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

Cu-Cu thermo-compression bonding process was successfully developed as functions of the deposited Cu thickness and $Ar+H_2$ 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 $Ar+H_2$ gas at $300^{\circ}C$ 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 $Ta/SiO_2$ interface rather than Cu/Cu interface.

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

3차원 TSV 접합 시접합 두께 및 전, 후 추가 공정 처리가 Cu-Cu 열 압착 접합에 미치는 영향을 알아보기 위해 0.25, 0.5, 1.5, 3.0 um 두께로 Cu 박막을 제작한 후 접합 전 $300^{\circ}C$에서 15분간 $Ar+H_2$, 분위기에서 열처리 후 $300^{\circ}C$에서 30분 접합 후 후속 열처리 효과를 실시하여 계면접착에너지를 4점굽힘 시험법을 통해 평가하였다. FIB 이미지 확인 결과 Cu 두께에 상관없이 열 압착 접합이 잘 이루어져 있었다. 계면접착에너지 역시 두께에 상관없이 $4.34{\pm}0.17J/m^2$ 값을 얻었으며, 파괴된 계면을 분석 한 결과 $Ta/SiO_2$의 약한 계면에서 파괴가 일어났음을 확인하였다.