O2 플라즈마 전처리 및 후속 열처리 조건이 Ti 박막과 WPR 절연층 사이의 계면 접착력에 미치는 영향

김가희,이진아,박세훈,박영배,Kim, Gahui,Lee, Jina,Park, Se-hoon,Park, Young-Bae 한국마이크로전자및패키징학회 2020 마이크로전자 및 패키징학회지 Vol.27 No.1

Fan-out wafer level packaging (FOWLP) 재배선 적용을 위한 Ti 박막과 WPR 절연층 사이의 계면 신뢰성을 평가하기 위해, O₂ 플라즈마 전처리 및 후속 열처리 시간에 따라 90° 필 테스트를 진행하였다. O₂ 플라즈마 전처리 시간이 증가 할수록 계면 접착력이 감소하다가 유지되는 거동을 보였으며, 이는 과도한 O₂ 플라즈마 전처리가 WPR 절연층 내의 C-O-C 또는 C=O 결합을 끊어 WPR 표면이 손상을 받아 계면 접착력이 저하된 것으로 판단된다. 또한 O₂ 플라즈마 전처리를 30초 진행한 시편을 150℃ 후속 열처리 진행한 결과, 계면 접착력이 0시간에서 24시간까지는 감소하였으나, 100시간까지 유지되는 거동을 보였다. 이는 고온에 취약한 WPR 절연층이 과도한 열처리로 인해 손상되어 계면 접착력이 급격히 감소하다가 유지되는 것으로 판단된다. 따라서, 절연층 소재에 대한 최적의 플라즈마 전처리 조건을 확보하는 것이 FOWLP 재배선의 계면신뢰성 향상을 위한 핵심요소임을 알 수 있다. The effects of O₂ plasma pre-treatment and post-annealing conditions on the interfacial adhesion of Ti thin film and WPR dielectric were investigated using 90° peel test for fan-out wafer level packaging (FOWLP) redistribution layer (RDL) applications. Peel strength between Ti film and WPR dielectric decreased from 8.9±1.3 g/mm to 2.7±0.9 g/mm for variation of O₂ plasma pre-treatment time from 30s to 300s, which is closely related to C-O-C or C=O bonds breakage at the WPR dielectric surface due to excessive plasma pre-treatment conditions. During post-annealing at 150℃, the peel strength abruptly decreased from 0 h to 24 h, and then maintained constant until 100 h, which is also mainly due to the damage of WPR dielectric which is weak to high temperature. Therefore, the optimum plasma pre-treatment conditions on the surface of dielectric is essential to interfacial reliability of FOWLP RDL.

전류밀도에 따른 플립칩 Sn-Ag 솔더 범프의 Electromigration 손상기구 분석

김가희 ( Gahui Kim ),손기락 ( Kirak Son ),박규태 ( Gyu-tae Park ),박영배 ( Young-bae Park ) 대한금속ㆍ재료학회 2017 대한금속·재료학회지 Vol.55 No.11

The effect of current densities on the electromigration (EM) failure mechanism of flip chip Cu/Ni/Sn-Ag/Cu solder bumps was investigated under stressing conditions at current densities ranging from 5.0~6.9 × 10³ A/cm² at 150 ℃. The EM failure times at 5.0 × 10³ A/cm² were around 11 times longer than at 6.9 × 10³ A/cm². A systematic failure analysis considering stressing time showed that a current density of 5.0 × 10³ A/cm² induced pancake void propagation near the Cu6Sn5 intermetallic compound/solder interface at the cathode, while a current density of 6.9 × 10³ A/cm² produced severe Joule heating due to high current crowding near the solder/Cu₆Sn₅ interface. This was due to electrons entering the location at the cathode, which led to local melting of the solder and fast Cu consumption. It was determined that the EM failure mechanisms of flip chip Sn-Ag solder strongly depend not only on the Ni barrier effect but also on current density, which drives the dominant failure mechanisms of pancake voiding and local Joule-heating melting. (Received May 11, 2017; Accepted August 16, 2017)

국내 외국인 유학생을 위한 통합 투어서비스 Camp_Around

김가희(Kim Gahui),한영서(Han Youngseo) 한국HCI학회 2024 한국HCI학회 학술대회 Vol.2024 No.1

캠퍼라운드는 웹과 앱을 통한 대학가 투어 정보 서비스로, 노션을 활용해 이미지, 지도, 키워드, 상세 텍스트로 대학가의 식당, 카페, 가볼만한 곳 등의 장소 정보를 제공한다. 부가로 커뮤니티 및 언어 학습 페이지를 제공하며 온/오프라인 홍보를 통해 서비스의 정체성을 높이고 마케팅 효과를 목표로 한다. 대학 협업과 서비스 운영진의 정기 행사를 통한 유료 멤버십 활성화가 장기 계획이다.

Ar/N₂ 2단계 플라즈마 처리에 따른 저온 Cu-Cu 직접 접합부의 정량적 계면접착에너지 평가 및 분석

최성훈,김가희,서한결,김사라은경,박영배,Choi, Seonghun,Kim, Gahui,Seo, Hankyeol,Kim, Sarah Eunkyung,Park, Young-Bae 한국마이크로전자및패키징학회 2021 마이크로전자 및 패키징학회지 Vol.28 No.2

3 차원 패키징을 위한 저온 Cu-Cu직접 접합부의 계면접착에너지를 향상시키기 위해 Cu박막 표면에 대한 Ar/N₂ 2단계 플라즈마 처리 전, 후 Cu표면 및 접합계면에 대한 화학결합을 X-선 광전자 분광법(X-ray photoelectron spectroscopy)을 통해 정량화한 결과, 2단계 플라즈마 처리로 인해 Cu표면에 Cu₄N이 형성되어 Cu산화를 효과적으로 억제하는 것을 확인하였다. 2단계 플라즈마 처리하지 않은 Cu-Cu시편은 표면 산화막의 영향으로 접합이 제대로 되지 않았으나 2단계 플라즈마 처리한 시편은 효과적인 표면 산화방지효과로 인해 양호한 Cu-Cu접합을 형성하였다. Cu-Cu직접접합 계면의 정량적 계면접착에너지를 double cantilever beam 시험방법 및 4점 굽힘(4-point bending, 4-PB) 시험방법을 통해 비교한 결과, 각각 1.63±0.24, 2.33±0.67 J/m²으로 4-PB 시험의 계면접착에너지가 더 크게 측정되었다. 이는 계면파괴역학의 위상각(phase angle)에 따른 계면접착에너지 증가 거동으로 설명할 수 있는데 즉, 4-PB의 계면균열선단 전단응력성분 증가로 인한 계면거칠기의 효과에 기인한 것으로 판단된다. The effect of Ar/N₂ two-step plasma treatment on the quantitative interfacial adhesion energy of low temperature Cu-Cu bonding interface were systematically investigated. X-ray photoelectron spectroscopy analysis showed that Ar/N₂ 2-step plasma treatment has less copper oxide due to the formation of an effective Cu4N passivation layer. Quantitative measurements of interfacial adhesion energy of Cu-Cu bonding interface with Ar/N₂ 2-step plasma treatment were performed using a double cantilever beam (DCB) and 4-point bending (4-PB) test, where the measured values were 1.63±0.24 J/m² and 2.33±0.67 J/m², respectively. This can be explained by the increased interfacial adhesion energy according phase angle due to the effect of the higher interface roughness of 4-PB test than that of DCB test.

전문가 설문조사를 통한 자연재난 위험도분석 평가지표 활용 가능성에 대한 검토

김금지(Kim,Keumji),황정근(Hwang,Jeonggeun),김가희(Kim,Gahui),정도준(Jung,Dojoon) 한국방재학회 2021 한국방재학회논문집 Vol.21 No.1

최근 기후변화로 인한 극한기상의 빈번한 발생은 전 세계적으로 잠재적 위험발생 가능성을 증대시키고 있으며 우리나라도 이러한 재해위험에 지속적으로 노출되어 있다. 자연재난으로 인한 인명;재산 피해에 대한 사전 예측⋅평가 연구는 국가 및 지역별 피해 저감방안을 마련하는데 매우 중요하다. 하지만;현재 유관기관에서 수행하는 위험도분석 평가지표의 범위는 매우 광범위하고 지표선정에 대한 일관된 기준이 없어 한계가 있다. 이러한 관점에서 본 연구는 선행연구에서 빈번히 사용된 평가지표를 포함하여 118개의 대리지표를 선정하고 활용 가능성을 검토하기 위하여 52명의 재난⋅재해분야 전문가들을 대상으로 설문조사를 실시하였다. 전문가 설문조사 결과;37개의 지표가 ‘적극 추천’으로;54개의 지표가 ‘추천’ 지표로 분석되어 대리지표의 활용 가능성을 검토할 수 있었으며;위험도분석 평가지표 수집을 위한 제언을 통해 향후 국가 및 지자체 방재계획 수립 시 활용 가능한 평가지표 선정방안을 제시하였다. In recent years;the frequent occurrence of extreme weather due to climate change has increased the possibility of potential danger across the world. Additionally;South Korea has been consistently exposed to disaster risk. Studies on the prediction of damage from natural disasters are critical for the government and local governments to formulate disaster recovery policies. However;the scope of risk analysis evaluation indicators currently utilized by the relevant organizations comprises limitations;as there are no consistent standards for indicator selection. From this viewpoint;this study selected 118 surrogate indicators;including indicators frequently used in previous studies;and conducted a survey with 52 experts in the disaster field to examine the possibility of use of these indicators. As a result of the expert survey;37 indicators were analyzed as “very appropriate” and 54 indicators were analyzed as “appropriate” regarding their possibility of use. Finally;we suggested four natural disaster risk assessment methods;which can be used in policymaking by the government and local governments in the future.

구리 질화막을 이용한 구리 접합 구조의 접합강도 연구

서한결,박해성,김가희,박영배,김사라은경,Seo, Hankyeol,Park, Haesung,Kim, Gahui,Park, Young-Bae,Kim, Sarah Eunkyung 한국마이크로전자및패키징학회 2020 마이크로전자 및 패키징학회지 Vol.27 No.3

최근 참단 반도체 패키징 기술은 고성능 SIP(system in packaging) 구조로 발전해 가고 있고, 이를 실현시키기 위해서 구리 대 구리 접합은 가장 핵심적인 기술로 대두되고 있다. 구리 대 구리 접합 기술은 아직 구리의 산화 특성과 고온 및 고압력 공정 조건, 등 해결해야 할 문제점들이 남아 있다. 본 연구에서는 아르곤과 질소를 이용한 2단계 플라즈마 공정을 이용한 저온 구리 접합 공정의 접합 계면 품질을 정량적 접합 강도 측정을 통하여 확인하였다. 2단계 플라즈마 공정은 구리 표면에 구리 질화막을 형성하여 저온 구리 접합을 가능하게 한다. 구리 접합 후 접합 강도 측정은 4점 굽힘 시험법과 전단 시험법으로 수행하였으며, 평균 접합 전단 강도는 30.40 MPa로 우수한 접합 강도를 보였다. The recent semiconductor packaging technology is evolving into a high-performance system-in-packaging (SIP) structure, and copper-to-copper bonding process becomes an important core technology to realize SIP. Copper-to-copper bonding process faces challenges such as copper oxidation and high temperature and high pressure process conditions. In this study, the bonding interface quality of low-temperature copper-to-copper bonding using a two-step plasma treatment was investigated through quantitative bonding strength measurements. Our two-step plasma treatment formed copper nitride layer on copper surface which enables low-temperature copper bonding. The bonding strength was evaluated by the four-point bending test method and the shear test method, and the average bonding shear strength was 30.40 MPa, showing that the copper-to-copper bonding process using a two-step plasma process had excellent bonding strength.

미세 배선 적용을 위한 Ta/Cu 적층 구조에 따른 계면접착에너지 평가 및 분석

손기락,김성태,김철,김가희,주영창,박영배,Son, Kirak,Kim, Sungtae,Kim, Cheol,Kim, Gahui,Joo, Young-Chang,Park, Young-Bae 한국마이크로전자및패키징학회 2021 마이크로전자 및 패키징학회지 Vol.28 No.1

The quantitative measurement of interfacial adhesion energy (Gc) of multilayer thin films for Cu interconnects was investigated using a double cantilever beam (DCB) and 4-point bending (4-PB) test. In the case of a sample with Ta diffusion barrier applied, all Gc values measured by the DCB and 4-PB tests were higher than 5 J/㎡, which is the minimum criterion for Cu/low-k integration without delamination. However, in the case of the Ta/Cu sample, measured Gc value of the DCB test was lower than 5 J/㎡. All Gc values measured by the 4-PB test were higher than those of the DCB test. Measured Gc values increase with increasing phase angle, that is, 4-PB test higher than DCB test due to increasing plastic energy dissipation and roughness-related shielding effects, which matches well interfacial fracture mechanics theory. As a result of the 4-PB test, Ta/Cu and Cu/Ta interfaces measured Gc values were higher than 5 J/㎡, suggesting that Ta is considered to be applicable as a diffusion barrier and a capping layer for Cu interconnects. The 4-PB test method is recommended for quantitative adhesion energy measurement of the Cu interconnect interface because the thermal stress due to the difference in coefficient of thermal expansion and the delamination due to chemical mechanical polishing have a large effect of the mixing mode including shear stress. Cu 배선(interconnect) 적용을 위한 다층박막의 적층 구조에 따른 최적 계면접착에너지(interfacial adhesion energy, Gc) 평가방법을 도출하기 위해, Ta, Cu 및 tetraethyl orthosilicate(TEOS-SiO2) 박막 계면의 정량적 계면접착에너지를 double cantilever beam(DCB) 및 4-점 굽힘(4-point bending, 4-PB) 시험법을 통해 비교 평가하였다. 평가결과, Ta확산방지층이 적용된 시편(Cu/Ta, Cu/Ta/TEOS-SiO2)에서는 두 가지 평가방법 모두 반도체 전/후 공정에서 박리가 발생하지 않는 산업체 통용 기준인 5 J/㎡ 보다 높게 측정되었다. Ta/Cu 시편의 경우 DCB 시험에서만 5 J/㎡ 보다 낮게 측정되었다. 또한, DCB시험 보다 4-PB시험으로 측정된 Gc가 더 높았다. 이는 계면파괴역학 이론에 따라 이종재료의 계면균열 선단에서 위상각의 증가로 인한 계면 거칠기 및 소성변형에 의한 에너지 손실이 증가 하는것에 기인한다. 4-PB시험결과, Ta/Cu 및 Cu/Ta계면은 5 J/㎡ 이상의 높은 계면접착에너지를 보이므로, 계면접착에너지 관점에서는 Ta는 Cu배선의 확산방지층(diffusion barrier layer) 및 피복층(capping layer)으로 적용 가능할 것으로 생각된다. 또한, 배선 집적공정 및 소자의 사용환경에서 열팽창 계수 차이에 의한 열응력 및 화학적-기계적 연마 (chemical mechanical polishing)에 의한 박리는 전단응력이 포함된 혼합모드의 영향이 크므로 4-PB 시험으로 측정된 Gc와 연관성이 더 클 것으로 판단된다.

미세 Cu 배선 적용을 위한 SiNx/Co/Cu 박막구조에서 Co층이 계면 신뢰성에 미치는 영향 분석

이현철(Hyeonchul Lee),정민수(Minsu Jeong),김가희(Gahui Kim),손기락(Kirak Son),박영배(Young-Bae Park) 한국마이크로전자및패키징학회 2020 마이크로전자 및 패키징학회지 Vol.27 No.3

The effect of Co interlayer on the interfacial reliability of SiNx/Co/Cu thin film structure for advanced Cu interconnects was systematically evaluated by using a double cantilever beam test. The interfacial adhesion energy of the SiNx/Cu thin film structure was 0.90 J/㎡. This value of the SiNx/Co/Cu thin film structure increased to 9.59 J/㎡.Measured interfacial adhesion energy of SiNx/Co/Cu structure was around 10 times higher than SiNx/Cu structure due to CoSi2 reaction layer formation at SiNx/Co interface, which was confirmed by X-ray photoelectron spectroscopy analysis. The interfacial adhesion energy of SiNx/Co/Cu structure decreased sharply after post-annealing at 200℃ for 24 h due to Co oxidation at SiNx/Co interface. Therefore, it is required to control the CoO and Co3O4 formation during the environmental storage of the SiNx/Co/Cu thin film to achieve interfacial reliability for advanced Cu interconnections. 비메모리 반도체 미세 Cu배선의 전기적 신뢰성 향상을 위해 SiNx 피복층(capping layer)과 Cu 배선 사이 50 nm 두께의 Co 박막층 삽입이 계면 신뢰성에 미치는 영향을 double-cantilever beam (DCB) 접착력 측정법으로 평가하였다. DCB 평가 결과 SiNx/Cu 구조는 계면접착에너지가 0.90 J/㎡이었으나 SiNx/Co/Cu 구조에서는 9.59 J/㎡으로 SiNx/Cu 구조보다 약 10배 높게 측정되었다. 대기중에서 200℃, 24시간 동안 후속 열처리 진행한 결과 SiNx/Cu 구조는 0.93 J/㎡으로 계면접착에너지의 변화가 거의 없는 것으로 확인되었으나 SiNx/Co/Cu 구조에서는 2.41 J/㎡으로 열처리 전보다 크게 감소한 것을 확인하였다. X-선 광전자 분광법 분석 결과 SiNx/Cu 도금층 사이에 Co를 증착 시킴으로써 SiNx/Co 계면에 CoSi2 반응층이 형성되어 SiNx/Co/Cu 구조의 계면접착에너지가 매우 높은 것으로 판단된다. 또한 대기중 고온에서 장시간 후속 열처리에 의해 SiNx/Co 계면에 지속적으로 유입된 산소로 인한 Co 산화막 형성이 계면접착에너지 저하의 주요인으로 판단된다.

그래핀 첨가가 솔더 접합부 일렉트로마이그레이션 수명에 미치는 영향

고용호(Yong-Ho Ko),김택수(Taek-Soo Kim),손기락(Kirak Son),김가희(Gahui Kim),박영배(Young-Bae Park) 대한용접·접합학회 2018 대한용접학회 특별강연 및 학술발표대회 개요집 Vol.2018 No.4

운전용 가변 썬팅 장치에 관한 연구

최봉석(Bongsuk Choi),최현민(Hyeonmin Choi),박소연(Soyeon Park),김가희(Gahui Kim),김준우(Junwoo Kim),이경민(Kyungmin Lee),엄병진(Byeongjin Eom),김민재(Minjae Kim) 한국자동차공학회 2016 한국자동차공학회 학술대회 및 전시회 Vol.2016 No.11