• 대한용접접합학회:학술대회논문집
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• 대한용접접합학회 2006년 추계학술발표대회 개요집
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• pp.190-192
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• 2006

The 3-dimensional(3D) chip stacking technology is one of the leading technologies to realize a high density and high performance system in package(SIP). It could be found that it is the advanced process of through-hole via formation with the minimum damaged on the Si-wafer. Laser ablation is very effective method to penetrate through hole on the Si-wafer because it has the advantage that formed under $100{\mu}m$ diameter through-hole via without using a mask. In this paper, we studied the optimum method for a formation of through-hole via using femto-second laser heat sources. Furthermore, the processing parameters of the specimens were several conditions such as power of output, pulse repetition rate as well as irradiation method and time. And also the through-hole via form could be investigated and analyzed by microscope and analyzer.

• 대한전자공학회:학술대회논문집
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• 대한전자공학회 2006년도 하계종합학술대회
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• pp.595-596
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• 2006

A novel Si via structure is suggested and fabricated for 3D MEMS package using the doped silicon as an interconnection material. Oxide isolations which define Si via are formed simultaneously when fabricating the MEMS structure by using DRIE and oxidation. Silicon Direct Bonding Multi-stacking process is used for stacked package, which consists of a substrate, MEMS structure layer and a cover layer. The bonded wafers are thinned by lapping and polishing. A via with the size of $20{\mu}m$ is fabricated and the electrical and mechanical characteristics of via are under testing.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제17권1호
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• pp.69-73
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• 2010

Through-silicon-via (TSV)를 포함하고 있는 3차원 적층 반도체 패키지에서 구조적 변수에 따른 열응력의 변화를 살펴보기 위하여 유한요소해석을 수행하였다. 이를 통하여 TSV를 포함하고 있는 3차원 적층 반도체 패키지에서 웨이퍼 간 접합부의 지름, TSV 지름, TSV 높이, pitch 변화에 따른 열응력의 변화를 예측하였다. 최대 von Mises 응력은 TSV의 가장 위 부분과 Cu 접합부, Si, underfill 계면에서 나타났다. TSV 지름이 증가할 때, TSV의 가장 위 부분에서의 von Mises 응력은 증가하였다. Cu 접합부 지름이 증가할 때, Si과 Si 사이의 Cu 접합부가 Si, underfill과 만나는 부분에서 von Mises 응력이 증가하였다. Pitch가 증가할 때에도, Si과 Si 사이의 Cu 접합부가 Si, underfill과 만나는 부분에서 von Mises 응력이 증가하였다. 한편, TSV 높이는 von Mises 응력에 크게 영향을 미치지 못하였다. 따라서 TSV 지름이 작을수록, 그리고 pitch가 작을수록 기계적 신뢰성은 향상되는 것으로 판단된다.

• 대한금속재료학회지
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• 제49권5호
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• pp.388-394
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• 2011

High speed copper filling into TSV (through-silicon-via) for three dimensional stacking of Si chips was investigated. For this study, a tapered via was prepared on a Si wafer by the DRIE (deep reactive ion etching) process. The via had a diameter of 37${\mu}m$ at the via opening, and 32${\mu}m$ at the via bottom, respectively and a depth of 70${\mu}m$. $SiO_2$, Ti, and Au layers were coated as functional layers on the via wall. In order to increase the filling ratio of Cu into the via, a PPR (periodic pulse reverse) wave current was applied to the Si chip during electroplating, and a PR (pulse reverse) wave current was applied for comparison. After Cu filling, the cross sections of the vias was observed by FE-SEM (field emission scanning electron microscopy). The experimental results show that the tapered via was filled to 100% at -5.85 mA/$cm^2$ for 60 min of plating by PPR wave current. The filling ratio into the tapered via by the PPR current was 2.5 times higher than that of a straight via by PR current. The tapered via by the PPR electroplating process was confirmed to be effective to fill the TSV in a short time.

• JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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• 제3권3호
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• pp.114-121
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• 2003

Through comparing stress state of TEOS and SiLK-embedded structures, the effect of low-k materials on stress and stress distribution in via-line structures were investigated using three-dimensional finite element analyses. In the case of TEOS-embedded via-line structures, hydrostatic stress was concentrated at the via and the top of the lines, where the void was suspected to nucleate. On the other hand, in the via-line structures integrated with SiLK, large von-Mises stress is maintained at the via, thus deformation of via is expected as the main failure mode. A good correlation between the calculated results and experimentally observed failure modes according to dielectric materials was obtained.

• 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.

• Journal of Welding and Joining
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• 제32권3호
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• pp.68-73
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• 2014

Among through silicon via (TSV) technologies, for replacing Cu filling method, the method of molten solder filling has been proposed to reduce filling cost and filling time. However, because Sn alloy which has a high coefficient of thermal expansion (CTE) than Cu, CTE mismatch between Si and molten solder induced higher thermal stress than Cu filling method. This thermal stress can deteriorate reliability of TSV by forming defects like void, crack and so on. Therefore, we fabricated SiC composite filling material which had a low CTE for reducing thermal stress in TSV. To add SiC nano particles to molten solder, ball-typed SiC clusters, which were formed with Sn powders and SiC nano particles by ball mill process, put into molten Sn and then, nano particle-dispersed SiC composite filling material was produced. In the case of 1 wt.% of SiC particle, the CTE showed a lowest value which was a $14.8ppm/^{\circ}C$ and this value was lower than CTE of Cu. Up to 1 wt.% of SiC particle, Young's modulus increased as wt.% of SiC particle increased. And also, we observed cross-sectioned TSV which was filled with 1 wt.% of SiC particle and we confirmed a possibility of SiC composite material as a TSV filling material.

• 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.

• 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.

• 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.