• 한국표면공학회지
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• 제56권3호
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• pp.180-184
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• 2023

Scholars have proposed wafer-level bonding and three-dimensional (3D) stacked integrated circuit (IC) and have investigated Cu-Cu bonding to overcome the limitation of Moore's law. However, information about quantitative Cu-Cu direct-bonding conditions, such as temperature, pressure, and interfacial adhesion energy, is scant. This study determines the optimal temperature and pressure for Cu-Cu bonding by varying the bonding temperature to 100, 150, 200, 250, and 350 ℃ and pressure to 2,303 and 3,087 N/cm². Various conditions and methods for surface treatment were performed to prevent oxidation of the surface of the sample and remove organic compounds in Cu direct bonding as variables of temperature and pressure. EDX experiments were conducted to confirm chemical information on the bonding characteristics between the substrate and Cu to confirm the bonding mechanism between the substrate and Cu. In addition, after the combination with the change of temperature and pressure variables, UTM measurement was performed to investigate the bond force between the substrate and Cu, and it was confirmed that the bond force increased proportionally as the temperature and pressure increased.

• 한국재료학회지
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• 제2권4호
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• pp.241-247
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• 1992

본 연구에서는 $Cu-Cu_2$O의 공정반응에 의한 구리와 알루미나의 직접접합에 대하여 연구 하였다. $1.5{\times}10^{-1}$torr, $1015^{\circ}C$에서 산화시킨 후 $10_{-3}$torr, 107$5^{\circ}C$에서 접합시킨 시편의 접합력과 계면특성을 인장시험, SEM, EDS 및 XRD를 통하여 분석하였다. 3분 산화시켜 접합하면 우수한 접합강도를 보이며 산화시간이 이보다 짧거나 길면 결합력은 저하하였다. 과단은 알루미나 공정조직 계면에서 발생하였으며 파단후 $Al_2O_3$표면에는 Cu쪽에서 빠져나간 $Cu_2$O nodule의 존재하였는 바 접합력은 $Cu_2$O-A$l_2O_3$계면보다는 $Cu-Cu_2$O계면에 좌우됨을 보여주고 있다. 접합력은 접합시간에 따라 완만한 증가를 보였으며 CuA$l_2O_4$및 $CuAlO_2$의 반응생성물이 접합중 형성되었다.

• 한국분말재료학회지
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• 제20권2호
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• pp.114-119
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• 2013

In the DBC (direct bonding of copper) process the oxygen partial pressure surrounding the AlN/Cu bonding pairs has been controlled by Ar gas mixed with oxygen. However, the direct bonding of Cu with sound interface and good adhesion strength is complicated process due to the difficulty in the exact control of oxygen partial pressure by using Ar gas. In this study, we have utilized the in-situ equilibrium established during the reaction of $2CuO{\rightarrow}Cu_2O$ + 1/2 $O_2$ by placing powder bed of CuO or $Cu_2O$ around the Cu/AlN bonding pair at $1065{\sim}1085^{\circ}C$. The adhesion strength was relatively better in case of using CuO powder than when $Cu_2O$ powder was used. Microstructural analysis by optical microscopy and XRD revealed that the interface of bonding pair was composed of $Cu_2O$, Cu and small amount of CuO phase. Thus, it is explained that the good adhesion between Cu and AlN is attributed to the wetting of eutectic liquid formed by reaction of Cu and $Cu_2O$.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제28권2호
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• pp.59-64
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• 2021

차세대 반도체 기술은 이종소자 집적화(heterogeneous integration)를 이용한 시스템-인-패키징(system-inpackage, SIP) 기술로 발전하고 있고, 저온 Cu 본딩은 SIP 구조의 성능 향상과 미세 피치 배선을 위해서 매우 중요한 기술이라 하겠다. 본 연구에서는 porous한 Ag 나노막을 이용하여 Cu 표면의 산화 방지 효과와 저온 Cu 본딩의 가능성을 조사하였다. 100℃에서 200℃의 저온 영역에서 Ag가 Cu로 확산되는 것보다 Cu가 Ag로 확산되는 것이 빠르게 관찰되었고, 이는 저온에서 Ag를 이용한 Cu간의 고상 확산 본딩이 가능함을 나타내었다. 따라서 Ag 나노막을 이용한 Cu 본딩을 200℃에서 진행하였고, 본딩 계면의 전단 강도는 23.27 MPa로 측정되었다.

• Bulletin of the Korean Chemical Society
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• 제34권3호
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• pp.768-772
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• 2013

Layered mixed metal hydroxy double salts (HDS) with the formulas $(Cu_{0.75}Ni_{0.25})_2(OH)_3NO_3$ ((Cu, Ni)-HDS) and $Cu_2(OH)_3NO_3$ ((Cu, Cu)-HDS) were prepared via slow hydrolysis reactions of CuO with $Ni(NO_3)_2$ and $Cu(NO_3)_2$, respectively. The crystal structures, morphologies, bonding natures, and magnetic properties of (Cu, Ni)-HDS and (Cu, Cu)-HDS were characterized with X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), Fourier transformation infrared spectroscopy (FT-IR), thermogravimetric analysis (TGA), and a superconducting quantum interference device (SQUID). Even though (Cu, Ni)-HDS has a similar layered structure to that of (Cu, Cu)-HDS, the bonding nature of (Cu, Ni)-HDS is slightly different from that of (Cu, Cu)-HDS. Therefore, the magnetic properties of (Cu, Ni)-HDS are significantly different from those of (Cu, Cu)-HDS. The origin of the abnormal magnetic properties of (Cu, Ni)-HDS can be explained in terms of the bonding natures of the interlayer and intralayer structures.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제20권2호
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• pp.47-51
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• 2013

본 연구에서는 웨이퍼 레벨 Cu 본딩을 이용한 3D 적층 IC의 개발을 위해 2단계 기계적 화학적 연마법(CMP)을 제안하고 그 결과를 고찰하였다. 다마신(damascene) 공정을 이용한 $Cu/SiO_2$ 복합 계면에서의 Cu dishing을 최소화하기 위해 Cu CMP 후 $SiO_2$ CMP를 추가로 시행하였으며, 이를 통해 Cu dishing을 $100{\sim}200{\AA}$까지 낮출 수 있었다. Cu 범프의 표면거칠기도 동시에 개선되었음을 AFM 관찰을 통해 확인하였다. 2단 CMP를 적용하여 진행한 웨이퍼 레벨 Cu 본딩에서는 dishing이나 접합 계면이 관찰되지 않아 2단 CMP 공정이 성공적으로 적용되었음을 확인할 수 있었다.

• 한국정밀공학회지
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• 제29권5호
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• pp.563-571
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• 2012

In 3D integration package using TSV technology, bonding is the core technology for stacking and interconnecting the chips or wafers. During bonding process, however, warpage and high stress are introduced, and will lead to the misalignment problem between two chips being bonded and failure of the chips. In this paper, a finite element approach is used to predict the warpages and stresses during the bonding process. In particular, in-plane deformation which directly affects the bonding misalignment is closely analyzed. Three types of bonding technology, which are Sn-Ag solder bonding, Cu-Cu direct bonding and SiO2 direct bonding, are compared. Numerical analysis indicates that warpage and stress are accumulated and become larger for each bonding step. In-plane deformation is much larger than out-of-plane deformation during bonding process. Cu-Cu bonding shows the largest warpage, while SiO2 direct bonding shows the smallest warpage. For stress, Sn-Ag solder bonding shows the largest stress, while Cu-Cu bonding shows the smallest. The stress is mainly concentrated at the interface between the via hole and silicon chip or via hole and bonding area. Misalignment induced during Cu-Cu and Sn-Ag solder bonding is equal to or larger than the size of via diameter, therefore should be reduced by lowering bonding temperature and proper selection of package materials.

• 반도체디스플레이기술학회지
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• 제23권2호
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• pp.135-142
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• 2024

Cu-Cu bonding, one of the key technologies in advanced packaging, enhances semiconductor chip performance, miniaturization, and energy efficiency by facilitating rapid data transfer and low power consumption. However, the quality of the interface bonding can significantly impact overall bond quality, necessitating strategies to quickly detect and classify in-process defects. This study presents a methodology for detecting defects in wafer junction areas from Scanning Acoustic Microscopy images using a ResNet-50 based deep learning model. Additionally, the use of the defect map is proposed to rapidly inspect and categorize defects occurring during the Cu-Cu bonding process, thereby improving yield and productivity in semiconductor manufacturing.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제17권4호
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• pp.61-66
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• 2010

3차원 TSV 접합 시접합 두께 및 전, 후 추가 공정 처리가 Cu-Cu 열 압착 접합에 미치는 영향을 알아보기 위해 0.25, 0.5, 1.5, 3.0 um 두께로 Cu 박막을 제작한 후 접합 전 $300^{\circ}C$에서 15분간 $Ar+H_2$, 분위기에서 열처리 후 $300^{\circ}C$에서 30분 접합 후 후속 열처리 효과를 실시하여 계면접착에너지를 4점굽힘 시험법을 통해 평가하였다. FIB 이미지 확인 결과 Cu 두께에 상관없이 열 압착 접합이 잘 이루어져 있었다. 계면접착에너지 역시 두께에 상관없이 $4.34{\pm}0.17J/m^2$ 값을 얻었으며, 파괴된 계면을 분석 한 결과 $Ta/SiO_2$의 약한 계면에서 파괴가 일어났음을 확인하였다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제30권4호
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• pp.98-104
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• 2023

대기 중 구리-구리 플립칩(flip-chip) 접합을 위해 제안된 효율적 공정의 실현 가능성을 평가하고자 구리(Cu) 필라(pillar) 상 다공성 구리층의 형성 및 액상 환원제 투입 후 열압착 접합을 실시하였다. 구리 필라 상 다공성 구리층은 아연(Zn) 도금-합금화 열처리-선택적 아연 에칭(etching)의 3단계 공정으로 제조되었는데, 형성된 다공성 구리층의 두께는 평균 약 2.3 ㎛였다. 본 플립칩 접합은 형성 다공성 구리층에 환원성 용제를 침투시킨 후, 반건조 과정을 거쳐 열압착 소결접합으로 진행하였다. 용제로 인한 구리 산화막의 환원 거동과 함께 추가 산화가 최대한 억제되면서 열압착 동안 다공성 구리층은 약 1.1 ㎛의 두께로 치밀해지며 결국 구리-구리 플립칩 접합이 완수되었다. 그 결과 10 MPa의 가압력 하에서 대기 중 300 ℃에서 5분간 접합 시 약 11.2 MPa의 접합부 전단강도를 확보할 수 있었는데, 이는 약 50% 이하의 필라들만이 접합된 결과로서, 공정 최적화를 통해 모든 필라들의 접합을 유도할 경우 20 MPa 이상의 강도값을 쉽게 얻을 수 있을 것으로 분석되었다.