• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.17 no.1
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• pp.69-73
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• 2010

Finite-element analyses were conducted to investigate the thermal stress in 3-dimensional stacked wafers package containing through-silicon-via (TSV), which is being widely used for 3-Dimensional integration. With finite element method (FEM), thermal stress was analyzed with the variation of TSV diameter, bonding diameter, pitch and TSV height. It was revealed that the maximum von Mises stresses occurred at the edge of top interface between Cu TSV and Si and the Si to Si bonding site. As TSV diameter increased, the von Mises stress at the edge of TSV increased. As bonding diameter increased, the von Mises stress at Si to Si bonding site increased. As pitch increased, the von Mises stress at Si to Si bonding site increased. The TSV height did not affect the von Mises stress. Therefore, it is expected that smaller Cu TSV diameter and pitch will ensure mechanical reliability because of the smaller chance of plastic deformation and crack initiation.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.179-179
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• 2011

관통전극(TSV, Trough Silicon Via) 기술은 전자부품의 소형화, 고성능화, 생산성 향상을 이룰 수 있는 기술이다. Cu는 현재 배선 기술에 적용되고 있고 전기적 저항이 낮아서 TSV filling 재료로 사용된다. 하지만 확산 방지막에 의해 완벽히 감싸지지 않는다면, Cu+은 빠르게 절연막을 통과하여 Si 웨이퍼로 확산된다. 이런 현상은 절연막의 누설과 소자의 오동작 등의 신뢰성 문제를 일으킬 수 있다. 현재 TSV의 제조와 열 및 기계적 응력에 관한 연구는 활발히 진행되고 있으나 Biased-Thermal Stress(BTS) 조건하의 Cu 확산에 관한 연구는 활발하지 않는 것이 실정이다. 이를 위해 본 연구에서는 TSV용 Cu 확산 방지막 Ti에 대해 Cu+의 drift 억제 특성을 조사하였다. 실험을 위해 Cu/확산 방지막/Thermal oxide/n-type Si의 평판 구조를 제작하였고 확산 방지막의 두께에 따른 영향을 조사하기 위해 Ti의 두께를 10 nm에서 100 nm까지 변화하였으며 기존 Cu 배선 공정에서 사용되는 확산 방지막 Ta와 비교하였다. 그리고 Cu+의 drift 측정을 위해 Biased-Thermal Stress 조건(Thermal stress: $275^{\circ}C$, Bias stress: +2MV/cm)에서 Capacitance 및 Timedependent dielectric breakdown(TDDB)를 측정하였다. 그 결과 Time-To Failure(TTF)를 이용하여 Cu+의 drift를 측정할 수 있었으며, 확산 방지막의 두께가 증가할수록 TTF가 증가하였고 물질에 따라 TTF가 변화하였다. 따라서 평판 구조를 이용한 본 실험의 Cu+의 drift 측정 방법은 향후 TSV 구조에서도 적용 가능한 방법으로 생각된다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2015.11a
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• pp.343-343
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• 2015

고종횡비의 실리콘 관통전극(TSV)은 반도체 3차원 적층을 실현하기 위한 핵심적인 기술이다. TSV의 충전은 주로 전해도금을 이용하는데 무결함 충전을 위해서 도금액에 몇 가지 첨가제(억제제, 가속제, 평탄제)가 포함된다. 본 연구에서는 첨가제 유무 따른 비아 충전 양상 및 무결함 충전에 대한 연구를 진행하였다. 비아 충전 공정을 위해서 직경 10 um, 깊이 50 um의 TSV가 패터닝된 웨이퍼를 준비하였으며 도금 후 단면을 관찰하여 도금의 양상을 비교하였다. 도금액에 첨가제가 포함되지 않는 조건, 억제제와 가속제만 포함된 조건, 세 가지 첨가제가 모두 포함된 조건으로 비아 충전을 실행하였으며 최종적으로 무결함 충전이 되는 첨가제 조건을 찾을 수 있었다.