[요약문]

Wafer Bonding 을 이용한 차세대 반도체 3DIC Integration 은 Moore 의 법칙의 한계를 해결할 수 있는 효과적인 방법이다. 양질의 Bonding Strength(이하 B/S) 확보를 위해서는 플라스마 등의 표 면처리를 통하여 본딩 전 Dielectric Layer(SiO₂, SiN, SiCN, etc)에 -OH 를 형성해야 한다. 이때, B/S 향상을 위해 행하는 다양한 표면처리 연구가 알려지고 있다.[1~3] 본 연구에서는 기존의 진공 플라 스마 기반 표면처리 대비 비용 및 생산성 향상이 가능한 대기압 플라스마 기반 표면처리 기술을 제안한다. 그림 3 은 본 연구에 사용한 대기압 플라스마 기기의 단면이다. Reactor 내부에 Ar 플 라스마가 균일하게 형성되어 있음을 관찰할 수 있다. 플라스마 기기 하부에는 Wafer 를 로딩하는 Stage 가 있으며 Stage 는 이송을 통해 Wafer 전면에 플라스마 처리가 가능하다. 이때, Stage 이 송 속도를 제어하여 플라스마 처리 수준을 제어할 수 있다. 또한 Gas 유량, plasma Power, Plasma 기기-Wafer 간 Gap 등의 공정변수를 
통하여 최적화를 실시하였다(표 2). 표면처리 후에 기존의 Wafer Bonding 공정과 동일하게 DI Water Rinse, Bonding, Post-bonding Anneal 을 연속적으로 수 행한 후에 B/S 를 측정하였다. Scan Speed 에 따른 Bonding Strength 분석 결과, 최대 2.0 J/㎡의 Bonding Strength 확보가 가능하였다(그림 5). 다만 특정 속도 이상의 경우 B/S 가 감소하는 경향 을 보여주는데, 그 이유는 -OH 를 형성할 반응시간이 부족했기 때문이다. 추후 다른 공정변수와의 관계성 조사 등을 통한 계속적인 연구로 정확한 메커니즘을 규명할 계획이다. 대기압 플라스마 공정은 진공 플라스마 공정 대비 Particle 등의 환경 관리가 필요하나, 기존 진공 플라스마와 유사 한 수준의 Bonding Strength 확보가 가능하여 대기압 플라스마를 이용한 표면처리 기술이 3DIC Integration 에 응용 가능한 방법임을 알 수 있다.

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