Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.16
no.3
s.96
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pp.78-83
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1999
The bonding interface is dependent on the properties of surfaces prior to SDB(silicon wafer direct bonding). In this paper, we prepared silicon surfaces in several chemical solutions, and annealed bonding wafers which were combined with thermally oxidized wafers and bare silicon wafers in the temperature range of $600{\times}1000^{\circ}C$. After bonding, the bonding interface is investigated by an infrared(IR) topography system which uses the penetrability of infrared through silicon wafer. Using this procedure, we observed intrinsic bubbles at elevated temperatures. So, we verified that these bubbles are related to cleaning and drying conditions, and the interface oxides on silicon wafer reduce the formation of intrinsic bubbles.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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1999.05a
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pp.370-373
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1999
Si direct bonding (SDB) technology is very attractive for both Si-on-insulator(SOI) electric devices and MEMS applications because of its stress free structure and stability. This paper presents on- pre treatment conditions in Si wafer direct bonding, The paper resents on pre-bonding according to HF pre-treatment conditions in Si wafer direct bonding. The characteristics of bonded sample were measured under different bonding conditions of HF concentration, applied pressure and annealing temperature(200~ 100$0^{\circ}C$) after pre-bonding. The bonding strength was evaluated by tensile strength method. The bonded interface and the void were analyzed by using SEM and IR camera, respectively, Components existed in the interlayer were analyzed by using FT-IR. The bond strength depends on the HF pre-treatment condition before pre-bonding(Min 2.4kgf/$\textrm{cm}^2$~ Max : 14.kgf/$\textrm{cm}^2$)
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.16
no.5
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pp.365-371
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2003
We prepared silicon on insulator(SOI) wafer pairs of Si/1800${\AA}$ -SiO$_2$ ∥ 1800${\AA}$ -SiO$_2$/Si using water direct bonding method. Wafer pairs bonded at room-temperature were annealed by a normal furnace system or a fast linear annealing(FLA) equipment, and the micro-structure of bonding interfaces for each annealing method was investigated. Upper wafer of bonded pairs was polished to be 50 $\mu\textrm{m}$ by chemical mechanical polishing(CMP) process to confirm the real application. Defects and bonding area of bonded water pairs were observed by optical images. Electrical and mechanical properties were characterized by measuring leakage current for sweeping to 120 V, and by observing the change of wafer curvature with annealing process, respectively. FLA process was superior to normal furnace process in aspects of bonding area, I-V property, and stress generation.
Kim, Seon-Un;Sin, Dong-Seok;Lee, Jeong-Yong;Choe, In-Hun
Korean Journal of Materials Research
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v.8
no.10
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pp.890-897
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1998
The direct wafer bonding between n-InP(001) wafer and the ${Si}_3N_4$(200 nm) film grown on the InP wafer by PECVD method was investigated. The surface states of InP wafer and ${Si}_3N_4$/InP which strongly depend upon the direct wafer bonding strength between them when they are brought into contact, were characterized by the contact angle measurement technique and atomic force microscopy. When InP wafer was etched by $50{\%}$ HF, contact angle was $5^{\circ}$ and RMS roughness was $1.54{\AA}$. When ${Si}_3N_4$ was etched by ammonia solution, RMS roughness was $3.11{\AA}$. The considerable amount of initial bonding strength between InP wafer and ${Si}_3N_4$/InP was observed when the two wafer was contacted after the etching process by $50{\%}$ HF and ammonia solution respectively. The bonded specimen was heat treated in $H^2$ or $N^2$, ambient at the temperature of $580^{\circ}C$-$680^{\circ}C$ for lhr. The bonding state was confirmed by SAT(Scannig Acoustic Tomography). The bonding strength was measured by shear force measurement of ${Si}_3N_4$/InP to InP wafer increased up to the same level of PECVD interface. The direct wafer bonding interface and ${Si}_3N_4$/InP PECVD interface were chracterized by TEM and AES.
SOI(silicon on insulafor) was fabricated through the direct bonding using (100) Si wafer and 4$^{\circ}$off (100) Si wafer to investigate the stacking faults in silicon at the Si/SiO2 oxidized and bonded interface. The treatment time of wafer surface using MSC-1 solution was varied in order to observe the effect of cleaning on bonding characteristics. As the MSC-1 treating time increased surface hydrophilicity was saturated and surface microroughness increased. A comparison of surface hydrophilicity and microroughness with MSC-1 treating time indicates that optimum surface modified condition for time was immersed in MSC-1 for 2 min. The SOI structure directly bonded using (100) Si wafer and 4$^{\circ}$off (100) Si wafer at the room temperature were annealed at 110$0^{\circ}C$ for 30 min. Then the stacking faults at the bonding and oxidation interface were examined after the debonding. The results show that there were anomalies in the gettering of the stacking faults at the bonded region.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.16
no.10
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pp.859-864
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2003
We prepared SOI(silicon-on-insulator) wafer pairs of Si II SiO$_2$/Si$_3$N$_4$ II Si using wafer direct bonding with an electric furnace annealing(EFA), a fast linear annealing(FLA), and a rapid thermal annealing(RTA), respectively, by varying the annealing temperatures at a given annealing process. We measured the bonding area and the bonding strength with processes. EFA and FLA showed almost identical bonding area and theoretical bonding strength at the elevated temperature. RTA was not bonded at all due to warpage, We report that FLA process was superior to other annealing processes in aspects of surface temperature, annealing time, and bonding strength.
A direct wafer bonding process necessary for GaAs-on-insulator (GOI) fabrication with high thermal annealing temperatures was studied by using PECVD oxides between gallium arsenide and silicon wafers. In order to apply some uniform pressure on initially-bonded wafer pairs, a graphite sample holder was used for wafer bonding. Also, a tool for measuring the tensile forces was fabricated to measure the wafer bonding strengths of both initially-bonded and thermally-annealed samples. GaAs/$SiO_2$/Si wafers with 0.5-$\mu$m-thick PECVD oxides were annealed from $100^{\circ}C\;to\;600^{\circ}C$. Maximum bonding strengths of about 84 N were obtained in the annealing temperature range of $400{\sim}500^{\circ}C$. The bonded wafers were not separated up to $600^{\circ}C$. As a result, the GOI wafers with high annealing temperatures were demonstrated for the first time.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.20
no.1
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pp.7-13
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2013
3D stacked IC is one of the promising candidates which can keep Moore's law valid for next decades. IC can be stacked through various bonding technologies and they were reviewed in this report, for example, wafer direct bonding and atomic diffusion bonding, etc. As an effort to reduce the high temperature and pressure which were required for high bonding strength in conventional Cu-Cu thermo-compression bonding, surface activated bonding, solid liquid inter-diffusion and direct bonding interface technologies are actively being developed.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.15
no.6
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pp.479-485
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2002
We have investigated the effects of various wafers cleaning on glass/Si bonding using 4 inch Pyrex glass wafers and 4 inch silicon wafers. The various wafer cleaning methods were examined; SPM(sulfuric-peroxide mixture, $H_2SO_4:H_2O_2$ = 4 : 1, $120^{\circ}C$), RCA(company name, $NH_4OH:H_2O_2:H_2O$ = 1 : 1 : 5, $80^{\circ}C$), and combinations of those. The best room temperature bonding result was achieved when wafers were cleaned by SPM followed by RCA cleaning. The minimum increase in surface roughness measured by AFM(atomic force microscope) confirmed such results. During successive heat treatments, the bonding strength was improved with increased annealing temperatures up to $400^{\circ}C$, but debonding was observed at $450^{\circ}C$. The difference in thermal expansion coefficients between glass and Si wafer led debonding. When annealed at fixed temperatures(300 and $400^{\circ}C$), bonding strength was enhanced until 28 hours, but then decreased for further anneal. To find the cause of decrease in bonding strength in excessively long annealing time, the ion distribution at Si surface was investigated using SIMS(secondary ion mass spectrometry). tons such as sodium, which had been existed only in glass before annealing, were found at Si surface for long annealed samples. Decrease in bonding strength can be caused by the diffused sodium ions to pass the glass/si interface. Therefore, maximum bonding strength can be achieved when the cleaning procedure and the ion concentrations at interface are optimized in glass/Si wafer direct bonding.
Die-to-wafer (D2W) hybrid bonding in the multilayer semiconductor manufacturing process is one of wafer direct bonding, and various studies are being conducted around the world. A noteworthy point in the current die-to-wafer process is that a lot of voids occur on the bonding surface of the die during bonding. In this study, as a suggested method for removing voids generated during the D2W hybrid bonding process, a flexible mechanism for implementing convex for die bonding to be applied to the bond head is proposed. In addition, modeling of flexible mechanisms, analysis/design/control/evaluation of static/dynamics properties are performed. The proposed system was controlled by capacitive sensor (lion precision, CPL 290), piezo actuator (P-888,91), and dSpace. This flexure mechanism implemented a working range of 200 ㎛, resolution(3σ) of 7.276nm, Inposition(3σ) of 3.503nm, settling time(2%) of 500.133ms by applying a reverse bridge type mechanism and leaf spring guide, and at the same time realized a maximum step difference of 6 ㎛ between die edge and center. The results of this study are applied to the D2W hybrid bonding process and are expected to bring about an effect of increasing semiconductor yield through void removal. In addition, it is expected that it can be utilized as a system that meets the convex variable amount required for each device by adjusting the elongation amount of the piezo actuator coupled to the flexible mechanism in a precise unit.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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