• 한국재료학회지
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• 제19권11호
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• pp.625-630
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• 2009

Embedding of active devices in a printed circuit board has increasingly been adopted as a future electronic technology due to its promotion of high density, high speed and high performance. One responsible technology is to embedded active device into a dielectric substrate with a build-up process, for example a chipin-substrate (CiS) structure. In this study, desmear treatment was performed before Cu metallization on an FR-4 surface in order to improve interfacial adhesion between electroless-plated Cu and FR-4 substrate in Cu via structures in CiS systems. Surface analyses using atomic force microscopy and x-ray photoemission spectroscopy were systematically performed to understand the fundamental adhesion mechanism; results were correlated with peel strength measured by a 90o peel test. Interfacial bonding mechanism between electrolessplated Cu and FR-4 substrate seems to be dominated by a chemical bonding effect resulting from the selective activation of chemical bonding between carbon and oxygen through a rearrangement of C-C bonding rather than from a mechanical interlocking effect. In fact, desmear wet treatment could result in extensive degradation of FR-4 cohesive strength when compared to dry surface-treated Cu/FR-4 structures.

• 연구논문집
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• 통권24호
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• pp.63-79
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• 1994

This article reports a experimental study of the method to achieve a bond joint at lower temperature in a short time. DC magnetron sputtering of Sn, Sn/Pb, Sn/In and Sn/Cu on copper substrate was provided as an interlayer for Cu to Cu bonding under the air environment. Various examination was conducted and investigated on the effect of experimental parameters such as coating materials, coating time(or coating thickness), bonding temperature and bonding time etc. Bonding was performed at the temperature of $210^\circC-320^\circC$ for 0sec and interfacial reaction between the coated layer and copper substrate was examined using optical, scanning electron microscope and x-ray diffractometer. From the obtained results, it was found that intermetallic compounds layer consisted of $\eta-phase(Cu_6Sn_5)$ and $\beta-phase(Cu_3Sn)$ was formed at the joint interface for almost all coating materials. But the dominant phase formed in the preetched Cu substrate coated with Sn was $\beta-phase$. A characteristic morphology looks like a reaction ring, which was believed as the strong interconnecting regions between two substrates, was found to be formed on the reaction surface of copper substrates. The morphologies and compositions of the intermetallics, which depends on the regions of the reaction surface, was appeared as greatly different. Based on above results, the new bonding process to make the joint at lower temperature for short time can be admitted as a feasible process.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제18권4호
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• pp.11-18
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• 2011

3차원 칩 적층 접합에 사용하기 위한 Cu-Cu 금속 저온 접합 공정을 위하여 접합 온도 및 플라즈마 표면 전처리에 따른 열 압착 접합을 수행 하였다. 4점굽힘시험과 CCD 카메라를 이용하여 Cu 접합부의 정량적인 계면접착에너지를 평가하였다. 접합 온도 $250^{\circ}C$, $300^{\circ}C$, $350^{\circ}C$에서 각각 $1.38{\pm}1.06$(상한값), $7.91{\pm}0.27$(하한값), $10.36{\pm}1.01$(하한값) $J/m^2$으로 접합온도 $300^{\circ}C$ 이상에서 계면접착에너지 5 $J/m^2$ 이상의 값을 얻었다. 접합 온도 $300^{\circ}C$ 이하 낮은 온도에서 접합하기 위해 Cu-Cu 열 압착 접합 전 Ar+$H_2$ 플라즈마로 $200^{\circ}C$에서 2분간 표면 전처리 후 $250^{\circ}C$ 조건에서 열 압착 접합할 경우 계면접착에너지 값이 $6.59${\pm}0.03$(하한값) $J/m^2$로 표면 전 처리하지 않은 시험편에 비해 접합 특성이 크게 증가 하였다.

• 한국재료학회지
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• 제18권4호
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• pp.204-210
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• 2008

$1.5\;{\mu}m$-thick copper films deposited on silicon wafers were successfully bonded at $415^{\circ}C$/25 kN for 40 minutes in a thermo-compression bonding method that did not involve a pre-cleaning or pre-annealing process. The original copper bonding interface disappeared and showed a homogeneous microstructure with few voids at the original bonding interface. Quantitative interfacial adhesion energies were greater than $10.4\;J/m^2$ as measured via a four-point bending test. Post-bonding annealing at a temperature that was less than $300^{\circ}C$ had only a slight effect on the bonding energy, whereas an oxygen environment significantly deteriorated the bonding energy over $400^{\circ}C$. This was most likely due to the fast growth of brittle interfacial oxides. Therefore, the annealing environment and temperature conditions greatly affect the interfacial bonding energy and reliability in Cu-Cu bonded wafer stacks.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제20권4호
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• pp.81-85
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• 2013

웨이퍼 적층 기술은 반도체 전 후 공정을 이용한 효과적인 방법으로 향후 3D 적층 시스템의 주도적인 발전방향이라고 할 수 있다. 웨이퍼 레벨 3D 적층 시스템을 제조하기 위해서는 TSV (Through Si Via), 웨이퍼 본딩, 그리고 웨이퍼 thinning의 단위공정 개발 및 웨이퍼 warpage, 열적 기계적 신뢰성, 전력전달, 등 시스템적인 요소에 대한 연구개발이 동시에 진행되어야 한다. 본 연구에서는 웨이퍼 본딩에 가장 중요한 역할을 하는 Cu CMP (chemical mechanical polishing) 공정에 대한 특성 분석을 진행하였다. 8인치 Si 웨이퍼에 다마신 공정으로 Cu 범프 웨이퍼를 제작하였고, Cu CMP 공정과 oxide CMP 공정을 이용하여 본딩 층 평탄화에 미치는 영향을 살펴보았다. CMP 공정 후 Cu dishing은 약 $180{\AA}$이었고, 웨이퍼 표면부터 Cu 범프 표면까지의 최종 높이는 약 $2000{\AA}$이었다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제15권4호
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• pp.31-39
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• 2008

캐비티 형성이 불필요한 MEMS 캡 본딩을 위해 전기도금법을 이용하여 Cu/Sn rim 구조를 형성하였으며, $25{\sim}400{\mu}m$ 범위의 rim 폭에 따른 본딩특성을 분석하였다. Cu/Sn rim의 폭이 증가함에 따라 rim 패키지 내부의 유효 실장면적비가 감소하는 반면에 파괴하중비가 증가하며, Cu/Sn rim 폭이 150 ${\mu}m$일 때 유효 실장면적비와 파괴하중비를 최적화할 수 있을 것으로 예측되었다. 폭 25 ${\mu}m$ 및 폭 50 ${\mu}m$인 Cu/Sn rim 접합부에서는 모든 계면에서 본딩이 이루어진 반면에, 100 ${\mu}m$ 이상의 폭을 갖는 rim 접합부에서는 Sn 도금표면의 거칠기에 의해 본딩이 이루어지지 않은 기공 부위가 관찰되었다.

• 대한금속재료학회지
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• 제46권9호
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• pp.585-592
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• 2008

Flip-chip bonding using Cu-Sn mushroom bumps composed of Cu pillar and Sn cap was accomplished, and the contact resistance and the thermal cycling reliability of the Cu-Sn mushroom bump joints were compared with those of the Sn planar bump joints. With flip-chip process at a same bonding stress, both the Cu-Sn mushroom bump joints and the Sn planar bump joints exhibited an almost identical average contact resistance. With increasing a bonding stress from 32 MPa to 44MPa, the average contact resistances of the Cu-Sn mushroom bump joints and the Sn planar bump joints became reduced from $30m{\Omega}/bump$ to $25m{\Omega}/bump$ due to heavier plastic deformation of the bumps. The Cu-Sn mushroom bump joints exhibited a superior thermal cycling reliability to that of the Sn planar bump joints at a bonding stress of 32 MPa. While the contact resistance characteristics of the Cu-Sn mushroom bump joints were not deteriorated even after 1000 thermal cycles ranging between $-40^{\circ}C$ and $80^{\circ}C$, the contact resistance of the Sn planar bump joints substantially increased with thermal cycling.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제28권4호
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• pp.109-114
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• 2021

상압 수소 플라즈마 전처리가 구리-구리 직접 본딩에 미치는 영향에 대해서 조사하였다. 상압 수소 플라즈마 처리를 통해 구리 박막의 표면 산화층을 환원시킬 수 있었음을 GIXRD 분석을 통해 확인하였다. 플라즈마 파워가 크고 플라즈마 처리 시간이 길수록 환원력 및 표면 거칠기 관점에서 효과적이었다. DCB를 이용한 계면 결합 에너지 측정에서 상압 수소 플라즈마 전처리 후 300℃에서 본딩한 경우 양호한 계면 결합 에너지를 나타내었으나, 본딩 온도가 낮아질수록 계면 결합 에너지가 낮아져 200℃에서는 본딩이 이루어지지 않았다. 습식 전처리의 경우 250℃ 이상에서 본딩한 경우 강한 결합력을 보였으며, 200℃에서는 낮은 계면 결합 에너지를 나타내었다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제34권7호
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• pp.929-933
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• 2010

3 차원 패키징을 위해 열가압 공정으로 제조된 Cu-Cu 접합 계면의 접합 특성을 평가하기 위해 4 점 굽힘 실험을 수행하였다. Cu가 코팅된 Si 웨이퍼 2 장을 $350^{\circ}C$에서 1 시간 동안 15kN 의 하중으로 접합시킨 후, 동일한 온도에서 1 시간동안 어닐닝을 수행하였다. 접합된 웨이퍼를 $30\;mm\;{\times}\;3\;mm$ 크기로 잘라 시험편을 준비하였다. 시험편의 중심에 깊이 $400\;{\mu}m$의 노치를 가공하였다. 시험기에 광학계를 부착하여 노치에서의 크랙 발생과 계면에서의 크랙 진전을 관찰하였다. 일정한 테스트 속도로 실험을 수행하여, 이에 상응하는 하중을 측정하였다. Cu-Cu 접합 계면 에너지는 $10.36\;J/m^2$ 으로 측정되었으며, 파괴된 계면을 분석하였다. 표면 분석 결과, $SiO_2$와 Ti의 계면에서 파괴가 일어났음을 확인하였다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제20권1호
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• pp.7-13
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• 2013

3D 적층 IC 개발을 위한 본딩 기술의 현황에 대해 알아보았다. 실리콘 웨이퍼를 본딩하여 적층한 후 배선 공정을 진행하는 wafer direct bonding 기술보다는 배선 및 금속 범프를 먼저 형성한 후 금속 본딩을 통해 웨이퍼를 적층하는 공정이 주로 연구되고 있다. 일반적인 Cu 열압착 본딩 방식은 높은 온도와 압력을 필요로 하기 때문에 공정온도와 압력을 낮추기 위한 연구가 많이 진행되고 있으며, 그 가운데서 Ar 빔을 조사하여 표면을 활성화 시키는 SAB 방식과 실리콘 산화층과 Cu를 동시에 본딩하는 DBI 방식이 큰 주목을 받고 있다. 국내에서는 Cu 열압착 방식을 이용한 웨이퍼 레벨 적층 기술이 현재 개발 중에 있다.