다. 여기에서 제시하는 메모리 시스템은 여러 개의 결함 있는 메모리칩을 겹쳐 쌓은 3차원 다층 구조를 가진다. 이들 칩 간의 신호 선은 through silicon via (TSV)를 통하여 연결한다. 각 칩의 결함이 있는 메모리 셀이 포함된 구역이 칩 마다 서로 다르도록 칩을 분류하여 선택한다. 이 메모리들의 결함이 없는 셀 구역만을 모아 조합하여 전체가 결함이 없는 메모리 시스템이 되도록 한다. 독립적인 주소지정 가능한 n 개의 storage block을 가진 메모리 각각에 k 개의 결함 있는 storage block이 있는 경우 k+1 개의 여유 칩이 조합되어야 한다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제18권4호
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• pp.49-53
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• 2011

TSV(through-silicon-via)를 이용한 3차원 Si 칩 패키징 공정 중 전기 도금을 이용한 비아 홀 내 Cu 고속 충전과 범핑 공정 단순화에 관하여 연구하였다. DRIE(deep reactive ion etching)법을 이용하여 TSV를 제조하였으며, 비아홀 내벽에 $SiO_2$, Ti 및 Au 기능 박막층을 형성하였다. 전도성 금속 충전에서는 비아 홀 내 Cu 충전율을 향상시키기 위하여 PPR(periodic-pulse-reverse) 전류 파형을 인가하였으며, 범프 형성 공정에서는 리소그라피(lithography) 공정을 사용하지 않는 non-PR 범핑법으로 Sn-3.5Ag 범프를 형성하였다. 전기 도금 후, 충전된 비아의 단면 및 범프의 외형을 FESEM(field emission scanning electron microscopy)으로 관찰하였다. 그 결과, Cu 충전에서는 -9.66 $mA/cm^2$의 전류밀도에서 60분간의 도금으로 비아 입구의 도금층 과성장에 의한 결함이 발생하였고, -7.71 $mA/cm^2$에서는 비아의 중간 부분에서의 도금층 과성장에 의한 결함이 발생하였다. 또한 결함이 생성된 Cu 충전물 위에 전기 도금을 이용하여 범프를 형성한 결과, 범프의 모양이 불규칙하고, 균일도가 감소함을 나타내었다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제19권2호
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• pp.55-59
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• 2012

TSV 비아필링 과정이 진행되는 동안 내부에 void나 seam과 같은 결함이 빈번하게 발견되고 있다. 결함 없는 구리 비아필링을 위해서는 용액 내에 가속제, 억제제, 평활제 등의 유기물 첨가제가 필요하다. 공정과정중 유기물 첨가제의 분해로 인한 부산물로부터 기인한 오염은 디바이스의 신뢰도나 용액의 수명을 감소시키는 요인이 된다. 본 연구에서는 첨가제의 사용량을 줄이기 위하여 가속제와 억제제를 사용하지 않고 평활제만을 이용한 구리 비아필링에 관한 연구를 진행하였다. 세가지 종류의 첨가제(janus green B, methylene violet, diazine black)를 이용한 구리 전착에 관한 연구를 수행하였다. 각각의 첨가제에 따른 전기화학적 거동을 분석한 결과 도금속도적 측면에서 차이를 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 비아필링 진행 후 단면을 분석하여 각각의 평활제가 비아필링에 미치는 영향을 확인하였으며, 그 특성은 다르게 나타나는 것을 확인할 수 있었다.