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제안 방법
- 열가압 접합법(thermo-compression bonding)을 사용하여 Cu 박막이 증착된 2 장의 웨이퍼를 접합 시켰다. 350 ℃의 온도에서 1.9 MPa 의 압력으로 1 시간 동안 접합시킨 후, 압력을 제거하고 동일한 온도에서 1 시간 동안 어닐닝(annealing)을 수행하였다. 접합된 웨이퍼는 다이싱(dicing) 머신을 이용하여 시험편 크기인 3 mm x 30 mm 크기로 가공되며, 각 시험편의 중앙에 크랙을 만들기 위해 400 µm 깊이의 노치를 가공하였다.
- 4점 굽힘 시험법을 이용하여 열접합 공정으로 제조된 Cu-Cu 접합 계면의 접합 특성을 평가하였다. 파괴면의 성분 분석 결과, 접착층으로 사용된 Ti 와 절연층으로 사용된 SiO2 사이의 계면이 가장 취약한 계면으로 확인되었으며, 이 계면의 계면접착에너지는 10.
- 4점 굽힘 실험 후, 전계방출 주사전자현미경(Field emission scanning electron microscope: FE-SEM) 및 에너지 분산형 분광기(Energy dispersive spectroscopy: EDS)을 이용하여 계면을 분석하였다.
- Cu 박막과의 접착 특성을 향상시키기 위해 50 nm 두께의 Ti 박막을 스퍼터(sputter) 시스템을 이용하여 SiO2 박막 위에 증착시켰으며, 그 위에 1.5 µm 두께의 Cu 박막을 동일한 장비를 이용하여 증착시켰다.
- Cu-Cu 접합으로 형성된 Si 웨이퍼의 계면 접합 특성을 평가하기 위해 4 점 굽힘 시험법을 수행하였다. 4 점 굽힘 시험법은 샌드위치 구조의 두 탄성체에 하중을 가해 두 탄성체의 접합 계면에 크랙을 형성 시킨 후, 그 크랙이 계면을 따라 진전할 때 측정된 하중으로부터 접합 에너지를 측정하는 시험법이다.
- 고정물은 하부 롤러의 위치에 대한 시험편의 위치 및 상부 롤러의 위치를 정렬하는데 사용된다. 고정물을 하부지그에 밀착시킨 후, 시험편과 상부 지그를 차례로 올려놓고, 이들을 고정물에 밀착시킨면 하부지그 및 시험편, 상부 지그의 중심이 일치하도록 고정물을 설계하였다. 정렬 후, 고정물을 하부 지그로부터 조심스럽게 제거한 후, 실험을 수행하게 된다.
- 3(a)에서 보여지듯이 시험편에 하중을 가하기 위해 단순 인장 압축 시험기를 이용하였다. 또한 실험 중에 크랙의 발생 및 진전을 관찰하기 위해 현미경과 CCD 카메라를 장착하였다. 현미경으로 관찰되는 이미지는 초당 10 프레임의 속도로 연결된 컴퓨터에 저장된다.
- 005 mm/min 의 일정한 속 도로 시험편을 눌러주고, 이때 시험편에 가해지는 하중을 측정하였다. 측정된 하중의 변화와 계면에서 크랙이 진전하는 현상의 상관관계를 보다 명확히 알기 위해 현미경과 CCD 카메라를 이용하여 계면을 실시간으로 관찰하였다. 계면에서 크랙이 진전할 때 측정된 하중을 바탕으로 식 (1)을 이용하여 계면 접합 에너지(G)를 측정하였다.
대상 데이터
- 이러한 조건을 감안하여 기판으로서 직경이 100 mm 이고, 두께가 500 µm 인 Si 웨이퍼를 사용하였으며, 그 위에 300 nm 두께의 SiO2 박막을 열적으로 성장시켰다.
이론/모형
- Cu-Cu 접합에 영향을 미치는 공정 파라 미터에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며,(4~6) 여러 가지 시험법으로 Cu-Cu 접합의 계면 접합 특성이 평가되고 있다.(7,8) 본 연구에서는 기존의 Cu-Cu 접합이 잘 형성되는 온도로 알려진 400~450℃ 접합 온도에 비해 낮은 온도인 350℃ 에서 접합된 Cu-Cu 접합에 대해 4 점 굽힘 시험법(four-point bending test)을 이용하여 접합 특성을 평가하였다.
- 열가압 접합법(thermo-compression bonding)을 사용하여 Cu 박막이 증착된 2 장의 웨이퍼를 접합 시켰다. 350 ℃의 온도에서 1.
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