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문제 정의
- 삼차원집적화기술의 현황과 과제 및 향후에 요구되어질 새로운 삼차원집적화기술의 필요성에 대해 논의를 하였다. Super-chip 기술이라 불리우는 자기조직화 웨이퍼집 적화기술 및 삼차원헤테로집적화기술에 대해 소개를 하였다. 액체의 표면장력을 이용하여 지지기반위에 다수의 KGD를 일괄실장하는 새로운 집적화기술을 적용하여, KGD만으로 구성된 자기조직화 웨이퍼를 다층으로 적층함으로써 크기가 다른 칩들을 적층하는 것에 성공을 하였다.
- 본 논문에서는 삼차원집적화기술의 현황 및 과제에 대해 개략적으로 언급을 한 후, 본 연구실에서 개발한 새로운 개념의 삼차원집적화 기술인 자기조직화 웨이퍼집적화 기술 및 삼차원헤테로집적화기술에 대해 소개를 하고자 한다. 우리는 이를 수퍼 칩(Super-Chip) 기술이라 부른다.
- 자동차 분야 등 반도체 기술의 새로운 시장을 창출하기 위해, CMOS LSI, MEMS 센서 등과 같은 전기소자와 포토다이오드(PD), 발광소자(VCSEL), optical waveguide 및 modulator등과 같은 광학(Photonic) 소자 등의 이종소자들을 융합한 광전자시스템의 구현을 통해 성능을 획기적으로 향상시키고 소비전력을 낮추고자 하는 요구가 증가하고 있다. 본 연구실에서는 CMOS LSI, MEMS 센서 및 광학(Photonic) 소자 등의 이종소자들을 높은 수율 및 낮은 제조비용으로 융합할 수 있는 새로운 삼차원헤테로집적화기술(3D Heterogeneous Integration Technology)을 개발하였다.13-14)
- 본 연구실에서는 다양한 크기와 종류를 갖는 CMOS 소자들과 MEMS 센서소자들을 웨이퍼레벨에서 일괄 집적할 수 있는 헤테로집적화기술을 개발하였다. Fig.
- 그러나 두께가 100 µm 이상의 되는 칩을, 노광 및 도금공정을 이용하여 Cu sidewall interconnection을 직접 형성하는 것은 공정상으로 매우 어렵다. 본 연구실에서는 마이크로머시닝 공정을 이용하여 제작한 cavity chip을 적용하여 두꺼운 MEMS 칩을 전기적으로 접속시키는 배선기술을 개발하였다. 사진에서 나타나 있듯이 두께 360 µm을 갖는 MEMS 칩이 Cu TSV와 beam-lead wire로 구성되어진 cavity chip을 통해 기반과 연결되어져 있다.
- 이 기술을 이용하면 KGD들의 일괄적층 뿐 만 아니라 크기가 다른 칩 및 다른 기술로 제작된 다양한 종류의 칩 들을 일괄적층하는 것도 가능하게 된다. 본 연구실에서는 이러한 기술을 이용하여 Fig. 5에서 보여주고 있는 궁극의 3-D IC인 superchip의 구현을 목표로 하고 있다.
- 삼차원집적화기술의 현황과 과제 및 향후에 요구되어질 새로운 삼차원집적화기술의 필요성에 대해 논의를 하였다. Super-chip 기술이라 불리우는 자기조직화 웨이퍼집 적화기술 및 삼차원헤테로집적화기술에 대해 소개를 하였다.
- 칩 접합 방식 (Die-to-Die)의 경우 양품 칩(KGD: Known Good Die)을 선별적으로 적층할 수 있으므로 높은 수율을 확보할 수 있으나 생산성이 낮다는 단점이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 연구실에서는 KGD들 만으로 구성된 자기조직화된 웨이퍼(Self-assemblied Wafer)를 접합하여 적층하는 새로운 웨이퍼집적화기술을 개발하였다. 이를 통해 높은 수율의 삼차원적층칩을 높은 생산성을 통해 낮은 비용으로 제작하는 것이 가능할 것으로 기대된다.
- 이와 같은 삼차원집적화기술에의 요구에 대응하기 위해 본 연구실에서는 KGD들로 구성된 자기조직화 웨이퍼를 여러층으로 접합하는 새로운 삼차원집적화기술을 개발하였다.11-12) 이 새로운 삼차원집적화기술은 Fig.
가설 설정
- 칩을 적층하고자 하는 부위는 친수성이 강한 산화막으로 이루어지고 주변부는 소수성이 강한 실리콘 영역으로 구성되어진다 (a). 상온에서 적정한 양의 액체를 칩을 적층하고자 하는 친수성 영역에 공급을 한 후 (b), 복수의 KGD 들을 친수성 영역의 상부에서 간략하게 pre-aligning 을 한 후에 일괄적으로 떨어뜨리면 (c), 액체의 표면장력으로 인해 복수의 칩들이 동시에 자동적으로 aligning이 된 후 , 공급된 액체들이 증발이 되면 KGD들이 친수성 영역상에 접합을 하게 된다.
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