Aging 전후의 Sn/Cu bump 접합부미세구조

Abstract

고성능 고밀도의 3차원 적층칩 연구가 활발하게 진행되고 있다. 이러한 3차원 적층칩 구현에 있어 칩과 칩의 접합 방법으로 Cu 범프와 Sn capping layer를 이용한 방법이 개발되었는데 이런접합 방법에서는 접합 공정 중 발생되는 산화막이나 불순물을 제거하기위해 sputter cleaning을 실시하여야 한다. 본 연구에서는 산화 경향성이 적은 Ag층을 Sn/Cu bump 표면에 입혀 sputter cleaning 없이 접합을 시도하였다. 직류 스퍼터링으로 형성된 Cu/Ti 하부금속층 위에 전해 도금방법으로 5 ㎛ 높이의 Cu bump를 형성하였으며 Ag(100 nm)/Sn (1 ㎛) capping layer를 열증발법을 이용하여 증착하였다. 열압착 접합장비를 이용 Ag/Sn/Cu (Sn/Cu) 범프와 Ag/Sn/Cu (Sn/Cu) 층과의 접합을 200℃에서 80 MPa의 접합 하중으로 30초간 실시 하였다. 접합된 시편을 150℃에서 80-1000시간동안 aging처리를 하였다. 접합부의 미세구조를 SEM과 EDS를 통해 분석한 결과 Sn 층만이있는 경우 접합 후 Cu6Sn5상이 분산된 Sn-rich상이 관찰되었으며 Cu 계면에서는 Cu6Sn5상이 발견되었다. Aging시간이 증가할수록 Sn-rich상과 계면에 형성된 Cu6Sn5은 모두 Cu3Sn으로 바뀌었으며 Cu3Sn내에 Cu6Sn5이 분산되어있는 모습을 관찰하였다. Ag/Sn layer인 경우 Sn-rich상 내부에 (Cu,Ag)6Sn5상이 관찰 되었다. Aging 시간이 증가하면 Sn layer시편과 동일하게 계면의 Cu6Sn5상과 Sn-rich 상이 Cu3Sn상으로 바뀌었으며 Cu3Sn내에 분산된 (Cu,Ag)3Sn상을 관찰 할 수 있었다.