3차원 적층 패키지를 위한 Cu/Ni/Au/Sn-Ag/Cu 미세 범프의 열처리에 따른 금속간 화합물 성장 거동을 분석하기 위하여 in-situ SEM에서 $135^{circ}C$, $150^{circ}C$, $170^{circ}C$의 온도에서 실시간 열처리 실험을 진행하였다. 실험 결과 금속간 화합물의 성장 거동은 열처리시간이 경과함에 따라 시간의 제곱근에 직선 형태로 증가하였고, 확산에 의한 성장이 지배적인 것을 확인 할 수 있었다. Ni/Au 층의 존재로 인해 Au의 확산으로 복잡한 구조의 금속간 화합물이 생성 된 것을 확인할 수 있다. 활성화 에너지는 $Cu_3Sn$의 경우 0.69eV, $(Cu,Ni,Au)_6Sn_5$경우 0.84 eV로 Ni이 포함된 금속간 화합물이 더 높은 것을 확인 하였으며, 확산 방지층 역할을 하는 Ni층에 의해 금속간 화합물 성장이 억제됨에 따라 신뢰성이 향상 될 것으로 사료된다.
In-situ annealing tests of Cu/Ni/Au/Sn-Ag/Cu micro-bump for 3D IC package were performed in an scanning electron microscope chamber at $135-170^{circ}C$ in order to investigate the growth kinetics of intermetallic compound (IMC). The IMC growth behaviors of both $Cu_3Sn$ and $(Cu,Ni,Au)_6Sn_5$ follow linear relationship with the square root of the annealing time, which could be understood by the dominant diffusion mechanism. Two IMC phases with slightly different compositions, that is, $(Cu,Au^a)_6Sn_5$ and $(Cu,Au^b)_6Sn_5$ formed at Cu/solder interface after bonding and grew with increased annealing time. By the way, $Cu_3Sn$ and $(Cu,Au^b)_6Sn_5$ phases formed at the interfaces between $(Cu,Ni,Au)_6Sn_5$ and Ni/Sn, respectively, and both grew with increased annealing time. The activation energies for $Cu_3Sn$ and $(Cu,Ni,Au)_6Sn_5$ IMC growths during annealing were 0.69 and 0.84 eV, respectively, where Ni layer seems to serve as diffusion barrier for extensive Cu-Sn IMC formation which is expected to contribute to the improvement of electrical reliability of micro-bump.
