Cu 두께에 따른 Cu-Cu 열 압착 웨이퍼 접합부의 접합 특성 평가

Cu Thickness Effects on Bonding Characteristics in Cu-Cu Direct Bonds

3차원 TSV 접합 시 접합 두께 및 전, 후 추가 공정 처리가 Cu-Cu 열 압착 접합에 미치는 영향을 알아보기 위 해 0.25, 0.5, 1.5, 3.0 um 두께로 Cu 박막을 제작한 후 접합 전 300℃에서 15분간 Ar+H₂, 분위기에서 열처리 후 300℃ 에서 30분 접합 후 후속 열처리 효과를 실시하여 계면접착에너지를 4점굽힘시험법을 통해 평가하였다. FIB 이미지 확인결과 Cu 두께에 상관없이 열 압착 접합이 잘 이루어져 있었다. 계면접착에너지 역시 두께에 상관없이 4.34±0.17 J/㎡ 값 을 얻었으며, 파괴된 계면을 분석 한 결과 Ta/SiO₂의 약한 계면에서 파괴가 일어났음을 확인 하였다.

Cu-Cu thermo-compression bonding process was successfully developed as functions of the deposited Cu thickness and Ar+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 interfacial toughness was measured by 4-point bending test. Pre-annealing with Ar+H₂ gas at 300℃ is effective to achieve enough interfacial adhesion energy irrespective of Cu film thickness. Successful Cu-Cu bonding process achieved in this study results in delamination at Ta/SiO₂ interface rather than Cu/Cu interface.