저온 Cu/Ag-Ag/Cu 본딩에서의 Ag 나노막 효과

Effect of Ag Nanolayer in Low Temperature Cu/Ag-Ag/Cu Bonding

차세대 반도체 기술은 이종소자 집적화(heterogeneous integration)를 이용한 시스템-인-패키징(system-inpackage, SIP) 기술로 발전하고 있고, 저온 Cu 본딩은 SIP 구조의 성능 향상과 미세 피치 배선을 위해서 매우 중요한 기술이라 하겠다. 본 연구에서는 porous한 Ag 나노막을 이용하여 Cu 표면의 산화 방지 효과와 저온 Cu 본딩의 가능성을 조사하였다. 100℃에서 200℃의 저온 영역에서 Ag가 Cu로 확산되는 것보다 Cu가 Ag로 확산되는 것이 빠르게 관찰되었고, 이는 저온에서 Ag를 이용한 Cu간의 고상 확산 본딩이 가능함을 나타내었다. 따라서 Ag 나노막을 이용한 Cu 본딩을 200℃에서 진행하였고, 본딩 계면의 전단 강도는 23.27 MPa로 측정되었다.

System-in-package (SIP) technology using heterogeneous integration is becoming the key of next-generation semiconductor packaging technology, and the development of low temperature Cu bonding is very important for high-performance and fine-pitch SIP interconnects. In this study the low temperature Cu bonding and the anti-oxidation effect of copper using porous Ag nanolayer were investigated. It has been found that Cu diffuses into Ag faster than Ag diffuses into Cu at the temperatures from 100℃ to 200℃, indicating that solid state diffusion bonding of copper is possible at low temperatures. Cu bonding using Ag nanolayer was carried out at 200℃, and the shear strength after bonding was measured to be 23.27 MPa.