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한국재료학회지 = Korean journal of materials research v.20 no.6, 2010년, pp.319 - 325   피인용횟수: 1
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접합 공정 조건이 Al-Al 접합의 계면접착에너지에 미치는 영향
Effect of Bonding Process Conditions on the Interfacial Adhesion Energy of Al-Al Direct Bonds

김재원    (안동대학교 신소재공학부   ); 정명혁    (안동대학교 신소재공학부   ); 장은정    (안동대학교 신소재공학부   ); 박성철    (안동대학교 신소재공학부   ); Cakmak, Erkan    (   ); Kim, Bi-Oh    (   ); Matthias, Thorsten    (   ); 김성동    (서울산업대학교 기계설계자동화공학부 및 서울테크노파크   ); 박영배    (안동대학교 신소재공학부  );
  • 초록

    3-D IC integration enables the smallest form factor and highest performance due to the shortest and most plentiful interconnects between chips. Direct metal bonding has several advantages over the solder-based bonding, including lower electrical resistivity, better electromigration resistance and more reduced interconnect RC delay, while high process temperature is one of the major bottlenecks of metal direct bonding because it can negatively influence device reliability and manufacturing yield. We performed quantitative analyses of the interfacial properties of Al-Al bonds with varying process parameters, bonding temperature, bonding time, and bonding environment. A 4-point bending method was used to measure the interfacial adhesion energy. The quantitative interfacial adhesion energy measured by a 4-point bending test shows 1.33, 2.25, and $6.44\;J/m^2$ for 400, 450, and $500^{\circ}C$ , respectively, in a $N_2$ atmosphere. Increasing the bonding time from 1 to 4 hrs enhanced the interfacial fracture toughness while the effects of forming gas were negligible, which were correlated to the bonding interface analysis results. XPS depth analysis results on the delaminated interfaces showed that the relative area fraction of aluminum oxide to the pure aluminum phase near the bonding surfaces match well the variations of interfacial adhesion energies with bonding process conditions.


  • 주제어

    adhesion .   Al-Al bond .   4-point bending test .   bonding temperature .   3-D IC integration.  

  • 참고문헌 (14)

    1. J. Yu and J. Y. Kim, Acta Mater., 56(19), 5514 (2008). 
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    3. E. J. Jang, S. Pfeiffer, B. Kim, T. Matthias, S. Hyun, H.J. Lee and Y. B. Park, Kor. J. Mater. Res., 18(4), 204(2008) (in Korean).     
    4. C. H. Yun, J. R. Martin, E. B. Tarvin and J. T. Winbigler,in Proceedings of IEEE 21st International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (Tucson, AZ, USA, Jan., 2008), p. 810. 
    5. K. N. Chen, C. S. Tan, A. Fan and R. Reif, J. Electron. Mat., 34, 1464 (2005). 
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    7. R. H. Dauskardt, M. Lane, Q. Ma and N. Krishna, Eng. Fract. Mech., 61, 141 (1998). 
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    11. Le P. -Thiveta, C. Malibert, Ph. Houdy and P. A. Albouy,Thin Solid Films, 336, 373 (1998) 
    12. J. Robertson, J. Vac. Sci. Technol., B18, 1785 (2000). 
    13. J. A. Rotoler and P. M. A. Sherwood, Surf. Sci. Spectra,5, 4 (1998). 
    14. D. R. Gaskell, Introduction to the thermodynamics of materials, 4th ed., p.645, Taylor and Francis, USA (2004). 
  • 이 논문을 인용한 문헌 (1)

    1. Kim, Jae-Won ; Jeong, Myeong-Hyeok ; Carmak, Erkan ; Kim, Bioh ; Matthias, Thorsten ; Lee, Hak-Joo ; Hyun, Seung-Min ; Park, Young-Bae 2010. "Cu Thickness Effects on Bonding Characteristics in Cu-Cu Direct Bonds" 마이크로전자 및 패키징 학회지 = Journal of the Microelectronics and Packaging Society, 17(4): 61~66     

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