[논문]수소 플라즈마 처리를 이용한 구리-구리 저온 본딩

최동훈; 한승은; 추혁진; 김인주; 김성동

doi:10.6117/kmeps.2021.28.4.109

수소 플라즈마 처리를 이용한 구리-구리 저온 본딩
H2 Plasma Pre-treatment for Low Temperature Cu-Cu Bonding 원문보기

마이크로전자 및 패키징 학회지 = Journal of the Microelectronics and Packaging Society, v.28 no.4, 2021년, pp.109 - 114

최동훈 (서울과학기술대학교 기계시스템디자인공학과) , 한승은 (서울과학기술대학교 기계시스템디자인공학과) , 추혁진 (서울과학기술대학교 기계시스템디자인공학과) , 김인주 (서울과학기술대학교 기계시스템디자인공학과) , 김성동 (서울과학기술대학교 기계시스템디자인공학과)

초록
AI-Helper

상압 수소 플라즈마 전처리가 구리-구리 직접 본딩에 미치는 영향에 대해서 조사하였다. 상압 수소 플라즈마 처리를 통해 구리 박막의 표면 산화층을 환원시킬 수 있었음을 GIXRD 분석을 통해 확인하였다. 플라즈마 파워가 크고 플라즈마 처리 시간이 길수록 환원력 및 표면 거칠기 관점에서 효과적이었다. DCB를 이용한 계면 결합 에너지 측정에서 상압 수소 플라즈마 전처리 후 300℃에서 본딩한 경우 양호한 계면 결합 에너지를 나타내었으나, 본딩 온도가 낮아질수록 계면 결합 에너지가 낮아져 200℃에서는 본딩이 이루어지지 않았다. 습식 전처리의 경우 250℃ 이상에서 본딩한 경우 강한 결합력을 보였으며, 200℃에서는 낮은 계면 결합 에너지를 나타내었다.

Abstract ▼ AI-Helper

We investigated the effects of atmospheric hydrogen plasma treatment on Cu-Cu direct bonding. Hydrogen plasma was effective in reducing the surface oxide layer of Cu thin film, which was confirmed by GIXRD analysis. It was observed that larger plasma input power and longer treatment time were effective in terms of reduction and surface roughness. The interfacial adhesion energy was measured by DCB test and it was observed to decrease as the bonding temperature decreased, resulting in bonding failure at bonding temperature of 200℃. In case of wet treatment, strong Cu-Cu bonding was observed above bonding temperature of 250℃.

주제어

표/그림 (8)

그림 Fig. 1. Atmospheric pressure plasma system (a) sample stage (b) plasma shower head, and (c) direction of plasma shower head movement.
그림 Fig. 2. GIXRD analysis of as-oxidized and H₂ plasma treated Cu thin films; (a) GIXRD patterns of as-oxidized Cu specimen, and (b) Cu₂O (111) peaks behavior with H₂ p lasma cycle.
그림 Fig. 3. The dependence of Cu surface roughness on H₂ plasma input power and number of plasma treatment cycle.
그림 Fig. 4. Surface roughness of H₂ plasma treated Cu with plasma input power of 250 W and various treatment cycles. It was measured by AFM.
그림 Fig. 5. DCB test for H₂ plasma treated Cu-Cu bonding; (a) schematic diagram of DCB test sample, and (b) an example of DCB test for Cu-Cu bonding at 300°C after H₂ plasma pre-treatment.
그림 Fig. 6. Interfacial adhesion energy as a function of bonding temperature.
그림 Fig. 7. Wet treated Cu-Cu bonding specimens after DCB test; (a) 300°C not open, (b) 250°C beam broken, and (c) 200°C.
그림 Fig. 8. SAT images of Cu-Cu bonding interface with H₂ plasma treatment; (a) 300°C, (b) 250°C, and (c) 200°C.

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