• Journal of Welding and Joining
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• 제32권3호
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• pp.11-18
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• 2014

TSV(through silicon via) filling technology is making a hole in Si wafer and electrically connecting technique between front and back of Si die by filling with conductive metal. This technology allows that a three-dimensionally connected Si die can make without a large number of wire-bonding. These TSV technologies require various engineering skills such as forming a via hole, forming a functional thin film, filling a conductive metal, polishing a wafer, chip stacking and TSV reliability analysis. This paper addresses the TSV filling using Cu electrodeposition. The impact of plating conditions with additives and current density on electrodeposition will be considered. There are additives such as accelerator, inhibitor, leveler, etc. suitably controlling the amount of the additive is important. Also, in order to fill conductive material in whole TSV hole, current wave forms such as PR(pulse reverse), PPR(periodic pulse reverse) are used. This study about semiconductor packaging will be able to contribute to the commercialization of 3D TSV technology.

• Journal of Welding and Joining
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• 제31권3호
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• pp.11-16
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• 2013

Through-silicon-via (TSV) is a major technology in microelectronics for three dimensional high density packaging. The 3-dimensional TSV technology is applied to CMOS sensors, MEMS, HB-LED modules, stacked memories, power and analog, SIP and so on which can be employed to car electronics. The copper electroplating is widely used in the TSV filling process. In this paper, the various Cu filling methods using the control of the plating process were described in detail including recent studies. Via filling behavior by each method was also introduced.

• 청정기술
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• 제17권2호
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• pp.103-109
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• 2011

전기도금의 seed layer를 형성하는 무전해 동도금 공정의 throwing power (TP)와 두께 편차를 개선하기 위한 공정 최적화 방법을 제시하였다. 실험계획법 (DOE)을 이용하여 가능한 모든 공정 인자들 가운데 TP와 두께 편차에 가장 큰 영향을 미치는 주요 인자를 파악해 보았다. 균일성을 가진 via filling을 위해서는 도금액 내의 Cu 이온의 농도를 높여주고 도금 온도를 낮추어 주는 것이 바람직한 것으로 판단되었으며 이는 표면 반응성의 측면에서 설명되었다. Kinetic Monte Carlo (MC) 모사가 이를 시각화하기 위해 도입되었으며 실험에서 관찰된 현상을 정성적으로 무리 없이 설명할 수 있었다. 실험계획법을 이용한 체계적인 실험과 이를 뒷받침하는 이론적인 모사가 결합된 본 연구의 접근법은 관련 공정에서 유용하게 활용될 수 있을 것이다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제17권3호
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• pp.79-84
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• 2010

3차원 Si 칩 패키징 공정을 위한 비아 홀(TSV: Through-Si-Via) 및 Au 시드층 형성, 전기 도금을 이용한 Cu 충전기술과 범핑 공정 단순화에 관하여 연구하였다. 비아 홀 형성을 위하여 $SF_6$ 와 $C_4F_8$ 플라즈마를 교대로 사용하는 DRIE(Deep Reactive Ion Etching) 법을 사용하여 Si 웨이퍼를 에칭하였다. 1.92 ks동안 에칭하여 직경 40 ${\mu}m$, 깊이 80 ${\mu}m$의 비아 홀을 형성하였다. 비아 홀의 옆면에는 열습식 산화법으로 $SiO_2$ 절연층을, 스퍼터링 방법으로 Ti 접합층과 Au 시드층을 형성하였다. 펄스 DC 전기도금법에 의해 비아 홀에 Cu를 충전하였으며, 1000 mA/$dm^2$ 의 정펄스 전류에서 5 s 동안, 190 mA/$dm^2$의 역펄스 조건에서 25 s 동안 인가하는 조건으로 총 57.6 ks 동안 전기도금하였다. Si 다이 상의 Cu plugs 위에 리소그라피 공정 없이 전기도금을 실시하여 Sn 범프를 형성할 수 있었으며, 심각한 결함이 없는 범프를 성공적으로 제조할 수 있었다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2015년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.136-136
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• 2015

2007년 일본에서 지갑전화나 지상파 디지털TV 방송기능을 탑재한 휴대전화개발에 힘을 쏟고 있을 무렵, 해외에서 컴퓨터에 가까운 스마트폰이라는 다기능단말기 개발이 진행되고 있었다. 스마트폰은 젊은이를 중심으로 인기가 높아지고 있다. 휴대전화를 시작으로 정밀전자기기에는 인쇄배선판(이하, PWB: Printed Wiring Board)이 내장되어 있다. PWB는 향후 하이브리드차나 전기자동차의 발전과 함께, 차량탑재 수요도 높아질 것이다. 본고에서는 PWB를 지탱하는 동 도금 Via Hole메움에 대하여 기술하였다.

• 센서학회지
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• 제22권2호
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• pp.130-135
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• 2013

This study proposed a noble process to fabricate TSV (Through Silicon Via) structure which has lower cost, shorter production time, and more simple fabrication process than plating method. In order to produce the via holes, the Si wafer was etched by a DRIE (Deep Reactive Ion Etching) process. The via hole was $100{\mu}m$ in diameter and $400{\mu}m$ in depth. A dielectric layer of $SiO_2$ was formed by thermal oxidation on the front side wafer and via hole side wall. An adhesion layer of Ti and a seed layer of Au were deposited. Soldering process was applied to fill the via holes with solder paste and metal powder. When the solder paste was used as via hole metal line, sintering state and electrical properties were excellent. However, electrical connection was poor due to occurrence of many voids. In the case of metal powder, voids were reduced but sintering state and electrical properties were bad. We tried the via hole filling process by using mixing solder paste and metal powder. As a consequence, it was confirmed that mixing rate of solder paste (4) : metal powder (3) was excellent electrical characteristics.

• 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.

• 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.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제12권2호
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• pp.129-134
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• 2005

SiP의 3D패키지에 있어서 구리도금은 매우 중요한 역할을 한다 이러한 구리 도금의 조건을 알아보기 위하여 조건이 다른 전해질에서 전기화학적 I-V특성을 분석하였다. 첨가제로 억제제와 촉진제의 특성을 분석하였다. 3D 패키지에 있어서 직경 50, 75, $100{\mu}m$의 via를 사용하였다. Via의 높이는 $100{\mu}m$로 동일하였다. Via의 내부는 확산방지층으로 Ta을 전도성 씨앗층으로 Cu를 magnetron 스퍼터링 방법으로 도포하였다. 직류, 펄스, 펄스-역펄스 등 전류의 파형을 변화시키면서 구리 도금을 하였다. 직류만 사용하였을 경우에는 결함 없이 via가 채워지지 않았으며 펄스도금을 한 경우 구리 충진이 개선을 되었으나 결함이 발생하였다. 펄스-역펄스를 사용한 경우 결함 없는 구리 충진층을 얻을 수 있었다.

• 대한금속재료학회지
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• 제50권2호
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• pp.152-158
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• 2012

The effect of current waveform on Cu filling into TSV (through-silicon via) and the bottom-up ratio of Cu were investigated for three dimensional (3D) Si chip stacking. The TSV was prepared on an Si wafer by DRIE (deep reactive ion etching); and its diameter and depth were 30 and $60{\mu}m$, respectively. $SiO_2$, Ti and Au layers were coated as functional layers on the via wall. The current waveform was varied like a pulse, PPR (periodic pulse reverse) and 3-step PPR. As experimental results, the bottom-up ratio by the pulsed current decreased with increasing current density, and showed a value of 0.38 on average. The bottom-up ratio by the PPR current showed a value of 1.4 at a current density of $-5.85mA/cm^2$, and a value of 0.91 on average. The bottom-up ratio by the 3-step PPR current increased from 1.73 to 5.88 with time. The Cu filling by the 3-step PPR demonstrated a typical bottom-up filling, and gave a sound filling in a short time.