Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.24
no.1
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pp.35-43
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2017
The three-dimensional integrated circuit (3D-IC) is a general trend for the miniaturized and high-performance electronic devices. The through-silicon-via (TSV) is the advanced interconnection method to achieve 3D integration, which uses vertical metal via through silicon substrate. However, the TSV based 3D-IC undergoes severe thermo-mechanical stress due to the CTE (coefficient of thermal expansion) mismatch between via and silicon. The thermo-mechanical stress induces mechanical failure on silicon and silicon-via interface, which reduces the device reliability. In this paper, the thermo-mechanical reliability of TSV based 3D-IC is reviewed in terms of mechanical fracture, heat conduction, and material characteristic. Furthermore, the state of the art via-level and package-level design techniques are introduced to improve the reliability of TSV based 3D-IC.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.20
no.2
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pp.65-74
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2013
The through-silicon via (TSV) technology is essential for 3-dimensional integrated packaging. TSV technology, however, is still facing several reliability issues including interfacial delamination, crack generation and Cu protrusion. These reliability issues are attributed to themo-mechanical stress mainly caused by a large CTE mismatch between Cu via and surrounding Si. In this study, the thermo-mechanical reliability of copper TSV technology is investigated using numerical analysis. Finite element analysis (FEA) was conducted to analyze three dimensional distribution of the thermal stress and strain near the TSV and the silicon wafer. Several parametric studies were conducted, including the effect of via diameter, via-to-via spacing, and via density on TSV stress. In addition, effects of annealing temperature and via size on Cu protrusion were analyzed. To improve the reliability of the Cu TSV, small diameter via and less via density with proper via-to-via spacing were desirable. To reduce Cu protrusion, smaller via and lower fabrication temperature were recommended. These simulation results will help to understand the thermo-mechanical reliability issues, and provide the design guideline of TSV structure.
Intensive researches have been focused on the 3-dimensional packaging technology using through silicon via (TSV) to overcome the limitation in Cu interconnection scaling. Void-free filling of TSV by the Cu electrodeposition is required for the fabrication of reliable electronic devices. It is generally known that sufficient inhibition on the top and the sidewall of TSV, accompanying the selective Cu deposition on the bottom, enables the void-free bottom-up filling. Organic additives contained in the electrolyte locally determine the deposition rate of Cu inside the TSV. Investigation on the additive chemistry is essential for understanding the filling mechanisms of TSV based on the effects of additives in the Cu electrodeposition process. In this review, we introduce various filling mechanisms suggested by analyzing the additives effect, research on the three-additive system containing new levelers synthesized to increase efficiency of the filling process, and methods to improve the filling performance by modifying the functional groups of the additives or deposition mode.
Through Silicon Via (TSV) technology is the shortest interconnection technology which is compared with conventional wire bonding interconnection technology. Recently, this technology has been also noticed for the miniaturization of electronic devices, multi-functional and high performance. The short interconnection length of TSV achieve can implement a high density and power efficiency. Among the TSV technology, TSV filling process is important technology because the cost of TSV technology is depended on the filling process time and reliability. Various filling methods have been developed like as Cu electroplating method, molten solder insert method and Ti/W deposition method. In this paper, various TSV filling methods were introduced and each filling materials were discussed.
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.
Kang, Dong Hyun;Gu, Jung Mo;Ko, Young-Don;Hong, Sang Jeen
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.27
no.3
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pp.137-140
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2014
With the recent advent of through silicon via (TSV) technology, wafer level-TSV interconnection become feasible in high volume manufacturing. To increase the manufacturing productivity, it is required to develop equipment for backside passivation layer deposition for TSV wafer bonding process with high deposition rate and low film stress. In this research, we investigated the relationship between process parameters and the induced wafer stress of PECVD silicon nitride film on 300 mm wafers employing statistical and artificial intelligence modeling. We found that the film stress increases with increased RF power, but the pressure has inversely proportional to the stress. It is also observed that no significant stress change is observed when the gas flow rate is low.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.28
no.4
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pp.97-101
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2021
In this study, Insertion loss according to the structural variant of interposer to Through Silicon Via (TSV) and Redistributed Layer (RDL) was studied through design of experiment. 3-Factors was considered as a variant, TSV depth, TSV diameter, RDL width with factor arrangement method and the response surface method from 400 MHz to 20 GHz. As a result, it was confirmed that as the frequency increased, the effect of RDL width was decreased and the effect of TSV depth and TSV diameter was increased. Also within the analysis range, to increasing RDL width, decreasing TSV depth, and fixing TSV diameter about 10.7 ㎛ was observed optimal result of Insertion loss.
Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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2007.11a
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pp.173-174
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2007
Through Silicon Via ( TSV)는 향후3D integration devices (CMOS image sensors) 와 보다 더 직접화되고 진보된 memory stack에 기여 할 것이다. 이는 한층 더 진보된 microprocessors system 을 구축 하리라 본다. 해서 본문은 TSV plasma etching processing 소개와 특히 Bosch process에 대한 개선 방법을 제시하고자 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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