Cu-Cu 열압착 웨이퍼 접합부의 계면접합강도에 미치는 N₂+H₂ 분위기 열처리의 영향

Effect of N₂+H₂ Forming Gas Annealing on the Interfacial Bonding Strength of Cu-Cu thermo-compression Bonded Interfaces

3차원 소자 집적을 위한 저온접합 공정 개발을 위해 Cu-Cu 열 압착 접합을 300°C에서 30분간 실시하고 N₂+H₂, N_2분위기에서 전 후속 열처리 효과에 따른 정량적인 계면접착에너지를 4점굽힘시험법을 통해 평가하였다. 전 열처리는 100, 200°C의 N₂+H₂ 가스 분위기에서 각각 15분간 처리하였고, 계면접착에너지는 2.58, 2.41, 2.79 J/m²로 전 열처리 전 후에 따른 변화가 없었다. 하지만 250, 300°C의 N_2 분위기에서 1시간씩 후속 열처리 결과 2.79, 8.87, 12.17 J/m²으로 Cu 접합부의 계면접착에너지가 3배 이상 향상된 결과를 얻을 수 있었다.

Cu-Cu thermo-compression bonding process was successfully developed as functions of the N₂+H₂ forming gas annealing conditions before and after bonding step in order to find the low temperature bonding conditions of 3-D integrated technology where the quantitative interfacial adhesion energy was measured by 4-point bending test. While the pre-annealing with N₂+H₂ gas below 200°C is not effective to improve the interfacial adhesion energy at bonding temperature of 300°C, the interfacial adhesion energy increased over 3 times due to post-annealing over 250°C after bonding at 300°C, which is ascribed to the effective removal of native surface oxide after post-annealing treatment.