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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 정재필
- 발행연도
- 2013
- 저작권
- 서울시립대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수7
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최근 전자제품의 동향은 경박 단소하고 고도화된 제품에 관심이 높아지면서 전자부품의 소자 역시 점차 미세화 고밀도화를 요구되고 있다. 기존 평면적인 2차원 패키징은 실장 면적의 한계, 느린 신호전달 등의 문제로 실장면적을 수직으로 하여 패키징하는 3D 패키징법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 현재 상용되는 3차원 실장법은 반도체 소자들을 적층한 후 각 소자들의 I/O 패드를 기판에 Au 와이어를 이용하여 연결하는 방법이 활용 되고 있다. 그러나 Au 와이어 본딩은 높은 재료원가의 부담과 낮은 주파 특성 및 I/O 패드의 증가로 인한 패키지 면적의 증가 등의 문제점이 있다. 이러한 문제의 해답으로 최근 TSV (Through Silicon Via)를 이용하여 관통홀 내에 도전성 금속인 Cu를 충전시킨 후 칩 위에 형성된 범프를 통해 칩들을 연결하여 부피의 감소, 연결부 단축에 따른 빠른 신호 전달을 가능케 하는 방법이 국내외로 활발히 연구되고 있다. 하지만 웨이퍼 관통홀 상에 Cu 충전 공정은 도금의 변수가 복잡하고 관통홀의 입구와 벽면, 바닥부의 저항 차에 의해 결함이 발생하기 쉽다. 현재 결함을 완화하기 위해 저전류를 인가하여 완전 충전될 때까지 약 16시간 이상의 도금 시간을 필요로 하는데 이는 공정비용 상승의 주된 원인이 된다. 또한 충전된 Cu 위에 칩간 접합을 위해 범프는 다원계 조성 형성의 어려움으로 접합부의 신뢰성에 영향을 줄 수 있다.
이에 따라 본 연구에서는 관통홀에 도전성 금속인 Cu 충전을 결함없이 고속 충전 할 수 있는 방법과 2원계 Sn-Cu 범프를 형성을 하였다. 연구의 첫 번째 과정으로 관통홀 형성을 위해 DRIE법을 적용, 직경 30㎛, 깊이 60㎛의 원통형 미세 관통홀을 형성하고 그 위에 기능박막인 절연층 SiO2, 접합층 Ti, 시드층 Cu를 형성하였다. 이후 도전성 금속충전을 위해 CuSO4기반의 도금액에 도금 첨가제의 양을 조절하여 관통홀 충전을 위한 최적의 도금액을 제조하였다. 이후 3-step periodic pulse reverse 파형을 이용하여 관통홀 상에 Cu 충전을 실시하였다. 본 연구의 개발 파형인 3-step periodic pulse reverse를 이용한 Cu 충전률은 최대 100%의 충전률로 기존 16시간의 충전 시간을 1시간 20분으로 대폭 감소시키며 결함 없는 충전을 완료할 수 있었다. 또한 전류밀도 변화를 통한 Cu의 석출량을 조절 Non-PR 직접 범핑 법으로 30 ㎛ 급 미세 Sn-Cu의 범프를 형성하였다.
이에 따라 본 연구에서는 관통홀에 도전성 금속인 Cu 충전을 결함없이 고속 충전 할 수 있는 방법과 2원계 Sn-Cu 범프를 형성을 하였다. 연구의 첫 번째 과정으로 관통홀 형성을 위해 DRIE법을 적용, 직경 30㎛, 깊이 60㎛의 원통형 미세 관통홀을 형성하고 그 위에 기능박막인 절연층 SiO2, 접합층 Ti, 시드층 Cu를 형성하였다. 이후 도전성 금속충전을 위해 CuSO4기반의 도금액에 도금 첨가제의 양을 조절하여 관통홀 충전을 위한 최적의 도금액을 제조하였다. 이후 3-step periodic pulse reverse 파형을 이용하여 관통홀 상에 Cu 충전을 실시하였다. 본 연구의 개발 파형인 3-step periodic pulse reverse를 이용한 Cu 충전률은 최대 100%의 충전률로 기존 16시간의 충전 시간을 1시간 20분으로 대폭 감소시키며 결함 없는 충전을 완료할 수 있었다. 또한 전류밀도 변화를 통한 Cu의 석출량을 조절 Non-PR 직접 범핑 법으로 30 ㎛ 급 미세 Sn-Cu의 범프를 형성하였다.
목차
제 1장 서 론 1제 2장 이론적 배경 3제 1절 SIP (System in Package) 3제 2절 TSV (Through Silicon Via) 기술 4제 3절 관통홀 형성법 61. DRIE 62. LASER 8제 4절 관통홀 충전 기술 91. 전해도금의 이론 92. 펄스 도금과 펄스-역펄스 도금 12제 5절 범프 형성 방법 161. 스크린 프린팅법 162. 무전해도금 방법 183. 전해도금 방법 19제 6절 합금 범프의 형성 20제 3장 실험방법 23제 1절 칩의 제작 및 비아 홀, 시드층 형성 23제 2절 관통홀의 구리충전도금 30제 3절 Sn-Cu 전해도금 범프 형성 341. Sn-Cu 분극 곡선 측정 372. Sn-Cu 범프 도금 383. Sn-Cu 범프 리플로우 39제 4절 Sn-Cu 범프의 전단강도 시험 40제4장 실험결과 41제 1절 칩의 제작 및 비아 홀, 시드층 형성 41제 2절 관통홀의 구리충전도금 43제 3절 Sn-Cu 전해도금 범프 형성 451. Sn-Cu 분극 곡선 452. Sn-Cu 솔더 범프 내의 Cu 조성 463. 30 ㎛ 급 Sn-Cu 범프의 형성 49제 4절 Sn-Cu 범프의 전단강도 측정 56제 5장 결 론 58참 고 문 헌 60ABSTRACT 64
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